本文由 ywg820502 贡献

    doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查

看。
    非晶硅太阳电池的原理
    

 

非晶硅太阳电池是 20 

 

世纪 70 年代中期发展起来的一种新型薄膜太阳电池, 与其他太

 

阳电池 相比,非晶硅电池具有以下突出特点: 1).制作工艺简单,在制备非晶硅薄膜的同时就

 

能制作 pin 结构. 2).可连续,大面积,自动化批量生产. 3).非晶硅太阳电池的衬底材料可以

是玻璃,不锈钢等,因而成本小. 4).可以设计成各种形式,利用集成型结构,可获得更高的输

出电压和光电转换效率. 5).

 

薄膜材料是用硅烷 SiH4 等的辉光放电分解得到的,原材料价

格低. 1.非晶硅太阳电池的结构,原理及制备方法
    非晶硅太阳电池是以玻璃, 不锈钢及特种塑料为衬底的薄膜太阳电池, 

 

结构如图 1 所示. 

为减少串联电阻, 

 

通常用激光器将 TCO 膜, 非晶硅(A-si)膜和铝(Al)

 

电极膜分别切割成 条

状, 

 

如图 2 所示.

 

国际上采用的标准条宽约 1cm,称为一个子电池,

 

用内部连接的方式将 各

子电池串连起来, 因此集成型电池的输出电流为每个子电池的电流, 总输出电压为各个子 

电池的串联电压.在实际应用中,可根据电流,电压的需要选择电池的结构和面积,

 

制成非 晶

硅太阳电池.
    1.1 

 

工作原理 非晶硅太阳电池的工作原理是基于半导体的光伏效应. 当太阳光照射到电

池上时, 

 

—

电池 吸收光能产生光生电子 空穴对,

 

在电池内建电场 Vb 的作用下,光生电子和

空穴被分离, 

 

空穴漂移到 P 边, 

 

电子漂移到 N 边, 

 

形成光生电动势 VL, VL 

 

与内建电势 Vb 

相反, VL = Vb   

当 时,达到平衡; IL = 0, VL 达到最大值,

 

称之为开路电压 Voc ; 当外电路

接通时,

 

则形成 最大光电流,

 

称之为短路电流 Isc,

 

此时 VL= 0;当外电路加入负载时,则维持

 

某一光电压 VL 

 

和光电流 IL.  

其 I--V 

 

特性曲线见图 3

    非晶硅太阳电池的转换效率定义为:

    Pi 是光入射到电池上的总功率密度,Isc 是短路电流密度,FF 为电池的填充因子,Voc 为

开路电压,Im   

和 Vm 分别是电池在最大输出功率密度下工作的电流密度和电压. 目前,子电

 

池的开路电压约在 0.8V—0.9V 之间,Isc 

 

达到 13mA/cm2,FF   

在 0.7-0.8 之间,η 达到 

12%以上. 由于太阳光谱中的能量分布较宽,

 

主要部分由 0.3 m—1.5 m 

μ

μ

的波长范围组成.

 

现有的任 何一种半导体材料都只能吸收能量比其能隙值高的光子,即只能在一有限波段转

 

换太阳能 量, 故单结太阳电池不可能完全有效地利用太阳能. 采用分波段利用太阳能光谱

 

的叠层电池 结构则是有效提高光电转换效率的有效方法之一, 而且也是主要趋势. 叠层太

 

 

阳电池的结构 见图 4. 

 

目前常规的叠层电池结构为 a-Si/a-SiGe, a-Si/a-Si/a-SiGe, a-

Si/a-SiGe/a-SiGe, a-SiC/a-Si/a-SiGe 等.
    1.2 

   

非晶硅太阳电池的制备 图 5 是非晶硅太阳能电池制备方法示意图, 把硅烷(SiH4)

 

等原料气体导入真空度保持在 10—1000Pa 的反应室中,由于射频(RF)电场的作用,产生

辉光放电,原料气体被分解,

 

在玻 璃或者不锈钢等衬底上形成非晶硅薄膜材料. 此时如果原

料气体中混入硅烷(B2H6)

 

即能生成 P 型非晶硅,混入磷烷(PH3)

 

即能生成 N 型非晶硅.仅

 

仅用变换原料气体的方法就可生成 pin 结,做成电池.为了得到重复性好,性能良好的太阳电

池,避免反应室内壁和电极上残存的
    杂质掺入到电池中, 一般都利用隔离的连续等离子反应制造装置, p,i,n 各层分别在专用 

 

即 的反应室内沉积.
    2.

 

非晶硅太阳电池的应用 非晶硅太阳电池的应用市场有两个方面:一个是弱光电池市场,

如计算器,

 

手表等荧光 下工作的微功耗电子产品;二是电源及功率应用领域.如太阳能收音

机,太阳帽,庭园灯, 微波中继站,航空航海信号灯,气象监测及光伏水泵,户用电源等.随着非

 

晶硅电池稳定效 率的不断提高以及生产规模的不断扩大, 成本的大幅度下降, 促进了非晶

 

硅太阳电池更大范 围和更大规模的应用.

    非晶硅薄膜太阳能电池的优点
    非晶硅太阳能电池之所以受到人们的关注和重视 ,是因为它具有如下诸多的优点: 1.非

晶硅具有较高的光吸收系数.

 

特别是在 0.3-0.75um 的可见光波段,

 

它的吸收系数比 单晶

硅要高出一个数量级.

 

因而它比单晶硅对太阳能辐射的吸收率要高 40 倍左右, 

 

用很薄 的

非晶硅膜(  

约 1um 厚)

 

就能吸收 90%有用的太阳能.这是非晶硅材料最重要的特点,也是它

 

能 够成为低价格太阳能电池的最主要因素.

    2. 非晶硅的禁带宽度比单晶硅大,

 

随制备条件的不同约在 1.5-2.0 eV 的范围内变化, 

这样制成的非晶硅太阳能电池的开路电压高. 3.制备非晶硅的工艺和设备简单,淀积温度低,

时间短,适于大批生产.

 

 

制作单晶硅电池 一般需要 1000 度以上的高温,而非晶硅电池的制

 

作仅需 200 度左右. 4.由于非晶硅没有晶体硅所需要的周期性原子排列,可以不考虑制备

晶体所必须考虑的