非晶硅薄膜太阳能电池基础知识大全

    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

0.3μm—1.5μm 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

.