1、太陽能電池制造工藝太陽能電池制造工藝主要內(nèi)容主要內(nèi)容1.1.硅太陽能電池工作原理硅太陽能電池工作原理2.2.太陽能電池硅材料太陽能電池硅材料3.3.硅太陽能電池制造工藝硅太陽能電池制造工藝4.4.提高太陽能電池效率的途經(jīng)提高太陽能電池效率的途經(jīng)5.5.高效太陽能電池材料高效太陽能電池材料6.6.高效太陽能電池結(jié)構(gòu)高效太陽能電池結(jié)構(gòu)一、硅太陽能電池工作原理一、硅太陽能電池工作原理 太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源。也是清太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源。也是清潔能源，不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染。在太陽能的有效利用中；潔能源，不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染。在太陽能的有效利用中；大陽能光電利用是近

2、些年來發(fā)展最快，最具活力的研究領(lǐng)大陽能光電利用是近些年來發(fā)展最快，最具活力的研究領(lǐng)域，是其中最受矚目的項目之一。域，是其中最受矚目的項目之一。 制作太陽能電池主要是制作太陽能電池主要是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，其工作原理是利用光電材料其工作原理是利用光電材料吸收光能后發(fā)生內(nèi)光電效應(yīng)，吸收光能后發(fā)生內(nèi)光電效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)換為電能將光能轉(zhuǎn)換為電能。根據(jù)所。根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池用材料的不同，太陽能電池可分為：硅基太陽能電池和可分為：硅基太陽能電池和薄膜電池，本章主要講硅基薄膜電池，本章主要講硅基太陽能電池。太陽能電池。 太陽能電池發(fā)電的原理主要是半導(dǎo)體的內(nèi)光電效應(yīng)，一太陽能電池

3、發(fā)電的原理主要是半導(dǎo)體的內(nèi)光電效應(yīng)，一般的半導(dǎo)體主要結(jié)構(gòu)如下：般的半導(dǎo)體主要結(jié)構(gòu)如下： 圖中，正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子圖中，正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。旁邊的四個電子。1 1硅太陽能電池工作原理與結(jié)構(gòu)硅太陽能電池工作原理與結(jié)構(gòu) 當(dāng)硅晶體中摻入其他的雜質(zhì)，如硼、磷等，當(dāng)摻入硼時，當(dāng)硅晶體中摻入其他的雜質(zhì)，如硼、磷等，當(dāng)摻入硼時，硅晶體中就會存在著一個空穴，它的形成可以參照下圖：硅晶體中就會存在著一個空穴，它的形成可以參照下圖： 圖中，正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊圖中，正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。而黃色的表示摻

4、入的硼原子，因為硼原子周圍的四個電子。而黃色的表示摻入的硼原子，因為硼原子周圍只有只有3 3個電子，所以就會產(chǎn)生入圖所示的藍(lán)色的空穴，這個空個電子，所以就會產(chǎn)生入圖所示的藍(lán)色的空穴，這個空穴因為沒有電子而變得很不穩(wěn)定，容易吸收電子而中和，形穴因為沒有電子而變得很不穩(wěn)定，容易吸收電子而中和，形成成P P 型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。 同樣，摻入磷原子以后，因為磷原子有五個電子，所以就會有同樣，摻入磷原子以后，因為磷原子有五個電子，所以就會有一個電子變得非?；钴S，形成一個電子變得非?；钴S，形成N N型半導(dǎo)體。黃色的為磷原子核，型半導(dǎo)體。黃色的為磷原子核，紅色的為多余的電子。如下圖。紅色的為多余的電子。如下

5、圖。 當(dāng)當(dāng)P型和型和N型半導(dǎo)體材料結(jié)合時，型半導(dǎo)體材料結(jié)合時，P 型（型（ N型）材料中的空穴型）材料中的空穴（電子）向（電子）向N 型（型（ P 型）材料這邊擴散，擴散的結(jié)果使得結(jié)合型）材料這邊擴散，擴散的結(jié)果使得結(jié)合區(qū)形成一個勢壘，由此而產(chǎn)生的內(nèi)電場將阻止擴散運動的繼續(xù)區(qū)形成一個勢壘，由此而產(chǎn)生的內(nèi)電場將阻止擴散運動的繼續(xù)進(jìn)行，當(dāng)兩者達(dá)到平衡時，在進(jìn)行，當(dāng)兩者達(dá)到平衡時，在PN結(jié)兩側(cè)形成一個耗盡區(qū)結(jié)兩側(cè)形成一個耗盡區(qū)。PN結(jié)的形成及工作原理結(jié)的形成及工作原理 零偏零偏 負(fù)偏負(fù)偏 正偏正偏 當(dāng)當(dāng)PNPN結(jié)反偏時，外加電場與內(nèi)電場方向一致，耗盡區(qū)在外電結(jié)反偏時，外加電場與內(nèi)電場方向一致，耗盡區(qū)

6、在外電場作用下變寬，使勢壘加強；當(dāng)場作用下變寬，使勢壘加強；當(dāng)PNPN結(jié)正偏時，外加電場與內(nèi)電結(jié)正偏時，外加電場與內(nèi)電場方向相反，耗盡區(qū)在外加電場作用下變窄，勢壘削弱。場方向相反，耗盡區(qū)在外加電場作用下變窄，勢壘削弱。當(dāng)光當(dāng)光電池用作光電轉(zhuǎn)換器時，必須處于零偏或反偏狀態(tài)。電池用作光電轉(zhuǎn)換器時，必須處于零偏或反偏狀態(tài)。 硅光電池是一個大面積的光電二極管，它可把入射到它表硅光電池是一個大面積的光電二極管，它可把入射到它表面的光能轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)有光照時，入射光子將把處于介帶中面的光能轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)有光照時，入射光子將把處于介帶中的束縛電子激發(fā)到導(dǎo)帶的束縛電子激發(fā)到導(dǎo)帶( (光生伏特效應(yīng)），激發(fā)出的電

7、子空穴光生伏特效應(yīng)），激發(fā)出的電子空穴對在內(nèi)電場作用下分別漂移到對在內(nèi)電場作用下分別漂移到N N型區(qū)和型區(qū)和P P型區(qū)，當(dāng)在型區(qū)，當(dāng)在PNPN結(jié)兩端加結(jié)兩端加負(fù)載時就有一光生電流流過負(fù)載。負(fù)載時就有一光生電流流過負(fù)載。光光電電池池結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)示示意意圖圖半導(dǎo)體的內(nèi)光電效應(yīng)半導(dǎo)體的內(nèi)光電效應(yīng) 當(dāng)光照射到半導(dǎo)體上時，光子將能量提供給電子，電子當(dāng)光照射到半導(dǎo)體上時，光子將能量提供給電子，電子將躍遷到更高的能態(tài)，在這些電子中，將躍遷到更高的能態(tài)，在這些電子中，作為實際使用的光作為實際使用的光電器件里可利用的電子有：電器件里可利用的電子有： （1）價帶電子；）價帶電子；（2）自由電子或空穴（）自由電子或空穴

8、（Free Carrier）；）；（3）存在于雜質(zhì)能級上的電子。）存在于雜質(zhì)能級上的電子。 太陽電池可利用的電子主要是價帶電子太陽電池可利用的電子主要是價帶電子。由價帶電子得。由價帶電子得到光的能量躍遷到導(dǎo)帶的過程決定的光的吸收稱為本征或到光的能量躍遷到導(dǎo)帶的過程決定的光的吸收稱為本征或固有吸收。固有吸收。 太陽電池是將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能的器件。它的基本構(gòu)太陽電池是將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能的器件。它的基本構(gòu)造是由半導(dǎo)體的造是由半導(dǎo)體的PNPN結(jié)組成。此外，異質(zhì)結(jié)、肖特基勢壘等結(jié)組成。此外，異質(zhì)結(jié)、肖特基勢壘等也可以得到較好的光電轉(zhuǎn)換效率。也可以得到較好的光電轉(zhuǎn)換效率。 太陽電池能量轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)是

9、結(jié)的太陽電池能量轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)是結(jié)的光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)。當(dāng)光照射到。當(dāng)光照射到pn結(jié)上時，產(chǎn)生電子一空穴對，在半導(dǎo)體內(nèi)部結(jié)附近生成的載流子結(jié)上時，產(chǎn)生電子一空穴對，在半導(dǎo)體內(nèi)部結(jié)附近生成的載流子沒有被復(fù)合而到達(dá)空間電荷區(qū)，受內(nèi)建電場的吸引，電子流入沒有被復(fù)合而到達(dá)空間電荷區(qū)，受內(nèi)建電場的吸引，電子流入n區(qū)，區(qū)，空穴流入空穴流入p區(qū)，結(jié)果使區(qū)，結(jié)果使n區(qū)儲存了過剩的電子，區(qū)儲存了過剩的電子，p區(qū)有過剩的空穴。區(qū)有過剩的空穴。它們在它們在pn結(jié)附近形成與勢壘方向相反的光生電場。光生電場除了部結(jié)附近形成與勢壘方向相反的光生電場。光生電場除了部分抵消勢壘電場的作用外，還使分抵消勢壘電場的作用外，還使

10、p區(qū)帶正電，區(qū)帶正電，N區(qū)帶負(fù)電，在區(qū)帶負(fù)電，在N區(qū)和區(qū)和P區(qū)之間的薄層就產(chǎn)生電動勢，這就是區(qū)之間的薄層就產(chǎn)生電動勢，這就是光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)。此時，如果。此時，如果將外電路短路，則外電路中就有與入射光能量成正比的光電流流過，將外電路短路，則外電路中就有與入射光能量成正比的光電流流過，這個電流稱作這個電流稱作短路電流短路電流；若將；若將PN結(jié)兩端開路，則由于電子和空穴結(jié)兩端開路，則由于電子和空穴分別流入分別流入N區(qū)和區(qū)和P區(qū)，使區(qū)，使N區(qū)的費米能級比區(qū)的費米能級比P區(qū)的費米能級高，在這區(qū)的費米能級高，在這兩個費米能級之間就產(chǎn)生了電位差兩個費米能級之間就產(chǎn)生了電位差VOC?？梢詼y得這個值，

11、并稱為?？梢詼y得這個值，并稱為開路電壓開路電壓。由于此時結(jié)處于正向偏置，因此，上述短路光電流和二。由于此時結(jié)處于正向偏置，因此，上述短路光電流和二極管的正向電流相等，并由此可以決定極管的正向電流相等，并由此可以決定VOC的值。的值。光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng) 當(dāng)晶片受光后，當(dāng)晶片受光后，PN結(jié)中，結(jié)中，N型半導(dǎo)體的空穴往型半導(dǎo)體的空穴往P P型區(qū)移動，型區(qū)移動，而而P P型區(qū)中的電子往型區(qū)中的電子往N N型區(qū)移動，從而形成從型區(qū)移動，從而形成從N型區(qū)到型區(qū)到P型區(qū)的型區(qū)的電流。然后在電流。然后在PN結(jié)中形成電勢差，這就形成了電源。結(jié)中形成電勢差，這就形成了電源。硅太陽能電池結(jié)構(gòu)硅太陽能電池結(jié)構(gòu)

12、另外硅表面非常光亮，會反射掉大量的太陽光，不能被另外硅表面非常光亮，會反射掉大量的太陽光，不能被電池利用。為此，科學(xué)家們給它涂上了一層電池利用。為此，科學(xué)家們給它涂上了一層反射系數(shù)非常反射系數(shù)非常小的保護膜小的保護膜（如圖），實際工業(yè)生產(chǎn)基本都是用化學(xué)氣相（如圖），實際工業(yè)生產(chǎn)基本都是用化學(xué)氣相沉積沉積一層沉積沉積一層氮化硅膜氮化硅膜，厚度在，厚度在10001000埃左右。將反射損失埃左右。將反射損失減小到減小到5 5甚至更小。一個電池所能提供的電流和電壓畢竟甚至更小。一個電池所能提供的電流和電壓畢竟有限，于是人們又將很多電池（通常是有限，于是人們又將很多電池（通常是3636個）個）并聯(lián)或串聯(lián)

13、并聯(lián)或串聯(lián)起來使用，形成太陽能光電板。起來使用，形成太陽能光電板。 由于半導(dǎo)體不是電的良導(dǎo)體，電子在通過由于半導(dǎo)體不是電的良導(dǎo)體，電子在通過p pn n結(jié)后如果結(jié)后如果在半導(dǎo)體中流動，電阻非常大，損耗也就非常大。但如果在半導(dǎo)體中流動，電阻非常大，損耗也就非常大。但如果在上層全部涂上金屬，陽光就不能通過，電流就不能產(chǎn)生，在上層全部涂上金屬，陽光就不能通過，電流就不能產(chǎn)生，因此一般用因此一般用金屬網(wǎng)格覆蓋金屬網(wǎng)格覆蓋p pn n結(jié)結(jié)（如圖（如圖 梳狀電極），以增梳狀電極），以增加入射光的面積。加入射光的面積。 梳狀電極和抗反膜梳狀電極和抗反膜 二太陽能電池的硅材料二太陽能電池的硅材料 通常的晶體硅

14、太陽能電池是在厚度通常的晶體硅太陽能電池是在厚度300300350m350m的高質(zhì)的高質(zhì)量硅片上制成的，這種硅片從提拉或澆鑄的硅錠上，將單量硅片上制成的，這種硅片從提拉或澆鑄的硅錠上，將單晶硅棒切成片，一般片厚約晶硅棒切成片，一般片厚約0.40.40.450.45毫米。硅片經(jīng)過切、毫米。硅片經(jīng)過切、拋、磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。拋、磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。 太陽能硅的雜質(zhì)濃度較高，一般要求太陽能硅的雜質(zhì)濃度較高，一般要求5 5個個9 9的純度的純度（99.99999.999），比集成電路用的單晶硅（），比集成電路用的單晶硅（ 純度要求純度要求7 78 8個個9 9）要

15、求低得多。太陽能硅常用）要求低得多。太陽能硅常用0.32cm的的P P型（型（100100）單晶硅片。單晶硅片。 制造太陽電池片，首先要對經(jīng)過清洗的硅片，在高溫石制造太陽電池片，首先要對經(jīng)過清洗的硅片，在高溫石英管擴散爐對硅片表面作擴散摻雜，一般摻雜物為微量的英管擴散爐對硅片表面作擴散摻雜，一般摻雜物為微量的硼、磷、銻等。目的是在硅片上形成硼、磷、銻等。目的是在硅片上形成P/NP/N結(jié)。然后采用絲結(jié)。然后采用絲網(wǎng)印刷法，用精配好的銀漿印在硅片上做成柵線，經(jīng)過燒網(wǎng)印刷法，用精配好的銀漿印在硅片上做成柵線，經(jīng)過燒結(jié)，同時制成背電極，并在有柵線的面涂覆減反射膜結(jié)，同時制成背電極，并在有柵線的面涂覆減

16、反射膜 ，單晶硅太陽電池的單體片就制成了。單體片經(jīng)過檢測，即單晶硅太陽電池的單體片就制成了。單體片經(jīng)過檢測，即可按所需要的規(guī)格組裝成太陽電池組件（太陽電池板），可按所需要的規(guī)格組裝成太陽電池組件（太陽電池板），用串聯(lián)和并聯(lián)的方法構(gòu)成一定的輸出電壓和電流。最后用用串聯(lián)和并聯(lián)的方法構(gòu)成一定的輸出電壓和電流。最后用框架和裝材料進(jìn)行封裝，組成各種大小不同太陽電池陣列?？蚣芎脱b材料進(jìn)行封裝，組成各種大小不同太陽電池陣列。目前大規(guī)模生產(chǎn)的單晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為目前大規(guī)模生產(chǎn)的單晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為14141515左右，實驗室成果也有左右，實驗室成果也有2020以上的。常州天和光能和以上的。

17、常州天和光能和無錫尚德的轉(zhuǎn)換效率在無錫尚德的轉(zhuǎn)換效率在14.514.5，常州盛世太陽能公司有，常州盛世太陽能公司有9090可做到可做到16.216.2以上。以上。三、硅太陽能電池制造工藝三、硅太陽能電池制造工藝 硅太陽能電池制造工藝硅太陽能電池制造工藝硅太陽能電池制造工藝主要包括：硅太陽能電池制造工藝主要包括：1. 1. 去除損傷層去除損傷層2. 2. 表面絨面化表面絨面化3. 3. 發(fā)射區(qū)擴散發(fā)射區(qū)擴散4. 4. 邊緣結(jié)刻蝕邊緣結(jié)刻蝕5. PECDV5. PECDV沉積沉積SiNSiN6. 6. 絲網(wǎng)印刷正背面電極漿料絲網(wǎng)印刷正背面電極漿料7. 7. 共燒形成金屬接觸共燒形成金屬接觸8. 8

18、. 電池片測試。電池片測試。表面絨面化表面絨面化 由于硅片用由于硅片用P P型（型（100100）硅片，）硅片，可利用氫氧化鈉溶液對單晶硅可利用氫氧化鈉溶液對單晶硅片進(jìn)行各向異性腐蝕的特點來片進(jìn)行各向異性腐蝕的特點來制備絨面。當(dāng)各向異性因子制備絨面。當(dāng)各向異性因子1010時（所謂各向異性因子就時（所謂各向異性因子就是（是（100100）面與（）面與（111111）面單晶）面單晶硅腐蝕速率之比），可以得到硅腐蝕速率之比），可以得到整齊均勻的金字塔形的角錐體整齊均勻的金字塔形的角錐體組成的絨面。組成的絨面。絨面具有受光面絨面具有受光面積大，反射率低的特點?？商岱e大，反射率低的特點?？商岣邌尉Ч杼?/p>

19、電池的短路電流，高單晶硅太陽電池的短路電流，從而提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換從而提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率效率。 金字塔形角錐體的表面積金字塔形角錐體的表面積S0S0等于等于四個邊長為四個邊長為a a正三角形正三角形S S之和之和 由此可見有絨面的受光面積比光由此可見有絨面的受光面積比光面提高了倍即面提高了倍即1.7321.732倍。倍。20a3a23a214S絨面受光面積絨面受光面積 當(dāng)一束強度為當(dāng)一束強度為E0E0的光投射到圖中的的光投射到圖中的A A點，產(chǎn)生反射光點，產(chǎn)生反射光1 1和進(jìn)和進(jìn)入硅中的折射光入硅中的折射光2 2。反射光。反射光1 1可以繼續(xù)投射到另一方錐的可以繼續(xù)投射到另一方錐的

20、B B點，點，產(chǎn)生二次反射光產(chǎn)生二次反射光3 3和進(jìn)入半導(dǎo)體的折射光和進(jìn)入半導(dǎo)體的折射光4 4；而對光面電池就；而對光面電池就不產(chǎn)生這第二次的入射。經(jīng)計算可知還有不產(chǎn)生這第二次的入射。經(jīng)計算可知還有11%11%的二次反射光可能的二次反射光可能進(jìn)行第三次反射和折射，由此可算得絨面的反射率為進(jìn)行第三次反射和折射，由此可算得絨面的反射率為9.04%9.04%。絨面反射率絨面反射率 由于原始硅片采用由于原始硅片采用P P型硅，發(fā)射區(qū)擴散一般采用三型硅，發(fā)射區(qū)擴散一般采用三氯氧磷氣體攜帶源方式，這個工藝的特點是生產(chǎn)高，氯氧磷氣體攜帶源方式，這個工藝的特點是生產(chǎn)高，有利于降低成本。目前大型的太陽能廠家一般

21、用有利于降低成本。目前大型的太陽能廠家一般用8 8吋吋硅片擴散爐、石英管口徑達(dá)硅片擴散爐、石英管口徑達(dá)270mm270mm，可以擴散，可以擴散156156156156（mmmm）的硅片。）的硅片。 由于石英管口徑大，恒溫區(qū)長，提高了擴散薄層由于石英管口徑大，恒溫區(qū)長，提高了擴散薄層電阻均勻性；因為采用磷擴散，可以實現(xiàn)高濃度的摻電阻均勻性；因為采用磷擴散，可以實現(xiàn)高濃度的摻雜，有利于降低太陽電池的串聯(lián)電阻雜，有利于降低太陽電池的串聯(lián)電阻RsRs，從而了提高，從而了提高太陽電池填充因子太陽電池填充因子FFFF。擴散條件為。擴散條件為880880CC ，1010分，得分，得到的到的P-NP-N結(jié)深約

22、結(jié)深約0.150.15 m m。發(fā)射區(qū)擴散發(fā)射區(qū)擴散SiN鈍化與鈍化與APCVD淀積淀積TiO2 先期的地面用高效單晶硅太陽電池一般采用鈍化發(fā)射區(qū)先期的地面用高效單晶硅太陽電池一般采用鈍化發(fā)射區(qū)太陽電池太陽電池(PESC)(PESC)工藝。擴散后，在去除磷硅玻璃的硅片上工藝。擴散后，在去除磷硅玻璃的硅片上, ,熱氧化生長一層熱氧化生長一層10nm25nm厚厚SiOSiO2 2, ,使表面層非晶化使表面層非晶化, ,改變改變了表面層硅原子價鍵失配情況了表面層硅原子價鍵失配情況, ,使表面趨于穩(wěn)定使表面趨于穩(wěn)定, ,這樣減少這樣減少了發(fā)射區(qū)表面復(fù)合了發(fā)射區(qū)表面復(fù)合, ,提高了太陽電池對藍(lán)光的響應(yīng)提

23、高了太陽電池對藍(lán)光的響應(yīng), ,同時也同時也增加了短路電流密度增加了短路電流密度Jsc,Jsc,由于減少了發(fā)射區(qū)表面復(fù)合由于減少了發(fā)射區(qū)表面復(fù)合, ,這樣這樣也就減少了反向飽和電流密度也就減少了反向飽和電流密度, ,從而提高了太陽電池開路電從而提高了太陽電池開路電壓壓VocVoc。還有如果沒有這層。還有如果沒有這層SiN,SiN,直接淀積直接淀積TiOTiO2 2薄膜薄膜, ,硅表面硅表面會出現(xiàn)陷阱型的滯后現(xiàn)象導(dǎo)致太陽電池短路電流衰減會出現(xiàn)陷阱型的滯后現(xiàn)象導(dǎo)致太陽電池短路電流衰減, ,一般一般會衰減會衰減8%8%左右左右, ,從而降低光電轉(zhuǎn)換效率。故要先生長從而降低光電轉(zhuǎn)換效率。故要先生長SiN

24、SiN鈍鈍化再生長化再生長TiOTiO2 2減反射膜。減反射膜。 TiOTiO2 2減反射膜是用減反射膜是用APCVDAPCVD設(shè)備生長的設(shè)備生長的, ,它通過鈦酸異丙脂它通過鈦酸異丙脂與純水產(chǎn)生水解反應(yīng)來生長與純水產(chǎn)生水解反應(yīng)來生長TiOTiO2 2薄膜。薄膜。 多晶硅太陽電池廣泛使用多晶硅太陽電池廣泛使用PECVDPECVD淀積淀積SiN ,SiN ,由于由于PECVDPECVD淀積淀積SiNSiN時時, ,不光是生長不光是生長SiNSiN作為減反射膜作為減反射膜, ,同時生成了大量的原子同時生成了大量的原子氫氫, ,這些氫原子能對多晶硅片具有表面鈍化和體鈍化的雙重這些氫原子能對多晶硅片具

25、有表面鈍化和體鈍化的雙重作用作用, ,可用于大批量生產(chǎn)高效多晶硅太陽電池可用于大批量生產(chǎn)高效多晶硅太陽電池, ,為上世紀(jì)末多為上世紀(jì)末多晶硅太陽電池的產(chǎn)量超過單晶硅太陽電池立下汗馬功勞。隨晶硅太陽電池的產(chǎn)量超過單晶硅太陽電池立下汗馬功勞。隨著著PECVDPECVD在多晶硅太陽電池成功在多晶硅太陽電池成功, ,引起人們將引起人們將PECVDPECVD用于單晶用于單晶硅太陽電池作表面鈍化的愿望。硅太陽電池作表面鈍化的愿望。 由于生成的氮化硅薄膜含有大量的氫由于生成的氮化硅薄膜含有大量的氫, ,可以很好的鈍化硅可以很好的鈍化硅中的表面懸掛鍵，從而提高了載流子遷移率，一般要提高中的表面懸掛鍵，從而提高

26、了載流子遷移率，一般要提高20%20%左右，同時由于左右，同時由于SiNSiN薄膜對單晶硅表面有非常明顯的鈍化薄膜對單晶硅表面有非常明顯的鈍化作用。經(jīng)驗顯示，用作用。經(jīng)驗顯示，用PECVD SiNPECVD SiN作為減反膜的單晶硅太陽電作為減反膜的單晶硅太陽電池效率高于傳統(tǒng)的池效率高于傳統(tǒng)的APCVD TiOAPCVD TiO2 2作減反膜單晶硅太陽電池。作減反膜單晶硅太陽電池。SiNSiN減反膜的厚度約減反膜的厚度約7575nm，折射率可高到，折射率可高到2.12.1（富硅）。（富硅）。PECVDPECVD淀積淀積SiNSiN 晶體硅太陽電池要通過三次印刷金屬漿料，傳統(tǒng)工藝要用二次燒晶體硅

27、太陽電池要通過三次印刷金屬漿料，傳統(tǒng)工藝要用二次燒結(jié)才能形成良好的帶有金屬電極歐姆接觸，結(jié)才能形成良好的帶有金屬電極歐姆接觸，共燒工藝只需一次燒結(jié)，共燒工藝只需一次燒結(jié)，同時形成上下電極的歐姆接觸，是高效晶體硅太陽能電池的一項重要同時形成上下電極的歐姆接觸，是高效晶體硅太陽能電池的一項重要關(guān)鍵工藝關(guān)鍵工藝。該工藝的基礎(chǔ)理論來自合金法制。該工藝的基礎(chǔ)理論來自合金法制P-NP-N結(jié)工藝。當(dāng)電極金屬結(jié)工藝。當(dāng)電極金屬材料和半導(dǎo)體單晶硅在溫度達(dá)到共晶溫度時，單晶硅原子按相圖以一材料和半導(dǎo)體單晶硅在溫度達(dá)到共晶溫度時，單晶硅原子按相圖以一定的比例量溶入到熔融的合金電極材料。單晶硅原子溶入到電極金屬定的比

28、例量溶入到熔融的合金電極材料。單晶硅原子溶入到電極金屬中的整個過程相當(dāng)快，一般只需幾秒鐘。溶入的單晶硅原子數(shù)目決定中的整個過程相當(dāng)快，一般只需幾秒鐘。溶入的單晶硅原子數(shù)目決定于合金溫度和電極材料的體積，燒結(jié)合金溫度愈高，電極金屬材料體于合金溫度和電極材料的體積，燒結(jié)合金溫度愈高，電極金屬材料體積愈大，則溶入的硅原子數(shù)目也愈多，這時狀態(tài)被稱為晶體電極金屬積愈大，則溶入的硅原子數(shù)目也愈多，這時狀態(tài)被稱為晶體電極金屬的合金系統(tǒng)。如果此時溫度降低，系統(tǒng)開始冷卻，原先溶入到電極金的合金系統(tǒng)。如果此時溫度降低，系統(tǒng)開始冷卻，原先溶入到電極金屬材料中的硅原子重新以固態(tài)形式結(jié)晶出來，在金屬和晶體接觸界面屬材料

29、中的硅原子重新以固態(tài)形式結(jié)晶出來，在金屬和晶體接觸界面上生長出一層外延層。如果外延層內(nèi)含有足夠量的與原先晶體材料導(dǎo)上生長出一層外延層。如果外延層內(nèi)含有足夠量的與原先晶體材料導(dǎo)電類型相同雜質(zhì)成份，就獲得了用合金法工藝形成的歐姆接觸；如果電類型相同雜質(zhì)成份，就獲得了用合金法工藝形成的歐姆接觸；如果再結(jié)晶層內(nèi)含有足夠量的與原先晶體材料導(dǎo)電類型異型的雜質(zhì)成份，再結(jié)晶層內(nèi)含有足夠量的與原先晶體材料導(dǎo)電類型異型的雜質(zhì)成份，這就獲得了用合金法工藝形成這就獲得了用合金法工藝形成P-NP-N結(jié)。結(jié)。 共燒形成金屬接觸共燒形成金屬接觸 銀槳、銀鋁槳、鋁槳印刷過的硅片，通過烘干，使有機銀槳、銀鋁槳、鋁槳印刷過的硅片

30、，通過烘干，使有機溶劑完全揮發(fā)，膜層收縮成為固狀物緊密粘附在硅片上，溶劑完全揮發(fā)，膜層收縮成為固狀物緊密粘附在硅片上，這時，可視為金屬電極材料層和硅片接觸在一起。所謂共這時，可視為金屬電極材料層和硅片接觸在一起。所謂共燒工藝顯然是采用銀硅的共晶溫度，同時在幾秒鐘內(nèi)單燒工藝顯然是采用銀硅的共晶溫度，同時在幾秒鐘內(nèi)單晶硅原子溶入到金屬電極材料里，之后又幾乎同時冷卻形晶硅原子溶入到金屬電極材料里，之后又幾乎同時冷卻形成再結(jié)晶層，這個再結(jié)晶層是較完美單晶硅的晶格點陣結(jié)成再結(jié)晶層，這個再結(jié)晶層是較完美單晶硅的晶格點陣結(jié)構(gòu)。只經(jīng)過一次燒結(jié)鈍化的表面層，氫原子的外釋是有限構(gòu)。只經(jīng)過一次燒結(jié)鈍化的表面層，氫原

31、子的外釋是有限的，共燒保障了氫原子大量存在，填充因子較高，沒有必的，共燒保障了氫原子大量存在，填充因子較高，沒有必要引入氮氫烘焙工藝（要引入氮氫烘焙工藝（FGSFGS）。）。電池片測試電池片測試 主要測試太陽電池的基本特性：主要測試太陽電池的基本特性： 開路電壓開路電壓VOC、短路電流、短路電流ISC、填充因子、填充因子FF、能量轉(zhuǎn)換效率、能量轉(zhuǎn)換效率。 FF為電池的填充因子為電池的填充因子(Fill Factor), 它定義為電池具有最大輸出功率它定義為電池具有最大輸出功率(Pop,)時的電流時的電流(IOpt)和電壓和電壓(Vopt)的乘積與電池的短路電流和開路電壓乘積的比值，的乘積與電池

32、的短路電流和開路電壓乘積的比值， 較高較高 的的 短短 路路電流和開路電壓是產(chǎn)生較高能量轉(zhuǎn)換效率的基礎(chǔ)。如果兩個電池電流和開路電壓是產(chǎn)生較高能量轉(zhuǎn)換效率的基礎(chǔ)。如果兩個電池的短路電流和開路電壓完全相同，制約其效率大小的參數(shù)就是填的短路電流和開路電壓完全相同，制約其效率大小的參數(shù)就是填充因子。充因子。 能量轉(zhuǎn)換效率是光電池的最重要性能指標(biāo)，它為光電池將入射能量轉(zhuǎn)換效率是光電池的最重要性能指標(biāo)，它為光電池將入射光能量轉(zhuǎn)換成電能的效率。光能量轉(zhuǎn)換成電能的效率。光電池的測試電路光電池的測試電路PN結(jié)兩端的電流結(jié)兩端的電流 光電池處于零偏時，光電池處于零偏時，V0，流過，流過PN結(jié)的電流結(jié)的電流IIP

33、；光電池；光電池處于反偏時，流過處于反偏時，流過PN結(jié)的電流結(jié)的電流I IP - Is ，當(dāng)光電池用作光電，當(dāng)光電池用作光電轉(zhuǎn)換器時，必須處于零偏或反偏狀態(tài)。轉(zhuǎn)換器時，必須處于零偏或反偏狀態(tài)。光電流光電流IP與輸出光功率與輸出光功率Pi 之間的關(guān)系之間的關(guān)系： R 為響應(yīng)率，為響應(yīng)率，R 值隨入射光波長的不同而變化，對不同材料制值隨入射光波長的不同而變化，對不同材料制作的光電池作的光電池R值分別在短波長和長波長處存在一截止波長。值分別在短波長和長波長處存在一截止波長。PKTevsIeII)1(/PiIRP光電池的伏安特性光電池的伏安特性 下圖顯示了光電池的典型下圖顯示了光電池的典型I-V曲線。

34、曲線。Pm為最大功率點。它的確為最大功率點。它的確定可用從光電池定可用從光電池I-V曲線上任意點向縱、橫坐標(biāo)引垂線，垂線與曲線上任意點向縱、橫坐標(biāo)引垂線，垂線與坐標(biāo)軸保衛(wèi)面積最大的點即為坐標(biāo)軸保衛(wèi)面積最大的點即為Pm。根據(jù)該特性曲線可以確定光根據(jù)該特性曲線可以確定光電池的電池的開路電壓、短路電流開路電壓、短路電流。 太陽電池的短路電流等于其光生電流。決定短路電流的因素太陽電池的短路電流等于其光生電流。決定短路電流的因素很多，分析短路電流的最方便的方法是將太陽光譜劃分成許多段，很多，分析短路電流的最方便的方法是將太陽光譜劃分成許多段，每一段只有很窄的波長范圍，并找出每一段光譜所對應(yīng)的電流，每一段

35、只有很窄的波長范圍，并找出每一段光譜所對應(yīng)的電流，電池的總短路電流是全部光譜段貢獻(xiàn)的總和。電池的總短路電流是全部光譜段貢獻(xiàn)的總和。負(fù)載特性負(fù)載特性四、提高太陽能電池效率的途經(jīng)四、提高太陽能電池效率的途經(jīng) 在硅太陽能電池的制造歷史中已經(jīng)采用過許多措施來提高太陽能在硅太陽能電池的制造歷史中已經(jīng)采用過許多措施來提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，并且隨著能源的不斷消耗，高效太陽能的研電池的光電轉(zhuǎn)換效率，并且隨著能源的不斷消耗，高效太陽能的研究正熱火朝天地進(jìn)行。主要針對：究正熱火朝天地進(jìn)行。主要針對： 1.1.降低光電子的表面復(fù)合，如降低表面態(tài)等；降低光電子的表面復(fù)合，如降低表面態(tài)等； 2.2.降低入射光的

36、表面反射，用多種太陽光減反射技術(shù)，如沉積降低入射光的表面反射，用多種太陽光減反射技術(shù)，如沉積 減反層、硅片表面織構(gòu)技術(shù)、局部背表面場技術(shù)，最大限度減反層、硅片表面織構(gòu)技術(shù)、局部背表面場技術(shù)，最大限度 地減少太陽光在硅表面的反射；地減少太陽光在硅表面的反射； 3.3.電極低接觸電阻和集成受光技術(shù)，如激光刻槽埋柵技術(shù)和表電極低接觸電阻和集成受光技術(shù)，如激光刻槽埋柵技術(shù)和表 面濃度擴散技術(shù)，使電極接觸電阻低和增加硅表面受光面積。面濃度擴散技術(shù)，使電極接觸電阻低和增加硅表面受光面積。 4.4.降低降低P-NP-N結(jié)的結(jié)深和漏電；結(jié)的結(jié)深和漏電； 5.5.采用高效廉價光電轉(zhuǎn)換材料；采用高效廉價光電轉(zhuǎn)換材

37、料；后面主要介紹高效太陽能電池材料和結(jié)構(gòu)。后面主要介紹高效太陽能電池材料和結(jié)構(gòu)。 五、高效太陽能電池材料五、高效太陽能電池材料1. 1. 多晶硅多晶硅 單晶硅太陽能電池消耗的硅材料很多。為了節(jié)省材料，目前發(fā)展單晶硅太陽能電池消耗的硅材料很多。為了節(jié)省材料，目前發(fā)展多晶硅薄膜電池多晶硅薄膜電池。采用。采用化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法，包括用，包括用LPCVDLPCVD和和PECVDPECVD工藝工藝制造多晶硅薄膜。此外，液相外延法（制造多晶硅薄膜。此外，液相外延法（LPPELPPE）和濺射沉積法也可用）和濺射沉積法也可用來制備多晶硅薄膜電池。來制備多晶硅薄膜電池。 化學(xué)氣相沉積主要以化學(xué)氣相沉積

38、主要以SiHSiH2 2ClCl2 2、SiHClSiHCl3 3、SiClSiCl4 4或或SiHSiH4 4, ,為反應(yīng)氣體為反應(yīng)氣體, ,在一定的保護氣氛下反應(yīng)沉積在加熱的襯底上，襯底材料一般選用在一定的保護氣氛下反應(yīng)沉積在加熱的襯底上，襯底材料一般選用SiSi、SiOSiO2 2、SiSi3 3N N4 4等。但在非硅襯底上很難形成較大的晶粒，且容易等。但在非硅襯底上很難形成較大的晶粒，且容易在晶粒間形成空隙。解決辦法是在晶粒間形成空隙。解決辦法是先用先用 LPCVDLPCVD在襯底上沉積一層較薄在襯底上沉積一層較薄的非晶硅層，退火后得到較大的晶粒，然后再在這層籽晶上沉積厚的非晶硅層，

39、退火后得到較大的晶粒，然后再在這層籽晶上沉積厚的多晶硅薄膜的多晶硅薄膜。因此，再結(jié)晶技術(shù)是很重要的環(huán)節(jié)，目前采用的技。因此，再結(jié)晶技術(shù)是很重要的環(huán)節(jié)，目前采用的技術(shù)主要有固相結(jié)晶法和區(qū)熔再結(jié)晶法。多晶硅薄膜電池除再結(jié)晶工術(shù)主要有固相結(jié)晶法和區(qū)熔再結(jié)晶法。多晶硅薄膜電池除再結(jié)晶工藝外，采用單晶硅太陽能電池的所有技術(shù)，德國人用區(qū)熔再結(jié)晶法藝外，采用單晶硅太陽能電池的所有技術(shù)，德國人用區(qū)熔再結(jié)晶法制得電池的效率高達(dá)制得電池的效率高達(dá)1919，日本三菱同法制得得效率為，日本三菱同法制得得效率為16.216.22. 2. 非晶硅薄膜非晶硅薄膜 開發(fā)太陽能電池的兩個關(guān)鍵是：開發(fā)太陽能電池的兩個關(guān)鍵是：提高

40、轉(zhuǎn)換效率和降低成本提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本。由于非。由于非晶硅薄膜成本低，便于大量生產(chǎn)，受到普遍重視并得到迅速發(fā)展。晶硅薄膜成本低，便于大量生產(chǎn)，受到普遍重視并得到迅速發(fā)展。 但但非晶硅光學(xué)帶隙為非晶硅光學(xué)帶隙為1.7eV1.7eV, , 對太陽輻射光譜的長波區(qū)域不敏感對太陽輻射光譜的長波區(qū)域不敏感，這就限制了非晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。此外，這就限制了非晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。此外，其光電效率會隨著其光電效率會隨著光照時間的延續(xù)而衰減光照時間的延續(xù)而衰減，即光致衰退，即光致衰退S S一一W W效應(yīng)，使電池性能不穩(wěn)定。效應(yīng)，使電池性能不穩(wěn)定。解決途徑就是制備疊層太陽能電池解決途徑就是制備疊層太

41、陽能電池。疊層電池是由在制備的。疊層電池是由在制備的p、i、n層單結(jié)電池上再沉積一個或多個層單結(jié)電池上再沉積一個或多個P-i-n子電池制得的。疊層太陽能電池子電池制得的。疊層太陽能電池提高轉(zhuǎn)換效率、解決單結(jié)電池不穩(wěn)定性的關(guān)鍵問題在于：它把不同提高轉(zhuǎn)換效率、解決單結(jié)電池不穩(wěn)定性的關(guān)鍵問題在于：它把不同禁帶寬度的材科組臺在一起，提高了光譜的響應(yīng)范圍；頂電池的禁帶寬度的材科組臺在一起，提高了光譜的響應(yīng)范圍；頂電池的i層較薄，光照產(chǎn)生的電場強度變化不大，保證層較薄，光照產(chǎn)生的電場強度變化不大，保證i層中的光生載流子抽層中的光生載流子抽出；底電池產(chǎn)生的載流子約為單電池的一半，光致衰退效應(yīng)減?。怀?；底電池

42、產(chǎn)生的載流子約為單電池的一半，光致衰退效應(yīng)減??；疊層太陽能電池各子電池是串聯(lián)在一起的疊層太陽能電池各子電池是串聯(lián)在一起的。 非晶硅薄膜太陽能電池的制備方法有很多，其中包括反應(yīng)濺射非晶硅薄膜太陽能電池的制備方法有很多，其中包括反應(yīng)濺射法、法、PECVD法、法、LPCVD法等，反應(yīng)原料氣體為法等，反應(yīng)原料氣體為H2稀釋的稀釋的SiH4，襯底主要為玻璃及不銹鋼片，制成的非晶硅薄膜經(jīng)過不同的電池襯底主要為玻璃及不銹鋼片，制成的非晶硅薄膜經(jīng)過不同的電池工藝過程可分別制得單結(jié)電池和疊層太陽能電池。目前非晶硅太工藝過程可分別制得單結(jié)電池和疊層太陽能電池。目前非晶硅太陽能電池的研究取得兩大進(jìn)展：第一、三疊層結(jié)

43、構(gòu)非晶硅太陽能陽能電池的研究取得兩大進(jìn)展：第一、三疊層結(jié)構(gòu)非晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到13，創(chuàng)下新的記錄；第二、三疊層太陽能電，創(chuàng)下新的記錄；第二、三疊層太陽能電池年生產(chǎn)能力達(dá)池年生產(chǎn)能力達(dá)5MW。 非晶硅太陽能電池由于具有較高的轉(zhuǎn)換效率和較低的成本及重非晶硅太陽能電池由于具有較高的轉(zhuǎn)換效率和較低的成本及重量輕等特點，有著極大的潛力。但同時由于它的穩(wěn)定性不高，直量輕等特點，有著極大的潛力。但同時由于它的穩(wěn)定性不高，直接影響了它的實際應(yīng)用。如果能進(jìn)一步解決穩(wěn)定性問題及提高轉(zhuǎn)接影響了它的實際應(yīng)用。如果能進(jìn)一步解決穩(wěn)定性問題及提高轉(zhuǎn)換率問題，那么，非晶硅大陽能電池?zé)o疑是太陽能電池的主

44、要發(fā)換率問題，那么，非晶硅大陽能電池?zé)o疑是太陽能電池的主要發(fā)展產(chǎn)品之一。展產(chǎn)品之一。 3. 3. 多元化合物薄膜多元化合物薄膜 為了尋找單晶硅電池的替代品為了尋找單晶硅電池的替代品,人們除開發(fā)了多晶硅、非晶硅薄人們除開發(fā)了多晶硅、非晶硅薄膜太陽能電池外，又不斷研制其它材料的太陽能電池。其中主要膜太陽能電池外，又不斷研制其它材料的太陽能電池。其中主要包括砷化鎵包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅錮硒薄膜電池等。族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅錮硒薄膜電池等。上述電池中，盡管硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅上述電池中，盡管硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高

45、（薄膜太陽能電池效率高（1213），成本較單晶硅電池低，并），成本較單晶硅電池低，并且也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但由于鎘有劇毒，會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污且也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但由于鎘有劇毒，會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，因此，并不是晶體硅太陽能電池最理想的替代。染，因此，并不是晶體硅太陽能電池最理想的替代。 砷化鎵砷化鎵III-V族化合物及銅銦硒薄膜電池由于具有較高的轉(zhuǎn)換效率受到人們的族化合物及銅銦硒薄膜電池由于具有較高的轉(zhuǎn)換效率受到人們的普遍重視。普遍重視。GaAs屬于屬于III-V族化合物半導(dǎo)體材料，其能隙為族化合物半導(dǎo)體材料，其能隙為1.4eV，正好為高吸收率太陽光的值，因此，是很理想的電池材料。正好為高吸

46、收率太陽光的值，因此，是很理想的電池材料。GaAs等等III-V化合物薄膜電池的制備主要采用化合物薄膜電池的制備主要采用 MOVPE和和LPE技術(shù)，其技術(shù)，其中中MOVPE方法制備方法制備GaAs薄膜電池受襯底位錯、反應(yīng)壓力、薄膜電池受襯底位錯、反應(yīng)壓力、III-V比率、總流量等諸多參數(shù)的影響。比率、總流量等諸多參數(shù)的影響。 除除GaAs外，其它外，其它III-V化合物如化合物如Gasb、GaInP等等電池材料也得到了開發(fā)。電池材料也得到了開發(fā)。 1998年德國費萊堡太陽能系統(tǒng)研究所制得的年德國費萊堡太陽能系統(tǒng)研究所制得的GaAs太陽能電池轉(zhuǎn)太陽能電池轉(zhuǎn)換效率為換效率為24.2，首次制備的，首

47、次制備的GaInP電池轉(zhuǎn)換效率為電池轉(zhuǎn)換效率為14.7另外，另外，該研究所還采用堆疊結(jié)構(gòu)制備該研究所還采用堆疊結(jié)構(gòu)制備GaAs，Gasb電池，該電池是將兩個電池，該電池是將兩個獨立的電池堆疊在一起，獨立的電池堆疊在一起，GaAs作為上電池，下電池用的是作為上電池，下電池用的是Gasb,所所得到的電池效率達(dá)到得到的電池效率達(dá)到31.1。 銅銦硒銅銦硒CuInSe2簡稱簡稱CIS。CIS材料的材料的能隙為能隙為1.leV，適于太陽光的光電轉(zhuǎn)換。另外，適于太陽光的光電轉(zhuǎn)換。另外，CIS薄膜太陽電池不薄膜太陽電池不存在光致衰退問題。因此，存在光致衰退問題。因此，CIS用作高轉(zhuǎn)換效率薄膜太陽能電池材用作

48、高轉(zhuǎn)換效率薄膜太陽能電池材料也引起了人們的注目。料也引起了人們的注目。 CIS電池薄膜的制備主要有真空蒸鍍法和電池薄膜的制備主要有真空蒸鍍法和硒化法。真空蒸鍍法是采用各自的蒸發(fā)源蒸鍍銅、銦和硒，硒化硒化法。真空蒸鍍法是采用各自的蒸發(fā)源蒸鍍銅、銦和硒，硒化法是使用法是使用H2Se疊層膜硒化，但難以得到成分均勻的疊層膜硒化，但難以得到成分均勻的CIS。CIS薄膜薄膜電池的轉(zhuǎn)換效率將達(dá)到電池的轉(zhuǎn)換效率將達(dá)到20，相當(dāng)于多晶硅太陽能電池。，相當(dāng)于多晶硅太陽能電池。 CIS作為作為太陽能電池的半導(dǎo)體材料，具有價格低廉、性能良好和工藝簡單太陽能電池的半導(dǎo)體材料，具有價格低廉、性能良好和工藝簡單等優(yōu)點，將成

49、為今后發(fā)展太陽能電池的一個重要方向。唯一的問等優(yōu)點，將成為今后發(fā)展太陽能電池的一個重要方向。唯一的問題是材料的來源，由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類題是材料的來源，由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類電池的發(fā)展又必然受到限制。電池的發(fā)展又必然受到限制。 銅銦硒銅銦硒(CIS)(CIS)薄膜太陽電池性能優(yōu)異，被國際上稱為下一代的薄膜太陽電池性能優(yōu)異，被國際上稱為下一代的廉價太陽能電池。廉價太陽能電池。吸引世界眾多的光伏專家進(jìn)行研究開發(fā)。由于吸引世界眾多的光伏專家進(jìn)行研究開發(fā)。由于銅銦硒電池是多元化合物半導(dǎo)體器件，復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)和敏感的銅銦硒電池是多元化合物半導(dǎo)體器件，復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)和

50、敏感的元素配比，要求其工藝和設(shè)備極其嚴(yán)格。太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率元素配比，要求其工藝和設(shè)備極其嚴(yán)格。太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率是代表材料性能、器件結(jié)構(gòu)、制備技術(shù)、工藝設(shè)備和檢測手段等是代表材料性能、器件結(jié)構(gòu)、制備技術(shù)、工藝設(shè)備和檢測手段等綜合性整體水平的標(biāo)志性指標(biāo)，世界上只有四個國家開發(fā)出這種綜合性整體水平的標(biāo)志性指標(biāo)，世界上只有四個國家開發(fā)出這種單體電池和集成組件，美、日、德三國完成了中試線的開發(fā)，尚單體電池和集成組件，美、日、德三國完成了中試線的開發(fā)，尚未實現(xiàn)商品化。未實現(xiàn)商品化。 采用采用CuInGaSe CuInGaSe 多元復(fù)合薄膜，也可生產(chǎn)高效太陽能電池。薄多元復(fù)合薄膜，也可生產(chǎn)高效太陽能

51、電池。薄膜是通過在玻璃膜是通過在玻璃o o基材上通過物理氣相淀積銅和硒或銦和硒并基材上通過物理氣相淀積銅和硒或銦和硒并調(diào)整該薄膜的最終化學(xué)計量比調(diào)整該薄膜的最終化學(xué)計量比CuCu=11.2 (In,Ga)=11.2: Se= 22.5。 4. 4. 聚合物薄膜聚合物薄膜 以聚合物代替無機材料是太陽能電池制造的方向。其原理是利用以聚合物代替無機材料是太陽能電池制造的方向。其原理是利用不同氧化還原型聚合物的不同氧化還原電勢，在導(dǎo)電材料（電極）不同氧化還原型聚合物的不同氧化還原電勢，在導(dǎo)電材料（電極）表面進(jìn)行多層復(fù)合，制成類似無機表面進(jìn)行多層復(fù)合，制成類似無機PN結(jié)的單向?qū)щ娧b置。其中一結(jié)的單向?qū)щ?/p>

52、裝置。其中一個電極的內(nèi)層由還原電位較低的聚合物修飾，外層聚合物的還原電個電極的內(nèi)層由還原電位較低的聚合物修飾，外層聚合物的還原電位較高，電子轉(zhuǎn)移方向只能由內(nèi)層向外層轉(zhuǎn)移；另一個電極的修飾位較高，電子轉(zhuǎn)移方向只能由內(nèi)層向外層轉(zhuǎn)移；另一個電極的修飾正好相反，并且第一個電極上兩種聚合物的還原電位均高于后者的正好相反，并且第一個電極上兩種聚合物的還原電位均高于后者的兩種聚合物的還原電位。當(dāng)兩個修飾電極放入含有光敏化劑的電解兩種聚合物的還原電位。當(dāng)兩個修飾電極放入含有光敏化劑的電解波中時光敏化劑吸光后產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)移到還原電位較低的電極上，波中時光敏化劑吸光后產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)移到還原電位較低的電極上，還原電位

53、較低電極上積累的電子不能向外層聚合物轉(zhuǎn)移，只能通過還原電位較低電極上積累的電子不能向外層聚合物轉(zhuǎn)移，只能通過外電路從還原電位較高的電極回到電解液，因此外電路中有光電流外電路從還原電位較高的電極回到電解液，因此外電路中有光電流產(chǎn)生。由于有機材料柔性好，成本底，對大規(guī)模利用太陽能，提供產(chǎn)生。由于有機材料柔性好，成本底，對大規(guī)模利用太陽能，提供廉價電能具有重要意義。但以有機材料制備的太陽能電池使用壽命廉價電能具有重要意義。但以有機材料制備的太陽能電池使用壽命和效率都不能和無機材料特別是硅電池相比。和效率都不能和無機材料特別是硅電池相比。 近來報道，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所已經(jīng)研制出目前世界上太近來報道

54、，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所已經(jīng)研制出目前世界上太陽能轉(zhuǎn)換率最高的有機薄膜太陽能電池，其轉(zhuǎn)換率已達(dá)到現(xiàn)有有陽能轉(zhuǎn)換率最高的有機薄膜太陽能電池，其轉(zhuǎn)換率已達(dá)到現(xiàn)有有機薄膜太陽能電池的四倍。機薄膜太陽能電池的四倍。 報道說，此前的有機薄膜太陽能電池是把兩層有機半導(dǎo)體的薄報道說，此前的有機薄膜太陽能電池是把兩層有機半導(dǎo)體的薄膜接合在一起，其太陽能到電能的轉(zhuǎn)換率約為。新型有機薄膜接合在一起，其太陽能到電能的轉(zhuǎn)換率約為。新型有機薄膜太陽能電池在原有的兩層構(gòu)造中間加入一種混合薄膜，變成三膜太陽能電池在原有的兩層構(gòu)造中間加入一種混合薄膜，變成三層構(gòu)造，這樣就增加了產(chǎn)生電能的分子之間的接觸面積，從而大層構(gòu)造，這樣

55、就增加了產(chǎn)生電能的分子之間的接觸面積，從而大大提高了太陽能轉(zhuǎn)換率。大提高了太陽能轉(zhuǎn)換率。 有機薄膜太陽能電池使用塑料等質(zhì)輕柔軟的材料為基板，因有機薄膜太陽能電池使用塑料等質(zhì)輕柔軟的材料為基板，因此人們對它的實用化期待很高。研究人員表示，通過進(jìn)一步研究，此人們對它的實用化期待很高。研究人員表示，通過進(jìn)一步研究，有望開發(fā)出轉(zhuǎn)換率達(dá)、可投入實際使用的有機薄膜太陽能有望開發(fā)出轉(zhuǎn)換率達(dá)、可投入實際使用的有機薄膜太陽能電池。電池。 5. 5. 納米晶材料納米晶材料 人們在新工藝、新材料、電池薄膜化等方面的探索中，納米人們在新工藝、新材料、電池薄膜化等方面的探索中，納米TiO2 晶體化學(xué)能太陽能電池受到國內(nèi)

56、外科學(xué)家的重視它由瑞士晶體化學(xué)能太陽能電池受到國內(nèi)外科學(xué)家的重視它由瑞士Gratzel教授首先研制成功。納米晶化學(xué)太陽能電池（簡稱教授首先研制成功。納米晶化學(xué)太陽能電池（簡稱NPC電池）電池）是由一種在禁帶半導(dǎo)體材料修飾、組裝到另一種大能隙半導(dǎo)體材料是由一種在禁帶半導(dǎo)體材料修飾、組裝到另一種大能隙半導(dǎo)體材料上形成的，窄禁帶半導(dǎo)體材料采用過渡金屬上形成的，窄禁帶半導(dǎo)體材料采用過渡金屬Ru以及以及Os等的有機化等的有機化合物敏化染料，大能隙半導(dǎo)體材料為納米多晶合物敏化染料，大能隙半導(dǎo)體材料為納米多晶TiO2并制成電極，此并制成電極，此外外NPC電池還選用適當(dāng)?shù)难趸贿€原電解質(zhì)。納米晶電池還選用適當(dāng)

57、的氧化一還原電解質(zhì)。納米晶TiO2工作原理：工作原理：染料分子吸收太陽光能躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，電子快速注染料分子吸收太陽光能躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，電子快速注入到緊鄰的入到緊鄰的TiO2導(dǎo)帶，染料中失去的電子則很快從電解質(zhì)中得到補導(dǎo)帶，染料中失去的電子則很快從電解質(zhì)中得到補償，進(jìn)入償，進(jìn)入TiO2導(dǎo)帶中的電于最終進(jìn)入導(dǎo)電膜導(dǎo)帶中的電于最終進(jìn)入導(dǎo)電膜,然后通過外回路產(chǎn)生光然后通過外回路產(chǎn)生光電流。電流。 納米晶納米晶TiO2太陽能電池的優(yōu)點在于它廉價的成本和簡單的工太陽能電池的優(yōu)點在于它廉價的成本和簡單的工藝及穩(wěn)定的性能。其光電效率穩(wěn)定在藝及穩(wěn)定的性能。其光電效率穩(wěn)定在10以上，制作

58、成本僅為硅太以上，制作成本僅為硅太陽電池的陽電池的1/51/10壽命能達(dá)到壽命能達(dá)到2O年以上。還未面市。年以上。還未面市。 6. 6. 光電子倍增材料光電子倍增材料 對普通光電材料，一個光子入射只能產(chǎn)生一個光電子，如果一個對普通光電材料，一個光子入射只能產(chǎn)生一個光電子，如果一個光子入射能產(chǎn)生多個光電子，可以稱為光電子倍增材料。光子入射能產(chǎn)生多個光電子，可以稱為光電子倍增材料。 美國國家可再生能源實驗室發(fā)現(xiàn)：納米晶體硅每吸收一個高能太美國國家可再生能源實驗室發(fā)現(xiàn)：納米晶體硅每吸收一個高能太陽光光子便能產(chǎn)生陽光光子便能產(chǎn)生2 23 3個電子，額外的電子來自藍(lán)光和紫外光的光個電子，額外的電子來自藍(lán)

59、光和紫外光的光子，這兩種光線的能量比太陽光譜中其它光線高得多。大多數(shù)太陽子，這兩種光線的能量比太陽光譜中其它光線高得多。大多數(shù)太陽能電池都把這額外的能量作為熱量而浪費了。小的納米晶體（量子能電池都把這額外的能量作為熱量而浪費了。小的納米晶體（量子點）具有量子力學(xué)效應(yīng)，能將這些能量轉(zhuǎn)化為電能。點）具有量子力學(xué)效應(yīng)，能將這些能量轉(zhuǎn)化為電能。 通過產(chǎn)生多個電子，由通過產(chǎn)生多個電子，由納米晶體硅制成的太陽能電池理論上可以納米晶體硅制成的太陽能電池理論上可以到到40%40%以上的能量轉(zhuǎn)化為電能。而目前太陽電池板的轉(zhuǎn)化效率最多以上的能量轉(zhuǎn)化為電能。而目前太陽電池板的轉(zhuǎn)化效率最多為為20%20%（理論上限（

60、理論上限27.8%27.8%）。借助反射鏡、透鏡聚集太陽光，效率可）。借助反射鏡、透鏡聚集太陽光，效率可達(dá)達(dá)40%40%，而納米晶體硅電池則可升至，而納米晶體硅電池則可升至60%60%。因此對于光電材料的發(fā)展，因此對于光電材料的發(fā)展，納米晶體硅極具應(yīng)用潛力。納米晶體硅極具應(yīng)用潛力。 然而，該工作剛開始，額外電子出現(xiàn)的時間十分短暫，很難然而，該工作剛開始，額外電子出現(xiàn)的時間十分短暫，很難捕獲進(jìn)行發(fā)電。證明這種效應(yīng)需借助光譜學(xué)等間接方法。捕獲進(jìn)行發(fā)電。證明這種效應(yīng)需借助光譜學(xué)等間接方法。六、高效太陽能電池結(jié)構(gòu)六、高效太陽能電池結(jié)構(gòu)1.1.疊層結(jié)構(gòu)疊層結(jié)構(gòu) 如前所述，包括多層電池和多層薄膜。每一種半