1、l 太陽(yáng)能電池組件材料太陽(yáng)能電池組件材料l 太陽(yáng)能電池材料太陽(yáng)能電池材料 太陽(yáng)能電池是通過(guò)光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。太陽(yáng)光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對(duì)，在p-n結(jié)電場(chǎng)的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽(yáng)能電池的工作原理。 太陽(yáng)能電池構(gòu)形圖 太陽(yáng)能利用涉及的技術(shù)問(wèn)題很多，但根據(jù)太陽(yáng)能的特點(diǎn)，具有共性的技術(shù)主要有四項(xiàng)，即太陽(yáng)能采集、太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換、太陽(yáng)能貯存和太陽(yáng)能傳輸，將這些技術(shù)與其它相關(guān)技術(shù)結(jié)合在一起，便能進(jìn)行太陽(yáng)能的實(shí)際利用-光熱利用、光電利用和光化學(xué)利用。 太陽(yáng)能的熱利用，是將太陽(yáng)的輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，實(shí)

2、現(xiàn)這個(gè)目的的器件叫“集熱器”。例如 “太陽(yáng)灶”； “太陽(yáng)熱水器”； “太陽(yáng)能干燥器”等等。太陽(yáng)能熱利用是可再生能源技術(shù)領(lǐng)域商業(yè)化程度最高、推廣應(yīng)用最普遍的技術(shù)之一。1998年世界太陽(yáng)能熱水器的總保有量約5400萬(wàn)平方米。按照人均使用太陽(yáng)能熱水器面積，塞浦路斯和以色列居世界一、二位，分別為1平方米人和0.7 平方米/人。日本有20的家庭使用太陽(yáng)能熱水器，以色列有80的家庭使用太陽(yáng)能熱水器。 太陽(yáng)能的熱利用主要是以下方面： 1）太陽(yáng)能空調(diào)降溫太陽(yáng)能空調(diào)降溫 太陽(yáng)能制冷及在空調(diào)降溫研究工作重點(diǎn)是尋找高效吸收和蒸發(fā)材料，優(yōu)化系統(tǒng)熱特性，建立數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)程序，研究新型制冷循環(huán)等。 2）太陽(yáng)能熱發(fā)電太

3、陽(yáng)能熱發(fā)電 太陽(yáng)能熱發(fā)電是利用集熱器將太陽(yáng)輻射能 轉(zhuǎn)換成熱能并通過(guò)熱力循環(huán)過(guò)程進(jìn)行發(fā)電，是太陽(yáng)能熱利用的重要方面。 3）太陽(yáng)房太陽(yáng)房 太陽(yáng)房是直接利用太陽(yáng)輻射能的重要方面。通過(guò)建筑設(shè)計(jì)把高效隔熱材料、透光材料、儲(chǔ)能材料等有機(jī)地集成在一起，使房屋盡可能多地吸收并保存太陽(yáng)能，達(dá)到房屋采暖目的。太陽(yáng)房可以節(jié)約7590的能耗，并具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，成為各國(guó)太陽(yáng)能利用技術(shù)的重要方面。被動(dòng)式太陽(yáng)房平均每平方米建筑面積每年可節(jié)約2040公斤標(biāo)準(zhǔn)煤，用于蔬菜和花卉種植的太陽(yáng)能溫室在中國(guó)北方地區(qū)較多采用。全國(guó)太陽(yáng)能溫室面積總計(jì)約700萬(wàn)畝，發(fā)揮著較好的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)在相關(guān)的透光隔熱材料、帶涂層的控光玻

4、璃、節(jié)能窗等沒(méi)有商業(yè)化，使太陽(yáng)房的水平受到限制。 4）熱利用的其它方面）熱利用的其它方面 太陽(yáng)灶 我國(guó)目前大約有15萬(wàn)臺(tái)太陽(yáng)灶在使用中。太陽(yáng)灶表面可以加涂一層光譜選擇性材料，如二氧化硅之類的透明涂料，以改變陽(yáng)光的吸收與發(fā)射，最普通的反光鏡為鍍銀或鍍鋁玻璃鏡，也有鋁拋光鏡面和滌綸薄膜鍍鋁材料等。提高太陽(yáng)灶的效率。每個(gè)太陽(yáng)灶每年可節(jié)約300千克標(biāo)準(zhǔn)煤。 太陽(yáng)能干燥 是熱利用的一個(gè)方面。目前我國(guó)已經(jīng)安裝了有1000多套太陽(yáng)能干燥系統(tǒng)，總面積約2萬(wàn)平方米。主要用于谷物、木材、蔬菜、中草藥于燥等。 太陽(yáng)能的應(yīng)用 1、硅系太陽(yáng)能電池（單晶硅太陽(yáng)能電池； 多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池；非晶硅薄膜 太陽(yáng)能電池） 2、

5、多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池（砷化鎵 III-V化合物；硫化鎘；銅銦硒） 3、聚合物多層修飾電極型電池 4、納米晶化學(xué)太陽(yáng)能電池優(yōu)點(diǎn)： 屬于可再生能源，不必?fù)?dān)心能源枯竭 太陽(yáng)能本身并不會(huì)給地球增加熱負(fù)荷 運(yùn)行過(guò)程中低污染、平穩(wěn)無(wú)噪音 發(fā)電裝置需要極少的維護(hù),壽命可達(dá)20年 所產(chǎn)生的電力既可供家庭單獨(dú)使用也可并入電網(wǎng) 用途廣泛缺點(diǎn)： 受地域及天氣影響較大 由于太陽(yáng)能分散、密度低，發(fā)電裝置會(huì)占去較大的面積 光電轉(zhuǎn)化效率低致使發(fā)電成本較傳統(tǒng)方式偏高 1.III-V族化合物及銅銦硒等系由稀有元素所制備，但從材料來(lái)源看，這類太陽(yáng)能電池將來(lái)不可能占據(jù)主導(dǎo)地位。 2.從轉(zhuǎn)換效率和材料的來(lái)源角度講，多晶硅和非晶硅

6、薄膜電池將最終取代單晶硅電池，成為市場(chǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)品。 3.今后研究的重點(diǎn)除繼續(xù)開(kāi)發(fā)新的電池材料外應(yīng)集中在如何降低成本上來(lái)，近來(lái)國(guó)外曾采用某些技術(shù)制得硅條帶作為多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的基片，以達(dá)到降低成本的目的，效果還是比較理想的。 材料科學(xué)與工程是技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)。太陽(yáng)光-熱轉(zhuǎn)換材料與工程，如用于太陽(yáng)集熱器的選擇性吸收涂層（表面），用于建筑幕墻玻璃和交通工具的選擇性透、反射薄膜材料和電致變色薄膜材料與器件，用于集熱器的具有太陽(yáng)光譜高透射比的硼硅玻璃，聚碳酸酯制成的蜂窩結(jié)構(gòu)，以及貯能材料等，推動(dòng)了太陽(yáng)光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展。 太陽(yáng)輻射的能量譜主要分布在波長(zhǎng)0.3m至3m范圍；人眼視覺(jué)靈敏譜的波長(zhǎng)在0

7、.41m至0.7m范圍，對(duì)人眼敏感的波長(zhǎng)，幾乎是在太陽(yáng)輻射最強(qiáng)的波長(zhǎng)間隔內(nèi)；一般物體溫度的黑體輻射譜的波長(zhǎng)在2m至100m范圍，太陽(yáng)光。熱轉(zhuǎn)換材料的光-熱性能，即輻射特性如透射比、反射比、吸收比和發(fā)射比等反映在太陽(yáng)光譜一物體熱譜內(nèi)。 太陽(yáng)能的光電轉(zhuǎn)換是指太陽(yáng)的輻射能光子通過(guò)半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^(guò)程，通常叫做“光生伏打效應(yīng)”，太陽(yáng)電池就是利用這種效應(yīng)制成的。當(dāng)太陽(yáng)光照射到半導(dǎo)體上時(shí)，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半導(dǎo)體吸收或透過(guò)。被吸收的光，當(dāng)然有一些變成熱，另一些光子則同組成半導(dǎo)體的原子價(jià)電子碰撞，于是產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。這樣，光能就以產(chǎn)生電子-空穴對(duì)的形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?、如果半?dǎo)體內(nèi)存在P-

8、n結(jié)，在n區(qū)與p區(qū)之間的薄層產(chǎn)生所謂光生伏打電動(dòng)勢(shì)。若分別在P型層和n型層焊上金屬引線，接通負(fù)載，則外電路便有電流通過(guò)。如此形成的一個(gè)個(gè)電池元件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來(lái)，就能產(chǎn)生一定的電壓和電流輸出功率。 90年代以來(lái)，在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推動(dòng)下，可再生能源技術(shù)進(jìn)入了快速發(fā)展的階段。建筑將成為光伏應(yīng)用的最大市場(chǎng) ，建筑光伏集成有許多優(yōu)點(diǎn)：具有高技術(shù)、無(wú)污和自供電的特點(diǎn)，能夠強(qiáng)化建筑物的美感和建筑質(zhì)量；光伏部件是建筑物總構(gòu)成的一部分，除了發(fā)電功能外，還是建筑物耐候的外部蒙皮，具有多功能和可持續(xù)發(fā)展的特征；分布型的太陽(yáng)輻射和分布型的建筑物互相匹配；建筑物的外殼能為光伏系統(tǒng)提供足夠的面積；不需要額外的昂

9、貴占地面積，省去了光伏系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)，省去了輸電費(fèi)用；在用電地點(diǎn)發(fā)電，避免傳輸和分電損失（5一10），降低了電力傳輸和電力分配的投資和維修成本。 建筑光伏集成系統(tǒng)既適用于居民住宅，也適用商業(yè)、工業(yè)和公共建筑，高速公路音障等，既可集成到屋頂，也可集成到外墻上；既可集成到新設(shè)計(jì)的建筑上，也可集成到現(xiàn)有的建筑上。光伏建筑集成近年來(lái)發(fā)展很炔，許多國(guó)家相繼制定了本國(guó)的光伏屋頂計(jì)劃。建筑自身能耗占世界總能耗的13，是未來(lái)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的最大市場(chǎng)。光伏系統(tǒng)和建筑結(jié)合將根本改變太陽(yáng)能光伏發(fā)電在世界能源中的從屬地位，前景光明。 以材料區(qū)分，太陽(yáng)電池有晶硅電池，非晶硅 薄膜電池，銅銦硒（CIS）電池，碲化鎘（Cd

10、Te）電池，砷化稼電池等，而以晶硅電池為主導(dǎo)。由于硅是地球上儲(chǔ)量第二大元素，作為半導(dǎo)體材料，人們對(duì)它研究得最多、技術(shù)最成熟，而且晶硅性能穩(wěn)定、無(wú)毒，因此成為太陽(yáng)電池研究開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用中的主體材料。人們首先使用高純硅制造太陽(yáng)電池（即單晶硅太陽(yáng)電池）。由于材料昂貴，這種太陽(yáng)電池成本過(guò)高，初期多用于空間技術(shù)作為特殊電源，供人造衛(wèi)星使用。七十年代開(kāi)始，把硅太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)向地面應(yīng)用。近年來(lái)，非晶硅太陽(yáng)電池的研制迅速發(fā)展。 l 半導(dǎo)體材料的禁帶不能太寬l 要有較高的光電轉(zhuǎn)換效率l 材料本身對(duì)環(huán)境不造成污染l 材料便于工業(yè)化生產(chǎn)且材料性能穩(wěn)定2 太陽(yáng)能電池組件材料太陽(yáng)能電池組件材料 具有高的太陽(yáng)吸收比和低的發(fā)

11、射比的涂層（表面），稱為太陽(yáng)（光譜）選擇性吸收涂層。應(yīng)用最廣泛的選擇性吸收涂層為三層結(jié)構(gòu)，即由底層、中層和表層組成。貼近襯底的底層為紅外高反射即低發(fā)射比的金屬層，如金、銀、銅、鋁、鎳等；中層為吸收層，是由若干金屬一介質(zhì)復(fù)合薄膜的次層組成，金屬粒子的尺寸、形狀及其占該次層的體積比決定了該次層的光學(xué)常數(shù)，靠近金屬底層的吸收次層具有強(qiáng)的吸收，表層為減反層，該層具有低的折射率n（n1.9）及低的消光系數(shù)（k0.25），或是增加對(duì)太陽(yáng)光的捕獲的微不平表面層。這樣的光譜選擇性吸收涂層具有優(yōu)異的光譜選擇性，即高的太陽(yáng)吸收比，低的發(fā)射。 太陽(yáng)選擇性吸收涂層的制備技術(shù)可以分為三大類：噴涂與溶膠，化學(xué)與電化學(xué)方法

12、和真空蒸發(fā)與磁控濺射方法。 對(duì)于產(chǎn)生生活熱水的平板太陽(yáng)集熱器，采用噴涂太陽(yáng)吸收比高、發(fā)射比略高的涂層便能滿足使用要求；鋁吸熱板上可采用陽(yáng)極氧化與交流電解著色涂層，銅吸熱板以采用電鍍黑鉻涂層為宜。 選擇性透、反射薄膜可以分為三種基本類型，主要應(yīng)用于建筑幕墻鍍膜玻璃、汽車等交通工具。 陽(yáng)光控制膜通過(guò)增加吸收與反射可顯著降低太陽(yáng)輻射通過(guò)玻璃窗，同時(shí)能保持室內(nèi)的充足光線。這類膜系具有良好的耐磨性與化學(xué)穩(wěn)定性，可用于單層玻璃窗，適合在氣溫較高的地區(qū)使用。氧化物薄膜的不同厚度可以獲得藍(lán)色、銀色、古銅色和金色等絢麗色彩。不同厚度的金屬膜可以獲得不同的透射比與反射比。 雙層玻璃窗的熱量損失由玻璃的高發(fā)射比（0

13、.84）引起，具有發(fā)射比0.04一0.10的低發(fā)射膜的雙層玻璃窗。 由于太陽(yáng)輻射、溫度或電場(chǎng)的作用使薄膜的光學(xué)性能發(fā)生變熱致變色或電致變色在電場(chǎng)作用下，薄膜顏色發(fā)生改變稱為電致變色。 這種變化是可逆與持久的，當(dāng)開(kāi)路時(shí)薄膜具有 記憶性，需要改變光學(xué)性能時(shí)只要施加一次直流低 電壓，因而能量消耗很低。從過(guò)渡金屬氧化物中可 能找到最有希望的電致變色材料。變色機(jī)理是在電 變色薄膜材料中進(jìn)入與退出小直徑離子的可逆過(guò)程。 電致變色膜主要集中在WO3與NiO。用于窗戶，起 到節(jié)能與獲得舒適的生活環(huán)境。 采用厚5cm的聚碳酸酯透明隔熱材料（TIM）建 成一幢太陽(yáng)房和一幢對(duì)照房。夏季，百葉簾反射了 約80%太陽(yáng)短

14、波能量，室內(nèi)低于對(duì)照房?jī)?nèi)氣溫約3。 冬季，比同樣條件對(duì)照房的溫度約高5。 我國(guó)在太陽(yáng)光、熱轉(zhuǎn)換材料的研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn) 上有較大進(jìn)展，特別是用于真空太陽(yáng)集熱管的單靶磁 控濺射太陽(yáng)選擇性吸收涂層已大批量生產(chǎn)，在國(guó)際上也享有盛譽(yù)。 3 太陽(yáng)能電池材料3.1 硅系列硅系列太陽(yáng)電池太陽(yáng)電池 硅系列太陽(yáng)能電池中，單晶硅大陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。高性能單晶硅電池是建立在高質(zhì)量單晶硅材料和相關(guān)的成熱的加工處理工藝基礎(chǔ)上的。在電池制作中，一般都采用表面織構(gòu)化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術(shù)，開(kāi)發(fā)的電池主要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電極單晶硅電池。提高轉(zhuǎn)化效率主要是靠單晶硅表面微結(jié)構(gòu)處理和分區(qū)摻雜工藝。

15、 常規(guī)的硅片切割采用內(nèi)圓切片機(jī)，其刀損為0.3-0.35mm，使晶體硅切割損失較大，且大硅片不易切得很薄。近幾年，多線切割機(jī)的使用對(duì)晶體硅片的成本下降具有明顯作用。多線切割機(jī)采用鋼絲帶動(dòng)碳化硅磨料來(lái)進(jìn)行切割硅片，切損只有0.22mm，硅片可切薄到0.2mm，且切割的損傷小。 我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化及市場(chǎng)發(fā)展經(jīng)過(guò)近20年的努力，已經(jīng)奠定良好的基礎(chǔ)。目前有4個(gè)單晶硅電池及組件生產(chǎn)廠和2個(gè)非晶硅電池生產(chǎn)廠。但在總體水平由于生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)水平較低、太陽(yáng)電池的效率低，專用原材料國(guó)產(chǎn)化程度不高。專用材料如銀漿、封裝玻璃、EVA等尚未完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，成本高。 通常的晶體硅太陽(yáng)能電池是在厚度350450

16、m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鋸割而成。目前制備多晶硅薄膜電池多采用化學(xué)氣相沉積法，包括低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）和等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）工藝。此外，液相外延法（LPPE）和濺射沉積法也可用來(lái)制備多晶硅薄膜電池。研究發(fā)現(xiàn)，在非硅襯底上很難形成較大的晶粒，并且容易在晶粒間形成空隙。解決這一問(wèn)題辦法是先用 LPCVD在襯底上沉熾一層較薄的非晶硅層，再將這層非晶硅層退火，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。因此，再結(jié)晶技術(shù)無(wú)疑是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，目前采用的技術(shù)主要有固相結(jié)晶法和中區(qū)熔再結(jié)晶法。 單晶硅太陽(yáng)能電池是當(dāng)前開(kāi)發(fā)得最快的一種太陽(yáng)能電池

17、，產(chǎn)品已廣泛用于空間和地面。以高純的單晶硅棒為原料，純度要求99.999%以上，其結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝已經(jīng)定型，單晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率最高，但對(duì)硅的純度要求高，而且復(fù)雜工 單晶硅太陽(yáng)能電池板藝和材料價(jià)格等因素致使成本較高。單晶硅材料單晶硅材料制造要經(jīng)過(guò)如下過(guò)程：石英砂一冶金級(jí)硅一提純制造要經(jīng)過(guò)如下過(guò)程：石英砂一冶金級(jí)硅一提純和精煉一沉積多晶硅錠一單晶硅一硅片切割。和精煉一沉積多晶硅錠一單晶硅一硅片切割。 3.1.2.13.1.2.1. . 將單晶硅棒切成片，一般片厚約0.3毫米。硅片經(jīng)過(guò)拋磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。加工太陽(yáng)能電池片，首先要在硅片上摻雜和擴(kuò)散，一般摻雜物為微量的硼、磷、銻

18、等。擴(kuò)散是在石英管制成的高溫?cái)U(kuò)散爐中進(jìn)行。這樣就硅片上形成PN結(jié)。然后采用絲網(wǎng)印刷法，精配好的銀漿印在硅片上做成柵線，經(jīng)過(guò)燒結(jié)，同時(shí)制成背電極，并在有柵線的面涂覆減反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉，單晶硅太陽(yáng)能電池的單體片就制成了。單體片經(jīng)過(guò)抽查，即可按所需要的規(guī)格組裝成太陽(yáng)能電池組件（太陽(yáng)能電池板），用串聯(lián)和并聯(lián)的方法構(gòu)成一定的輸出電壓和電流。最后用框架和材料進(jìn)行封裝。 生長(zhǎng)單晶硅的兩種最常用的方法為丘克拉斯法以及區(qū)熔法。 1） 丘克拉斯法 丘克拉斯法又稱為 直拉法。是將硅料在 石英坩堝中加熱熔 化，籽晶與硅液面進(jìn) 行接觸然后開(kāi)始向上 提升以長(zhǎng)出狀的晶棒。 提拉法示意圖 直拉法的

19、研究發(fā)展方向是設(shè)法增大硅棒的直徑。目前直拉法的直徑達(dá)到100nm-500nm。坩堝的加料量一般已經(jīng)達(dá)到60公斤。研究改進(jìn)方向主要是控制晶體中的雜質(zhì)含量、碳含量、減少晶體硅的缺陷，同時(shí)也要考慮其生長(zhǎng)速度。 2） 區(qū)熔法 區(qū)熔法主要用于材料提純，也用于生長(zhǎng)單晶。區(qū)熔法生長(zhǎng)硅單晶的成本較高，但得到硅單晶的質(zhì)量卻最佳。右圖為區(qū)熔法示意圖。3.2 3.2 隨著電池制備和封裝工藝的不斷改進(jìn)，在硅太陽(yáng)電池總成本中，硅材料所占比重已由原先的1/3上升到1/2。因此，生產(chǎn)廠家迫切希望在不降低光電轉(zhuǎn)換效率的前提下，找到替代單晶硅的材料。目前，比較適用的材料就是多晶硅。因?yàn)槿坭T多晶硅錠比提拉單晶硅錠的工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備

20、易做，操作方便，耗能較少，輔助材料消耗也不多，尤其是可以制備任意形狀的多晶硅錠，便于大量生產(chǎn)大面積的硅片。同時(shí)，多晶硅太陽(yáng)電池的生產(chǎn)成本卻低于單晶硅太陽(yáng)電池。多晶硅太陽(yáng)電池的出現(xiàn)主要是為了降低成本，其優(yōu)點(diǎn)是能直接制備出適于規(guī)模化生產(chǎn)的大尺寸方型硅錠，設(shè)備比較簡(jiǎn)單，制造過(guò)程簡(jiǎn)單、省電、節(jié)約硅材料，對(duì)材質(zhì)要求也較低。3.2.1 多晶硅錠生長(zhǎng)方法多晶硅錠生長(zhǎng)方法 根據(jù)生長(zhǎng)方法的不同，多晶硅可分為等軸晶、柱狀晶。通常在熱過(guò)冷及自由凝固的情況下會(huì)形成等軸晶，其特點(diǎn)是晶粒細(xì)，機(jī)械物理性能各向同性。如果在凝固過(guò)程中控制液固界面的溫度梯度，形成單方向熱流，實(shí)行可控的定向凝固，則可形成物理機(jī)械性能各向異性的多晶

21、柱狀晶，太陽(yáng)電池多晶硅錠就是采用這種定向凝固的方法生產(chǎn)的。在實(shí)際生產(chǎn)中，太陽(yáng)電池多晶硅錠的定向凝固生長(zhǎng)方法主要有澆鑄法、熱交換法(HEM )、布里曼(B ridgeman)法、電磁鑄錠法，其中熱交換法與布里曼法通常結(jié)合在一起。1）澆鑄法）澆鑄法 澆鑄法將熔煉及凝固開(kāi)，熔煉在一個(gè)石英分砂爐襯的感應(yīng)爐中進(jìn)行，熔融的硅液澆入一個(gè)石墨模型中，石墨模型置于一模模升降臺(tái)上，周圍用電阻加熱，然后以1 mmmin的速度下降(見(jiàn)圖)。 澆鑄法的特點(diǎn)是熔化和結(jié)晶在兩個(gè)不同的坩堝中進(jìn)行，從圖中可以看出，這種生產(chǎn)方法可以實(shí)現(xiàn)半連續(xù)化生產(chǎn)，其熔化、結(jié)晶、冷卻分別位于不同的地方，可以有率，降低能源消耗。缺點(diǎn)是因?yàn)槿廴诤徒Y(jié)

22、晶使用不同的坩堝， 會(huì)導(dǎo)致二次污染，此外因?yàn)橛雄釄宸D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及引錠機(jī)構(gòu)，使得其結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜。2）熱交換法和布里曼法）熱交換法和布里曼法 熱交換法及布里曼法都是把熔化及凝固置于同一坩堝中(避免了二次污染)，其中熱交換法是將硅料在坩堝中熔化后，在坩堝底部通冷卻水或冷氣體，在底部進(jìn)行熱量交換，形成溫度梯度，促使晶體定向生長(zhǎng)。下圖為熱交換法結(jié)晶爐爐內(nèi)結(jié)構(gòu)示意圖。 該爐型采用頂?shù)准訜?，在熔化過(guò)程中，底部用一個(gè)可移動(dòng)的熱開(kāi)關(guān)絕熱，結(jié)晶時(shí)則將它移開(kāi)以便將坩堝底部的熱量通過(guò)冷卻臺(tái)帶走，從而形成溫度梯度。 熱交換法結(jié)晶爐爐內(nèi)結(jié)構(gòu)示意圖 布里曼法則是在硅料熔化后，將坩堝或加熱元件移動(dòng)使結(jié)晶好的晶體離開(kāi)加熱區(qū)，而液

23、硅仍然處于加熱區(qū)，這樣在結(jié)晶過(guò)程中液固界面形成比較穩(wěn)定的溫度梯度，有利于晶體的生長(zhǎng)。其特點(diǎn)是液相溫度梯度dTdX接近常數(shù)，生長(zhǎng)速度受工作臺(tái)下移速度及冷卻水流量控制趨近于常數(shù)，生長(zhǎng)速度可以調(diào)節(jié)。實(shí)際生產(chǎn)所用結(jié)晶爐大都是采用熱交換與布里曼相結(jié)合的技術(shù)。 下圖為熱交換法與布里曼法相結(jié)合的結(jié)晶爐示意圖。圖中，工作臺(tái)通冷卻水，上置一個(gè)熱開(kāi)關(guān)，坩堝則位于熱開(kāi)關(guān)上。硅料熔融時(shí)，熱開(kāi)關(guān)關(guān)閉，結(jié)晶時(shí)打開(kāi)，將坩堝底部的熱量通過(guò)工作臺(tái)內(nèi)的冷卻水帶走，形成溫度梯度。同時(shí)坩堝工作臺(tái)緩慢下降，使凝固好的硅錠離開(kāi)加熱區(qū)，維持固液界面有一個(gè)比較穩(wěn)定的溫度梯度。 熱交換法與布里曼法相結(jié)合的結(jié)晶爐示意圖 晶體硅電池效率不斷提高，

24、技術(shù)不斷改進(jìn)，加上晶硅穩(wěn)定，無(wú)毒，材料資源豐富，人們開(kāi)始考慮開(kāi)發(fā)多晶硅薄膜電池。多晶硅薄膜電池既具有晶硅電池的高效、穩(wěn)定、無(wú)毒和資源豐富的優(yōu)勢(shì)，又具有薄膜電池工藝簡(jiǎn)單、節(jié)省材料、大幅度降低成本的優(yōu)點(diǎn)，因此多晶硅薄膜電池的研究開(kāi)發(fā)成為近幾年的熱點(diǎn)。另一方面，采用薄片硅技術(shù)，避開(kāi)拉制單晶硅或澆鑄多晶硅、切片的昂貴工藝和材料浪費(fèi)的缺點(diǎn)，達(dá)到降低成本的目的。 各種CVD（PECVD，RTCVD，CVD等）技術(shù)被用來(lái)生 長(zhǎng)多晶硅薄膜，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有些技術(shù)獲得了重要的結(jié) 果。德國(guó)Fraunhofer太陽(yáng)能研究所使用SiO2和SiN包覆陶瓷或SiC包覆石墨為襯底，用快速熱化學(xué)氣相沉積（RTCVD）技術(shù)沉積多晶

25、硅薄膜，硅膜經(jīng)過(guò)區(qū)熔再結(jié)晶（ZMR）后制備太陽(yáng)電池，兩種襯底的電池效率分別達(dá)到9.3和11。下圖是硅基襯底的多晶硅薄膜太陽(yáng)電池的效率。多晶硅薄膜太陽(yáng)電池的效率多晶硅薄膜太陽(yáng)電池的效率3.3.1 多晶硅薄膜材料的制備及特性多晶硅薄膜材料的制備及特性 在多晶Si材料作為襯底的條件下，PECVD也可用于多晶Si薄膜材料的制備。但由于ECVD設(shè)備的沉積溫度般都不能超過(guò)600；因此，利用PECVD方法直接沉積的多微晶si薄膜的晶粒尺 寸都比較小，通常小于300 nm。盡管晶粒較小，但由于屬原位生長(zhǎng)，該方法所制得的Si薄膜的晶界(Boundary)得到了很好的鈍化。 多晶硅薄膜材料的制備方法可分為2大 類

26、：一類是高溫工藝，即制備過(guò)程中溫度 高于600C，襯底只能用昂貴的石英，但 是制備工藝簡(jiǎn)單；另一類是低溫工藝，整 個(gè)加工工藝溫度低于600C，采用低溫工 藝可用廉價(jià)的玻璃做襯底，因此可大面積 制作，但是制備工藝相對(duì)較復(fù)雜。目前制 備多晶硅薄膜的方法主要有以下幾種： 3.3.1.1 低壓化學(xué)氣相沉積法(LPCVD) 低壓化學(xué)氣相沉積法，這是一種能夠直接生成多晶硅的方法。該方法生長(zhǎng)速度快，成膜質(zhì)量好。多晶硅薄膜可采用硅烷氣體通過(guò)LPCVD方法直接沉積在襯底上。典型的沉積參數(shù)是：硅烷壓力P=13.326.6 Pa；沉積溫度Td=580630；生長(zhǎng)速率V=510 nmmin。由于沉積溫度較高，不能采用

27、廉價(jià)的玻璃做襯底材料，而必須使用昂貴的石英襯底。LPCVD法生長(zhǎng)的多晶硅薄膜，晶粒具有擇優(yōu)趨向，其形貌呈現(xiàn)“V”字形，內(nèi)含高密度的微孿晶。此外，減少硅烷壓力有助于增大晶粒尺寸，但這往往伴隨著表面粗糙度的增加，而粗糙度的增加對(duì)載流子的遷移率與器件的電學(xué)穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生不利影響。 3.3.1.2 催化化學(xué)氣相沉積法(catCVD) 催化CVD方法在低于410 的溫度下直接沉積多晶硅薄膜，晶粒大小在100 nm 左右，霍爾遷移率為8100 cm2(V S)，電阻率在1103106 cm范圍。催化方法就是在基片下方4cm處放置一個(gè)直徑0.35mm的鎢絲盤，盤面積有16 cm2。鎢絲盤的表面溫度為13001

28、390C，加熱功率為3001000 W ，沉積氣體在流向基片的途中受到鎢絲盤的高溫催化作用而發(fā)生分解反應(yīng)，襯底的實(shí)際溫度低于410C，這樣就可以在常規(guī)的玻璃基片上直接沉積出多晶硅薄膜。3.3.1.3 固相晶化法(SPC) 這是一種間接生成多晶硅薄膜的方法。即先用LPCVD等方法在600C下由硅烷分解沉積非晶硅，然后在530600C之間經(jīng)10100 h熱退火獲得多晶硅。固相晶化過(guò)程包括成核與長(zhǎng)大，一旦晶核超過(guò)臨界尺寸就可進(jìn)一步長(zhǎng)大。采用非晶硅固相晶化方法可以獲得比直接CVD更好的膜質(zhì)量，因此可制備出性能更好的多晶硅薄膜器件。對(duì)于SPC法來(lái)說(shuō)，一個(gè)明顯的缺點(diǎn)就是熱退火時(shí)間太長(zhǎng)，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)是

29、極為不利的。 3.3.1.4 準(zhǔn)分子激光晶化法 激光晶化是所有退火方式中最理想的，其主要優(yōu)點(diǎn)為短脈沖寬度(1550 nm)，淺光學(xué)吸收深度(在308 nm波長(zhǎng)下為幾十nm)，短光波長(zhǎng)和高能量，使硅烷熔化時(shí)間短(50150 ns)，襯底發(fā)熱小。常用的激光器有3種：ArF、KrF、XeC1，相應(yīng)的波長(zhǎng)為193 nm、248 nm、308 nm，由于激光晶化時(shí)初始材料部分熔化，結(jié)構(gòu)大致分為2層：上晶化層和下晶化層。能量密度增大，晶粒增大。薄膜的遷移率相應(yīng)增大。晶化使用的激光能量密度范圍為100700 mJcm2 ；太大的能量密度反而使遷移率下降，激光波長(zhǎng)對(duì)晶化效果影響較大，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，激光能量注入硅膜

30、越深，晶化效果越好。3.3.2 玻璃襯底多晶硅薄膜的制備玻璃襯底多晶硅薄膜的制備 通常，人們將玻璃作為薄膜太陽(yáng)電池的理想襯底，其原因包括幾個(gè)方面：玻璃具有優(yōu)良的透比特性。玻璃町以耐一定的溫度。玻璃具有一定的強(qiáng)度。玻璃的成本低廉。因此，人們將玻璃襯底作為主攻方向，并視其為薄膜電池商業(yè)化的最具潛力的選項(xiàng)。但是，利用玻璃作為襯底時(shí)，其最大缺點(diǎn)是由于其軟化溫度的限制，薄膜的沉積溫度以及相關(guān)的后續(xù)處理溫度都不能太高。多晶si薄膜材料的質(zhì)量(或缺陷密度)與沉積溫度以及相關(guān)的后續(xù)處理溫度有極大的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，溫度越高，所制得的薄膜材料的質(zhì)量越好(或缺陷密度越低)。 以玻璃基片為襯底的a-Si電池為例，其制

31、造工序是潔凈玻璃襯底生長(zhǎng)TCO膜激光切割TCO膜依次生長(zhǎng)非晶薄膜激光切割a-Si膜蒸發(fā)或?yàn)R射Al電極激光切割或掩模蒸發(fā)Al電極。TCO膜的種類有錮錫氧化物ITO、二氧化錫SnO、和氧化鋅ZnO。 非晶硅太陽(yáng)電池又稱“無(wú)定形硅太陽(yáng)電池”，簡(jiǎn)稱“ a-Si太陽(yáng)電池。它是太陽(yáng)電池發(fā)展中的后起之秀。它是最理想的一種廉價(jià)太陽(yáng)電池。作為一種弱光微型電源使用，如小型計(jì)算器、電子手表等。非晶硅科技已轉(zhuǎn)化為一個(gè)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，世界上總組件生產(chǎn)能力每年在50MW以上，組件及相關(guān)產(chǎn)品銷售額在10億美元以上。應(yīng)用范圍小到手表、計(jì)算器電源大到10Mw級(jí)的獨(dú)立電站。涉及諸多品種的電子消費(fèi)品、照明和家用電源、農(nóng)牧業(yè)抽水、廣播

32、通訊臺(tái)站電源及中小型聯(lián)網(wǎng)電站等。a-Si太陽(yáng)電池成了光伏能源中的一支生力軍，對(duì)整個(gè)潔凈可再生能源發(fā)展起了巨大的推動(dòng)作用。 非晶硅太陽(yáng)電池的最大特點(diǎn)是薄，不同于單晶 硅或多晶硅太極電池需要以硅片為底村，而是在玻 璃或不銹鋼帶等材料的表面鍍上一層薄薄的硅膜， 其厚度只有單晶硅片的1/300。因此，可以大量節(jié)省 硅材料，加之可連續(xù)化大面積生產(chǎn)，能耗也低，成 本自然也低。由于電池本身是薄膜型的，太陽(yáng)的光 可以穿透，所以還可做成疊層式的電池，以提高電 池的電壓。通常單晶硅太陽(yáng)電池每個(gè)單體只有0.5伏 左右的電壓，必須幾個(gè)單體串聯(lián)起來(lái)，才能獲得一 定的電壓。非晶太陽(yáng)硅電池一個(gè)就能做到幾伏電壓， 使用比較方

33、便。3.4.1 非晶硅太陽(yáng)電池的工作原理及結(jié)構(gòu)(1)原理 非晶硅太陽(yáng)電池同單晶硅電池的工作原理類似，都是利用半導(dǎo)體的光伏效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。與單晶硅電池不同的是非晶硅中光生載流子只有漂移運(yùn)動(dòng)而無(wú)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，原因是由于非晶硅結(jié)構(gòu)中的長(zhǎng)程無(wú)序和無(wú)規(guī)網(wǎng)絡(luò)引起的極強(qiáng)散射作用使載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度很短，光生載流子由于擴(kuò)散長(zhǎng)度的限制將會(huì)很快復(fù)合而不能被收集。為了能有效地收集光生載流子，電池設(shè)計(jì)成PIN型，其中P層是入射光層，i層是本征吸收層，處在P和n產(chǎn)生的內(nèi)建電場(chǎng)中，當(dāng)入射光通過(guò)P 進(jìn)入i層后，產(chǎn)生空穴一電子對(duì)，光生載流子一旦產(chǎn)生后就由內(nèi)建電場(chǎng)分開(kāi)，空穴漂移到p 邊，電子漂移到n邊，形成光生電流和光生電壓。(2

34、)非晶硅太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)非晶硅太陽(yáng)電池可以玻璃、不銹鋼、柔性襯底(塑料等)、陶瓷等為襯底，圖為4種典型的薄膜太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)： 雙疊層結(jié)構(gòu)有兩種：一種是兩層結(jié)構(gòu)使用相同的非晶硅材料；另一種是上層使用非晶硅合金，下層使用非晶硅鍺合金以增加對(duì)長(zhǎng)波光的吸收，三疊層與雙疊層類似。上層電池使用寬能隙的非晶硅合金做本征層，吸收藍(lán)光光子，的中等帶隙的非晶硅鍺合金以吸收紅光。中間層用含鍺約15玻璃襯底的非晶硅太陽(yáng)電池，光從玻璃面入射，電流從透明導(dǎo)電膜和電極鋁引出。不銹鋼襯底非晶硅電池同單晶硅csi電池類似，在透明導(dǎo)電膜上制備梳狀銀電極，電池電流從銀電極和不銹鋼引出。非晶硅太陽(yáng)電池的應(yīng)用非晶硅太陽(yáng)電池的應(yīng)用非晶硅電

35、池廠房非晶硅電池板3.4.2 非晶硅太陽(yáng)電池的制備工藝 非晶硅是由氣相沉積法制備的，氣相沉積法可分為輝光放電分解法、濺射法、真空蒸發(fā)法、光化學(xué)氣相沉積(Photo CVD)和熱絲法等。等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD)已經(jīng)普遍被應(yīng)用，在PECVD沉積非晶硅的方法中，PECVD的原料氣一般采用SiH4和H2，制備疊層電池時(shí)用Sil 和GeH ，加入SiH4和 GeH4 可同時(shí)實(shí)現(xiàn)摻雜。SiH4和 GeH4 在低溫等離子體的作用下分解產(chǎn)生aSi或aSiGe薄膜。PECVD法具有許多優(yōu)點(diǎn)，如低溫工藝和大面積薄膜的生產(chǎn)等，適合于大面積生產(chǎn)。 制備工藝 把硅烷(SiH4)等原料氣體導(dǎo)入真空度保持在

36、10-1000Pa的反應(yīng)室中，由于射頻(RF)電場(chǎng)的作用,產(chǎn)生輝光放電，原料氣體被分解，在玻璃或者不銹鋼等襯底上形成非晶硅薄膜材料。此時(shí)如果原料氣體中混入硅烷(B2H6)即能生成P型非晶硅,混入磷烷(PH3)即能生成N型非晶硅。僅僅用變換原料氣體的方法就可生成pin結(jié)，做成電池。為了得到重復(fù)性好、性能良好的太陽(yáng)電池，避免反應(yīng)室內(nèi)壁和電極上殘存的雜質(zhì)摻入到電池中，一般都利用隔離的連續(xù)等離子反應(yīng)制造裝置，即p,i,n各層分別在專用的反應(yīng)室內(nèi)沉積。下圖為非晶硅太陽(yáng)能電池制備方法示意圖。非晶硅太陽(yáng)能電池制備方法示意圖3.4.3 提高非晶硅太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效提高非晶硅太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效 率的措施率的措施（1）改

37、進(jìn)P型窗口材料及其前后界面特性 用P型a-SiC:H材料代替P型a-Si:H材料。前者具有較高的光學(xué)帶隙，能提高電池的短路電池。常規(guī)的P型a-SiC:H窗口B2H6以一定的配比（一般的流量比為SiH4 : CH4 : B2H6 =1:1:0.01)的混合氣體經(jīng)輝光放電分解沉積而成。（2）采用陷光結(jié)構(gòu)以增加太陽(yáng)電池的短路電流光入射到太陽(yáng)電池的表面時(shí)總會(huì)有反射損失，即使光進(jìn)入i層有源區(qū)，也會(huì)由于吸收系數(shù)和i層厚度的限制造成部分光的透射損失。為了減少損失，一般在太陽(yáng)電池的加一層減反射膜或采用多層背反射電極。 （3）獲得高質(zhì)量的i層 i層是非晶硅太陽(yáng)電池的有源區(qū)，因此其光電特性對(duì)太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率有決

38、定性的影響。 （4） 為了進(jìn)一步提高電池的開(kāi)路電壓和填充因子，出來(lái)提高P層的摻雜濃度外，還需要提高n層的摻雜濃度，以進(jìn)一步增加內(nèi)建電勢(shì)和減少串聯(lián)電阻。為了提高摻雜效率，人們層采用各種方法生長(zhǎng)微晶化硅材料，如提高襯底溫度Ts，加大rf功率，加大H2稀釋率等。 （5）采用疊層電池結(jié)構(gòu)以擴(kuò)展光譜響應(yīng)范圍 對(duì)疊層電池結(jié)構(gòu)，需要調(diào)節(jié)電池各層材料的帶隙、各個(gè)異質(zhì)結(jié)之間的帶隙匹配、異質(zhì)結(jié)過(guò)渡以及各子電流i層的厚度等，以獲得最大的能量輸出，達(dá)到提高轉(zhuǎn)換效率的目的。 3.4. 3.4.4 4 非晶硅電池的特性非晶硅電池的特性 非晶硅電池是目前最適于進(jìn)行大面積自動(dòng)化生產(chǎn)的薄膜電池，它具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)在可見(jiàn)光

39、范圍內(nèi)，非晶硅比單晶硅有更大的吸收系數(shù)，電池活性材料厚度為0.3-0.45mm，是常規(guī)電池的1/101/100，可節(jié)約大量材料； (2)可直接沉積出薄膜，沒(méi)有切片損失； (3)可采用集成技術(shù)在電池制備過(guò)程中一次完成組件，省去材料、器件、組件各自單獨(dú)的制作過(guò)程； (4)可采用多層技術(shù)，降低對(duì)材料品質(zhì)要求等; (5)非晶硅電池由于適合于沉積在不銹鋼、塑料薄膜等襯底上，所以在與建筑物一體化(BIPV)方面也會(huì)有很大的作為。 非晶硅電池的缺點(diǎn) (1)效率較低 引起效率低的主要原因是光誘導(dǎo)衰變或稱Staebler-Wronski效應(yīng)；用氫稀釋硅烷方法生長(zhǎng)的a-Si和a-SiGe薄膜可以有效地抑制光誘導(dǎo)衰

40、變，提高效率。 (2)沉積速率低 目前主要采取以下措施提高沉積速率：a.適當(dāng)?shù)靥岣呱漕l(rf)功率；b.適當(dāng)控制加工氣的保持時(shí)間；c.提高襯底溫度，可提高沉積速率，但同時(shí)會(huì)降低太陽(yáng)電池的效率。 (3)Ag電極問(wèn)題 Ag電極昂貴、質(zhì)軟、在后續(xù)加工中產(chǎn)生問(wèn)題。采用A1代替Ag做背反射層，這樣可以降低成本、優(yōu)化可靠性，但卻降低了轉(zhuǎn)化效率。 (4)薄膜沉積過(guò)程中的雜質(zhì) 沉積過(guò)程中O 、N，C等雜質(zhì)濃度高，存在表面反應(yīng)，影響薄膜質(zhì)量和電池性能的穩(wěn)定性。 制作薄膜太陽(yáng)電池的新材料、CulnSe2、CdTe薄膜，晶體硅薄膜和有機(jī)半導(dǎo)體薄膜等；近20年來(lái)大量的研究人員在該領(lǐng)域中的工作取得了可喜的成績(jī)。薄膜太陽(yáng)

41、電池以其低成本、高轉(zhuǎn)換效率、適合規(guī)模化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，引起生產(chǎn)廠家的興趣，薄膜太陽(yáng)電池的產(chǎn)量得到迅速增長(zhǎng)。如果以10年為一個(gè)周期進(jìn)行分析，世界薄膜太陽(yáng)電池市場(chǎng)年增長(zhǎng)率為225。 Cu2SCdS是一種廉價(jià)太陽(yáng)電池，它具有成本低、制備工藝十分簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。在多種襯底上使用直接和間接加熱源的方法沉積多晶CdS薄膜。用噴涂法制備CdS薄膜，其方法主要是將含有S和Cd的化合物水溶液，用噴涂設(shè)備噴涂到玻璃或具有SnO2導(dǎo)電膜的玻璃及其它材料的襯底上，經(jīng)熱分解沉積成CdS薄膜。 Cu1nSe2材料具有高達(dá)6105cm-1的吸收系數(shù)，是到目前為止所有半導(dǎo)體材料中的最高值。 Cu1nSe2的光學(xué)性質(zhì)主要取決于材料的元

42、素組份比、各組份的均勻性、結(jié)晶程度、晶格結(jié)構(gòu)及晶界的影響。大量實(shí)驗(yàn)表明，材料的元素組份與化學(xué)計(jì)量比偏離越小，結(jié)晶程度好，元素組分均勻性好，溫度越低其光學(xué)吸收特性越好。 由于CulnSe2薄膜材料具備十分優(yōu)異的光伏特性，20年來(lái)，出現(xiàn)了多種以Cu1nSe2薄膜材料為基礎(chǔ)的同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池。主要有n-CulnSe2p-CulnSe2、（InCd）S2CulnSe2、CdSCulnSe2、ITOCu1nSe、GaAsCulnSe2、ZnOCulnSe2等。其中最為人們重視的是CdSCulnSe2電池。 由28個(gè)39W組件構(gòu)成的lkW薄膜太陽(yáng)電池方陣，面積為3665cm2，輸出功率達(dá)到40.6W

43、，轉(zhuǎn)換效率為11.1。 CdS是一種II-VI族半導(dǎo)體化合物，由于其是直接帶隙材料，具有吸收系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用作薄膜太陽(yáng)電池材料，特別是n型CdS非常適合。在異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池中作窗口層。目前制備CdS薄膜的方法有很多種，主要有化學(xué)水浴沉積法、電沉積法、真空蒸發(fā)法、噴涂法等。由于電沉積是一種高效、低成本、適合大面積生產(chǎn)的方法，而且電壓、電流、pH值以及溫度這些生長(zhǎng)參數(shù)可以較容易的控制，因此被廣泛的研究。 ClS 薄膜的特性： 非常高的光吸收系數(shù)(l05 cm-1)； 薄膜的厚度可以做到12m ； 長(zhǎng)期的穩(wěn)定性；具有抗輻射性能。 (1)在室溫下，蒸發(fā)Cu和In時(shí)都保持少量Se的蒸發(fā)。使硒/金屬的

44、比值為0.4左右。這樣使硒化時(shí)體積膨脹較小，應(yīng)力也較小，形成的CIS膜平整且粘附性好。另外，由于Se的及時(shí)參與反應(yīng)，硒化時(shí)可使部分In原子得到固定，從而，有效地阻止In的損失和凝聚。 (2)在含Se的CuIn層表面再蒸一層12m厚的Se，并使村底溫度升至80C保持5min，這樣，表面的起伏就完全變平。消除了Se覆蓋層不平帶來(lái)的不均勻成核和晶粒生長(zhǎng)。 (3)在保持一定的Se蒸氣壓下，使村底溫度快速地由100升至300C以上，完成硒化?？焖偕郎氐哪康氖亲柚箵]發(fā)性InSe2的產(chǎn)生和Se的反蒸發(fā)。3.5.3.4 CdSCIS太陽(yáng)太陽(yáng)電池電池基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) CuInSe CdS電池的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，

45、 即先在白玻璃上濺射一層Mo，作為電池下電極，用三源共蒸發(fā)法鍍CuInSe ，先后蒸低阻和高阻兩層，再在其上蒸鍍CdS，也是分高阻和低阻兩層，最后蒸上Al柵電極以收集電流。其中， CuInSe 層是整個(gè)電池的關(guān)鍵，它的質(zhì)量好壞直接影響電池的性能。CISCdS電池的基本結(jié)構(gòu) 對(duì)于CdSCIS太陽(yáng)電池來(lái)說(shuō)，減小高阻層的厚度，增大低阻層的厚度，會(huì)使材料的平均電阻率減小，使結(jié)特性得到改善，從而使填充因子和效率都有所增加。由于電阻率的這種減小，還不足以構(gòu)成量級(jí)上的改變，因而只是使填充因子和效率提高，而對(duì)開(kāi)路電壓和短路電流影響不大。n-CdSp-CIS太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)框圖 在薄膜光伏材料中， CdTe為人們公

46、認(rèn)的高效、穩(wěn)定、廉價(jià)的薄膜光伏器件材料。CdTe多晶薄膜太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率理論值）在室溫下為27，目前已制成面積為lcm2，效率超過(guò)15的CdTe太陽(yáng)電池，面積為706cm2的組件，效率超過(guò)10。制備方法主要有：電鍍、絲網(wǎng)印刷，化學(xué)氣相沉積CVD，物理氣相沉積PVD， MOCVD，分子束外延MBE，噴涂，濺射，真空蒸發(fā)，電沉積等。 3.5.4.1 CdTe 薄膜薄膜的制備的制備 采用近空間升華法(CSS)沉源和襯底的距離24mm。使用高純度碲化鎘成型升華源，源溫度550650，襯底溫度420520，CdTe膜厚510。襯底為用化學(xué)池沉積法在有SnO2:F玻璃上沉積的CdS 薄膜。在N2 保護(hù)下用

47、CdCl2 進(jìn)行退火，溫度400，時(shí)間40min。這樣得到CdTe 膜厚48。近空間升華法沉積設(shè)備示意圖 CdS薄膜普遍存在有針孔，這些針孔可能會(huì)為CdTe與SnOz提供短路。同時(shí)，在CdS薄膜中有著高密度的層錯(cuò)，這些層錯(cuò)將對(duì)CdTeCdS界面產(chǎn)生副作用，而且這些面缺陷將延伸到CdTe薄膜中。由于CdS是六方結(jié)構(gòu)而CdTe是立方結(jié)構(gòu)以及約9% 的失配度從而導(dǎo)致在界面上產(chǎn)生高密度的面缺陷和線缺陷。 對(duì)此，通常采用的是蒸發(fā)溫度下的CdCl熱處理。 這種工藝為：在沉積CdTe薄膜后，將薄膜浸入到CdCl 的甲醇溶液中，干燥后在400C下空氣氣氛下退火1030min，最后再用去離子水除去過(guò)多的CdCl。經(jīng)這樣處理后的太陽(yáng)能電池的性能會(huì)得到顯著的提高。CdCl處理和后續(xù)退火對(duì)成分變化非常顯著，整個(gè)薄膜變成富積Cd，并且越接近表面，Cd和Cl的濃度越高