薄膜太阳能电池的发展
摘要: 阐述了多晶硅薄膜太阳能电池的结构、特点, 以及多晶硅薄膜的制备方法, 并展望了多晶硅薄膜电池的发展趋势和前景。
关键词: 多晶硅; 薄膜; 太阳能电池; 研制; 发展趋势
1 前言
鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加, 世界上许多国家掀起了开发和利用新能源的热潮。在新能源中, 特别引人瞩目的是不断地倾注于地球的永久性能源——太阳能。太阳能是一种干净、清洁、无污染、取之不尽用之不竭的自然能源, 将太阳能转换为电能是大规模利用太阳能的重要技术基础, 世界各国都很重视。195年美国贝尔实验室研制成功第一个实用的硅太阳电池, 并于其后不久正式用于人造卫星。我国1958年开始太阳电池的研究, 1971年成功地首次应用于我国发射的第二颗卫星, 1973年开始地面应用。近几年来, 光伏市场发展极其迅速, 晶体硅太阳电池是光伏市场的主导产品,1997年占国际市场的份额在80 %以上。但目前太阳电池用硅材料大多来自半导体硅材料的外品和单晶硅的头尾料, 不能满足光伏工业发展的需要。同时硅材料正是构成晶体硅太阳电池组件成本中很难降低的部分, 因此为了适应太阳电池高效率、低成本、大规模生产发展的需要, 最有效的办法是不采用由硅原料、硅锭、硅片到太阳电池的工艺路线, 而采用直接由原材料到太阳电池的工艺路线, 即发展薄膜太阳电池的技术。20世纪70年代开始, 发展了许多制作薄膜太阳电池的新材料, CuInSe、CdTe薄膜和有机膜等; 近20年来大量的研究人员在该领域中的工作取得了可喜的成绩。薄膜太阳电池以其低成本、高转换效率、适合规模生产等优点, 引起生产厂家的兴趣, 薄膜太阳电池的产量迅速增长。也正是为了进一步降低晶体硅太阳电池的成本,近几年来, 各国光伏学者发展了晶体硅薄膜电池。多晶硅薄膜电池既具有晶体硅电池的高效、稳定、无毒和资源丰富的优势, 又具有薄膜电池工艺简单、材料节省、成本大幅度降低的优点,因此多晶硅薄膜电池的研究开发已成为近几年的热点。
2 电池工作原理
多晶硅薄膜太阳电池是将多晶硅薄膜生长在低成本的衬底材料上, 用相对薄的晶体硅层作为太阳电池的激活层, 不仅保持了晶体硅太阳电池的高性能和稳定性, 而且材料的用量大幅度下降, 明显地降低了电池成本。多晶硅薄膜太阳电池的工作原理与其它太阳电池一样, 是基于太阳光与半导体材料的作用而形成光伏效应。光与半导体的相互作用可以产生光生载流子。当将所产生的电子-空穴对靠半导体内形成的势垒分开到两极时, 两极间会产生电势, 称为光生伏打效应, 简称光伏效应。
3 电池结构特点
在半导体太阳能电池中, 吸收太阳光能量所必要的半导体膜的厚度可以非常薄。
对硅来说,在太阳光谱峰值附近5.0 ×10 -7m～6.0 ×10 -7m处, 吸收值为104/cm 数量级。从原理上讲, 几μm厚就可以吸收大部分的能量, 但实际多晶硅薄膜的厚度一般是50μm。正因为如此, 人们研制了薄膜型太阳能电池, 太阳能电池的薄膜化是以降低地面用太阳能电池制作成本和节省昂贵的半导体电池结构材料为目的的。为了从机械强度上支撑电池薄膜活性层, 就需要衬底。当然,衬底材料也应该是便宜的。所以, 在大部分的实例中, 衬底都不是半导体材料。在衬底上形成的半导体薄膜是多晶体或非晶体, 而不必是单晶体。衬底上的半导体薄膜, 可以通过各种途径形成: 物理的和化学的生长法以及把衬底在熔融半导体材料中浸渍等方法。薄膜电池的转换结构与单晶电池的结构一样, 有p-n 结型、肖特基型、MIS 型及异质结型等。其不同点在于: 衬底对半导体薄膜形成工艺的影响, 晶界和膜厚的作用,以及薄膜特有的材料、电学方面的性质, 这些都是不容忽视的。正是由于这些因素的制约, 硅薄膜电池的特性仍落后于单晶硅太阳电池的水平,尚处试验阶段, 未达到实用化的程度。
4 电池构成
4.1 绝缘基板上的电池结构
图1 表示以铝为基板的结构。这是一种n+-p-p+-Al基板形式, 因为基板是绝缘体, 所以需要取出p+一侧的电极, 其Si层的特性是: p+层: 20μm～40μm 厚, 电阻率10-3欧姆厘米; p层: 5μm～20μm 厚, 杂质浓度为1016/cm3; n 层:014μm～4μm 厚, 杂质浓度为1019/ cm3 , p层n+层的生长都采用SiHCl3 外延生长, 真空蒸镀铝电极, 并蒸镀一层减反射膜, 做成4cm～10cm 的太阳电池。
4.2 石墨基板上的电池结构
以石墨为基板的硅薄膜太阳电池的结构与 1 结构形式相同。硅层的特性为p+层:10μm～40μm 厚, 电阻率2～3 ×10-8欧姆厘米; p 层:8μm～10μm, 电阻率: 0.2～2 欧姆厘米; n+ 层:0.2μm～0.4μm 厚, 电阻率1～2 ×10-3欧姆厘米;石墨基板3cm ×3cm。
5 电池特性
表1 给出在不同基板上形成薄膜硅太阳电池的特性。
6 多晶硅太阳能电池对薄膜的基本要求
利用多晶硅薄膜制备太阳能电池的基本要求为:
(1) 多晶硅薄膜厚度为5μm～150μm;
(2) 增加光子吸收;
(3) 多晶硅薄膜的宽度至少是厚度的一倍;
(4) 少数载流子扩散长度至少是厚度一倍;
(5) 衬底必须具有机械支撑能力;
(6) 良好的背电极;
(7) 背表面进行钝化;
(8) 良好的晶粒界。
7 制备方法
7.1 半导体液相外延生长法(LPE 法)
LPE 法生长技术已广泛用于生长高质量和化合物半导体异质结构, 如GaAs、AlGaAs、Si、Ge和SiGe 等。LPE 也可以在平面和非平面衬底上生长, 能获得结构完美的材料。近年来用LPE技术生长晶体硅薄膜来制备高效薄膜太阳电池引起了广泛的兴趣。LPE 生长可以进行掺杂, 形成n-型和p-型层, LPE 生长设备为通用外延生长设备, 生长温度为300 ℃～900 ℃, 生长速率为0.2μm/ min～2μm/ min, 厚度为0.5μm～100μm。外延层的形貌决定于结晶条件, 并可直接获得具有绒面结构的外延层。
7.2 区熔再结晶法(ZMR 法)
在硅( 或其它廉价衬底材料)上形成SiO2层, 用LPCVD 法(low-pressure chemical vapor de-position)在其上沉积硅层(3μm～5μm, 晶粒尺寸为0.01μm～0.1μm), 将该层进行区熔再结晶(ZMR) 形成多晶硅层。控制ZMR 条件, 可使再结晶膜中的腐蚀坑密度由1 ×107cm-2下降到1.2 ×106cm-2 , 同时(100) 晶相面积迅速增加到90 %以上。为了满足光伏电池对层厚的要求, 在ZMR 层上用CVD法生长厚度为50μm～60μm 的硅层作为激活层,用扫描加热使其晶粒增大至几毫米, 从而形成绝缘层硅(sol), 激活层为p 型, 电阻率为1Ω?cm～2Ω?cm。为获得高质量的激活层, 在进行LPCVD 前, 对ZMR 层表面进行HCl 处理。为制备多晶硅薄膜太阳电池, 在激活层表面进行腐蚀形成绒面结构, 并进行n 型杂质扩散形成p-n 结, 然后进行表面钝化处理和沉积减反射层, 并制备电极, 进行背面腐蚀和氢化处理, 制作背电极, 即制成多晶硅薄膜太阳能电池。
7.3 等离子喷涂法( PSM)
采用DC-RF 混合等离子系统, 以纯度为9919999 %、粒度为50μm～150μm 的p 型晶体硅作为原材料, 用Ar 气作为携带气体, 由DC-RF等离子体进行喷涂。原料贮存盒和携带气体管道涂覆Si2C2N2O 化合物, 防止杂质污染。硅粉在高温等离子体中加热熔化, 熔化的粒子沉积在衬底上, 衬底由加热器加热、沉积前,用红外热偶测试衬底温度, 使之保持在1200 ℃。沉积室由不锈钢制成, 用无油泵抽真空, 其真空度为1.33 ×10-2Pa。等离子体由Ar 和少量H 构成, 沉积时压强8 ×10-8Pa。沉积的多晶硅膜厚度为200μm～1000μm。多晶硅晶粒尺寸为20μm～50μm , 沉积速度大于10μm/ s。用等离子体喷涂沉积多晶硅薄膜太阳电池,全部采用低温度等离子CVD 工艺。用碱或酸溶液腐蚀沉积的多晶硅层, 在其上于200 ℃用等离子CVD 形成厚度为200 ×10-8cm 的微晶硅作为发射层, 并制备ITO 减反射层和银浆电极构成太阳电池。面积为1cm2 , 在AM1.5、100mW/ cm2条件下, 电池转换效率为η= 4.3 %。7.4 叠层法
在较低的温度300 ℃下, 用叠层技术, 在经预先氟化的玻璃衬底上沉积多晶薄膜, 该方法类似于α-Si :H 薄膜。在低温度下用等离子增强化学气相沉积法沉积大面积多晶硅薄膜。一般p -型掺杂多晶硅薄膜用叠层技术沉积,其厚度为0.28mm～5.78mm。典型的沉积条件为: SiF4 流量60sccm, 氢流量为15sccm, 沉积温度为300℃, 微波功率为200W, 压强为53.3Pa。进行卜型掺杂沉积时, 在氢气中混合10ppmPH3, 流量为18sccm。每次沉积持续和原
子氢处理时间为10s。由于沉积时, 掺杂用的PH3 和原SiF4 加入氢等离子体区域, 这样可以较好地控制膜中的P 和Si 的比例。在100K～400K温度范围内, 用霍尔效应和电导测量确定其载流子输运特性。实验表明, 材料结构是膜厚的函数, 霍尔迁移率随膜厚度增加而增加, 样品的最高迁移率区是在薄膜表面附近。载流子电导由晶粒间界势垒决定。
7.5 化学气相沉积法(CVD)
用化学气相沉积法(CVD), 在铝陶瓷衬底上沉积3μm～5μm 的硅薄膜。为了获得高质量的硅薄膜, 铝陶瓷衬底上预先沉积Si3N4/ TiO2 (650 ×10-8 cm) 双层减反射膜。在硅薄膜沉积时, 引入硼掺杂。用CW-Ar 激光束熔化沉积的硅膜, 在氮气氛中, 400 ℃～500 ℃下再结晶。制备薄膜太阳电池时, 用常规方法进行p 扩散和沉积ITO 膜, 用氢等离子来钝化晶体缺陷。电池也可以采用MgF2 ( 1.0 ×10-8 cm) / TiO2(650 ×10-8cm) 双层减反射膜, MgF2 层用电子束蒸发方法沉积, TiO2 层用常压CVD 沉积。该方法制备的太阳电池厚度为4.2μm , 短路电流为25.2mA/ cm2 , 开路电压为0.48V , FF 为0.53 , η= 6.52 %。
7.6 固相结晶法( SPC)
开始材料α-Si用SiH或Si-H辉光放电沉积在平面或绒面衬底上, 沉积时加PH3, 形成p-掺杂层, 其作用起增强晶核和形成大晶核的作用。p-掺杂层典型的厚度为170nm, 在其上沉积不掺杂的α-Si 层。通过改变沉积条件, 如压力、RF功率等来改变不掺杂的α-Si 层的结构。沉积后, 在真空中600 ℃下进行退火, 使α-Si 层进行固相结晶, 形成多晶硅。用Raman 光谱研究未掺杂α-Si 结构和多晶硅膜关系, 经Secco 腐蚀显露出晶界, 用扫描电镜
测量晶粒尺寸和密度。用上述SPC 法制备的多晶硅薄膜电池, 其结构为衬底采用钨, SPC 后n 型多晶硅厚度为～10μm, 在n 型多晶硅上沉积卜型α-Si 和p 型α-Si, 其厚度为～10μm, 在p型α-Si上沉积～70nm的ITO膜, 并沉积金属电极。制作的多晶硅太阳电池, 面积为1cm2 , 转换效率为6.3 % , 当波长为900nm时, 电池的收集系数为51 % , 电池少数载流子扩散长度为11μm , 最高短路电流为28.4mA/ cm2。p 型掺杂层的p 掺杂大于1020cm-3。
7.7 生长方法及特点对比
现将各种多晶硅薄膜生长的主要方法及特点的对比列于表2。
8 晶体硅薄膜电池的发展现状与趋势[4]
近年来晶体硅薄膜太阳电池, 在国外发展比较迅速。为了使晶体硅薄膜太阳电池达到商业化, 努力将实验室结果推向市场, 1998 年制造出100cm2 的薄膜太阳电池, 其转换效率为8 %。18 个月后, 其效率在同样面积下达到10.9 %, 3 年后12kW 薄膜太阳电池系统投入市场。1994 年底美国加利福尼亚成功建立了17.11kW硅薄膜太阳电池方阵系统, 这个系统电池是利用高温热分解喷涂法制备的。在薄膜电池上覆盖了一层抗反射层, 硅薄膜晶粒为毫米级,具有宏观结构性, 减少了蓝色和远红外光的响应。1997 年召开的第26 届IEEE PVSC、第14 届欧洲PVSEC 和世界太阳能大会报道了United So-lar System 薄膜硅太阳电池, 转换效率为16.6 % ,日本的Hanebo 为9.8 % , 美国NREL 提供的测试结果, USSA 的Si/ SiGe/ SiGe 薄膜电池, 面积为
903cm2 , 其转换效率为10.2 % , 功率为9.2W。
我国晶体硅薄膜电池的研究仍处于实验室阶段。1982 年长春应用化学研究所韩桂林等人用CVD 法制备出晶体硅薄膜电池, 并研究了多晶硅薄膜的生长规律和其基本的物理特性。具体制备工艺如下: 在系统中采用高频加热石墨, 系统抽真空后通氖气以驱除残留气体, 加热石墨至所需温度, 随即通入混合气体, 在1100 ℃～1250 ℃下, SiCl4 被H2 还原, 使硅沉积在衬底上。1998年北京市太阳能研究所赵玉文等报道了SiH2Cl2为原料气体, 采用快速热化学气相沉积(RTCVD) 工艺在石英反应器中沉积生成多晶硅薄膜, 同时研究了薄膜的生长特性、微结构, 并研制出多晶硅薄膜太阳能电池, 电池结构为金属栅线/ p+ 多晶膜/ n 多晶硅膜/ n+C-硅/ 金属接触。采用扩硼形成p + 层, 结深约为1μm , 电池面积为1cm2 , AM115、100mV/ cm2 条件下, 无减反射涂层, 电池转换效率为4.54 % , J sc = 14.3mA/cm2 , V∞= 0.460V, FF = 0.67。其具体制备工艺条件如下: 气源为H2 和SiH2Cl2 的混合物, 石英
管内配有石墨样品托架, 采用程控光源将石墨样品托架加热到1200 ℃。试验所用衬底为重掺杂磷非活性单晶硅片或非硅质底材, 在1030 ℃下薄膜生长速率为10nm/ s。我国晶体硅薄膜太阳电池研究水平与国际水平相差较大, 应加速发展。在廉价衬底上形成高质量的多晶硅薄膜, 研究衬底与硅膜之间夹层,用以阻挡杂质向硅膜扩散, 并研制出具有较高转换效率的多晶硅薄膜电池, 在近期内使其转换效率能达到10 %左右, 为工业化生产做准备, 以
期成本能降低到1 美元/ W左右。
9 结束语
综上所述, 多晶硅薄膜太阳电池在提高太阳电池效率、节约能源和大幅度降低成本方面都具有极其诱人的前景。但由于对多晶硅薄膜材料的研究不深, 膜生长技术的不完善, 以及薄膜多晶方式在原理上的限制, 致使我国的多晶硅薄膜电池还处于实验室阶段。实践证明, 科学难题的解决需要长期坚持不懈的努力, 而不是急功近利的短期行为。只要从战略高度出发, 锲而不舍, 就一定会达到成功的彼岸。
参考文献:
[1] 王文静. 多晶硅薄膜太阳电池[J]. 太阳能, 1998, (3):66～70.
[2] 季秉厚, 王万录. 多晶薄膜与薄膜太阳电池[J]. 太阳能学报, 特刊99: 90～96.
[3] 耿新华, 孟志国, 陆靖谷, 等. 低温n2c2Si 在大面积α2Si太阳电池的应用[J]. 太阳能学报, 1991, 12 (3): 247～254.
[4] 高峰, 孙成权, 刘全根. 太阳能开发利用的现状及发展趋势[J]. 世界科技研究与发展, 2001, (4): 101～105.
薄膜太阳能电池分类 21世纪初之前，太阳能电池主要以硅系太阳能电池为主，超过89%的光伏市场由硅系列太阳能电池所占领，但自2003年以来，晶体硅太阳能电池的主要原料多晶硅价格快速上涨，因此，业内人士自热而然将目光转向了成本较低的薄膜电池。薄膜太阳电池可以使用在价格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金属片等不同材料当基板来制造，形成可产生电压的薄膜厚度仅需数μm，目前转换效率最高可达13%以上。薄膜电池太阳电池除了平面之外，也因为具有可挠性可以制作成非平面构造其使用范围大，可和建筑物结合或是变成建筑体的一部份，使用非常广泛。 1.硅基薄膜电池 硅基薄膜电池包括非晶硅薄膜电池、微晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电池，而目前市场主要是非晶硅薄膜电池产品。非晶硅的禁带宽度为1.7eV，通过掺硼或磷可得到p型或n型a-Si。为了提高效率和改善稳定性，还发展了p-i-n/p-i-n双层或多层结构式的叠层电池。 2.碲化镉（CdTe）薄膜电池 碲化镉薄膜电池是最早发展的太阳电池之一，由于其工艺过程简单，制造成本低，实验室转换效率已超过16%，大规模效率超过12%，远高于非晶硅电池。不过由于镉元素可能对环境造成污染，使用受到限制。近年来美国FirstSolar公司采取了独特的蒸气输运法沉积等特殊措施，解决了污染问题，开始大规模生产，并为德国建造世界最大的光伏电站提供40MW 碲化镉太阳电池组件。 3.铜铟镓硒(CIGS)薄膜电池 铜铟镓硒薄膜电池是近年来发展起来的新型太阳电池，通过磁控溅射、真空蒸发等方法，在基底上沉积铜铟镓硒薄膜，薄膜制作方法主要有多元分布蒸发法和金属预置层后硒化法等。基底一般用玻璃，也可用不锈钢作为柔性衬底。实验室最高效率已接近20%，成品组件效率已达到13%，是目前薄膜电池中效率最高的电池之一。 4.砷化镓（GaAs）薄膜电池 砷化镓薄膜电池是在单晶硅基板上以化学气相沉积法生长GaAs薄膜所制成的薄膜太阳电池，其直接带隙1.424eV，具有30%以上的高转换效率，很早就被使用于人造卫星的太阳电池板。然而砷化镓电池价格昂贵，且砷是有毒元素，所以极少在地面使用。 5.染料敏化薄膜电池 染料敏化太阳电池是太阳电池中相当新颖的技术产品，由透明导电基板、二氧化钛(TiO2)纳米微粒薄膜、染料(光敏化剂)、电解质和ITO电极所组成。目前仍停留在实验室阶段，实验室最高效率在11%左右。 非晶硅薄膜电池 简介 非晶硅（amorphous silicon α-Si）又称无定形硅。单质硅的一种形态。棕黑色或灰黑色的微晶体。硅不具有完整的金刚石晶胞，纯度不高。熔点、密度和硬度也明显低于晶体硅。非晶硅的化学性质比晶体硅活泼。可由活泼金属(如钠、钾等) 在加热下还原四卤化硅，或用碳等还原剂还原二氧化硅制得。结构特征为短程有序而长程无序的α-硅。纯α-硅因缺陷密度高而无法使用。采用辉光放电气相沉积法就得含氢的非晶硅薄膜，氢在其中补偿悬挂链，并进行掺杂和制作pn结。非晶硅在太阳辐射峰附近的光吸收系数比晶体硅大一个数量级。禁带宽度1.7～1.8eV，而迁移率和少子寿命远比晶体硅低。现已工业使用，主要用于提炼纯硅，制造太阳电池、薄膜晶体管、复印鼓、光电传感器等。 非晶硅薄膜电池的起源 非晶硅薄膜太阳能电池由Carlson和Wronski在20世纪70年代中期开发成功，80年代其生产曾达到高潮，约占全球太阳能电池总量的20％左右，但由于非晶硅太阳能电池转化效率
三种主要的薄膜太阳能电池详解 摘要：上述电池中，尽管硫化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。 关键字：薄膜太阳能电池, 砷化镓, 单晶硅电池 单晶硅是制造太阳能电池的理想材料，但是由于其制取工艺相对复杂，耗能大，仍然需要其他更加廉价的材料来取代。为了寻找单晶硅电池的替代品，人们除开发了多晶硅，非晶硅薄膜太阳能电池外，又不断研制其它材料的太阳能电池。其中主要包括砷化镓III-V族化合物，硫化镉，碲化镉及铜锢硒薄膜电池等。来源:大比特半导体器件网 上述电池中，尽管硫化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。来源:大比特半导体器件网 砷化镓太阳能电池 GaAs属于III-V族化合物半导体材料，其能隙为 1.4eV，正好为高吸收率太阳光的值，与太阳光谱的匹配较适合，且能耐高温，在250℃的条件下，光电转换性能仍很良好，其最高光电转换效率约30%，特别适合做高温聚光太阳电池。砷化镓生产方式和传统的硅晶圆生产方式大不相同，砷化镓需要采用磊晶技术制造，这种磊晶圆的直径通常为4—6英寸，比硅晶圆的12英寸要小得多。磊晶圆需要特殊的机台，同时砷化镓原材料成本高出硅很多，最终导致砷化镓成品IC成本比较高。磊晶目前有两种，一种是化学的MOCVD，一种是物理的MBE。GaAs等III-V化合物薄膜电池的制备主要采用MOVPE和LP E技术，其中MOVPE方法制备GaAs薄膜电池受衬底位错，反应压力，III-V比率，总流量等诸多参数的影响。GaAs(砷化镓)光电池大多采用液相外延法或MOCVD技术制备。用GaAs作衬底的光电池效率高达29.5%(一般在19.5%左右) ，产品耐高温和辐射，但生产成本高，产量受限，目前主要作空间电源用。以硅片作衬底，MOCVD技术
非晶硅薄膜太阳能电池及制造工艺 一、非晶硅薄膜太阳能电池结构、制造技术简介 1、电池结构 分为：单结、双结、三结 2、制造技术 ①单室，多片玻璃衬底制造技术。主要以美国Chronar、APS、EPV公司为代表 ②多室，双片（或多片）玻璃衬底制造技。主要以日本KANEKA公司为代表 ③卷绕柔性衬底制造技术（衬底：不锈钢、聚酰亚胺)。主要以美国Uni-Solar 公司为代表。 所谓“单室，多片玻璃衬底制造技术”就是指在一个真空室内，完成P、I、N 三层非晶硅的沉积方法。 作为工业生产的设备，重点考虑生产效率问题，因此，工业生产用的“单室，多片玻璃衬底制造技术”的非晶硅沉积，其配置可以由X个真空室组成（X为≥1的正整数），每个真空室可以放Y个沉积夹具（Y为≥1的正整数），例如：?1986年哈尔滨哈克公司、1988年深圳宇康公司从美国Chronar公司引进的内联式非晶硅太阳能电池生产线中非晶硅沉积用6个真空室，每个真空室装1个分立夹具，每1个分立夹具装4片基片，即生产线一批次沉积6×1×4＝24片基片，每片基片面积305mm×915mm。 ?1990年美国APS公司生产线非晶硅沉积用1个真空室，该沉积室可装1个集成夹具，该集成夹具可装48片基片，即生产线一批次沉积1×48＝48片基片，每片基片面积760mm×1520mm。 ?本世纪初我国天津津能公司、泰国曼谷太阳公司（BangKok Solar Corp）、泰国光伏公司（Thai Photovoltaic Ltd）、分别引进美国EPV技术生产线，非晶硅沉积也是1个真空室，真空室可装1个集成夹具，集成夹具可装48片基片，即生产线一批次沉积1×48＝48片基片，每片基片面积635mm×1250mm。 ?国内有许多国产化设备的生产厂家，每条生产线非晶硅沉积有只用1个真空室，真空室可装2个沉积夹具，或3个沉积夹具，或4个沉积夹具；也有每条生产线非晶硅沉积有2个真空室或3个真空室，而每个真空室可装2个沉积夹具，或3个沉积夹具。总之目前国内主要非晶硅电池生产线不管是进口还是国产均主要是用单室，多片玻璃衬底制造技术，下面就该技术的生产制造工艺作简单介绍。 二、非晶硅太阳能电池制造工艺 1、内部结构及生产制造工艺流程 下图是美国Chronar公司技术为代表的内联式单结非晶硅电池内部结构示意图：图1、内联式单结非晶硅电池内部结构示意图
薄膜电池技术发展现状 太阳能电池发展中，薄膜电池从一开始就以低成本成为众人关注的亮点，目前国际上已经能进行产业化大规模生产的薄膜电池主要有3种，硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池（CIGS ）、碲化镉薄膜太阳能电池（CdTe ），其中，硅基薄膜电池以其特有的优势快速发展。 2010年行业专家预测，a-Si ，CdTe ，CIGS 3种电池将分别占有薄膜光伏市场的52％，37％和11％。可 见，硅基薄膜电池在中长期发展阶段仍将占据薄膜光伏市场的主导地位。薄膜电池近几年全球产量、市场份额趋势预测见表1、表2。笔者将重点介绍硅基薄膜太阳电池技术和薄膜太阳能电池市场发展现状。 摘 要：详细叙述了硅基薄膜太阳能电池结构、工艺制造技术，a-Si 沉积设备，并针对薄膜电池技术的发展现状， 分析了薄膜电池引起波动和变化的原因，展望了BIPV 薄膜电池在未来城市建筑中的应用前景。关键词：薄膜太阳能电池；非晶硅；转换效率中图分类号：TN604 文献标志码：A 收稿日期：2011－05－12；修回日期：2011－06－16 作者简介：张世伟（1962-），男，山西运城人，高级工程师，主要从事电子工艺及专用设备研究，E-mail ：scjs@https://www.doczj.com/doc/fa1679441.html, 。 薄膜太阳能电池技术及市场发展现状 （中国电子科技集团公司第二研究所，山西 太原 030024） 张世伟 文章编号：1674-9146（2011）07－0041－04 表1 近几年薄膜电池全球产量 200920102011201220137211224196027373136185.5341.5484627.577311041605214426493151 2010.53170.545886013.5706054.9150.6246.7344.0544.63 9.2310.7710.5510.4310.9535.8638.6142.7245.5144.42年份 碲化镉（CdTe ） /MW 铜铟镓硒（CIGS ） /MW 非晶硅薄膜 /MW 全球产量/MW CdTe 市场份额/%CIGS 市场份额/%非晶硅薄膜市场份额 /% 表2 市场份额及趋势预测 2009201020112012201311531865270535553625464591.5721.5880107020902680311937464158 3707513765458181885356.3952.1847.6545.7946.97 12.5211.5111.0210.7612.0931.163.3141.3343.4540.95年份 碲化镉（CdTe ）/MW 铜铟镓硒（CIGS ）/MW 非晶硅薄膜 /MW 全球产量/MW CdTe 市场份额/%CIGS 市场份额/%非晶硅薄膜市场份额 /%
薄膜太阳能电池知识大全 说明：薄膜太阳电池可以使用在价格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金属片等不同材料当基板来制造，形成可产生电压的薄膜厚度仅需数μm，因此在同一受光面积之下可较硅晶圆太阳能电池大幅减少原料的用量(厚度可低于硅晶圆太阳能电池90%以上)，目前转换效率最高以可达13%，薄膜电池太阳电池除了平面之外，也因为具有可挠性可以制作成非平面构造其应用范围大，可与建筑物结合或是变成建筑体的一部份，在薄膜太阳电池制造上，则可使用各式各样的沈积(deposition)技术，一层又一层地把p-型或n-型材料长上去，常见的薄膜太阳电池有非晶硅、CuInSe2 (CIS)、CuInGaSe2 (CIGS)、和CdTe..等。 薄膜太阳电池产品应用： 半透明式的太阳能电池模块：建筑整合式太阳能应用(BIPV) 薄膜太阳能之应用：随身折迭式充电电源、军事、旅行 薄膜太阳能模块之应用：屋顶、建筑整合式、远程电力供应、国防 薄膜太阳能电池的特色： 1.相同遮蔽面积下功率损失较小(弱光情况下的发电性佳) 2.照度相同下损失的功率较晶圆太阳能电池少 3.有较佳的功率温度系数 4.较佳的光传输 5.较高的累积发电量 6.只需少量的硅原料 7.没有内部电路短路问题(联机已经在串联电池制造时内建) 8.厚度较晶圆太阳能电池薄 9.材料供应无虑 10.可与建材整合性运用(BIPV) 太阳能电池厚度比较：晶硅(200～350μm)、非晶性薄膜(0.5μm) 薄膜太阳能电池的种类： 非晶硅(Amorphus Silicon, a-Si)、微晶硅(Nanocrystalline Silicon，nc-Si，Microcrystalline Silicon，mc-Si)、化合物半导体II-IV 族[CdS、CdTe(碲化镉)、CuInSe2]、色素敏化染料(Dye-Sensitized Solar Cell)、有机导电高分子(Organic/polymer solar cells) 、CIGS (铜铟硒化物)..等 薄膜太阳能电池分类表 薄膜太阳能电池制造厂商：联相光电、富阳光电、旭能光电、绿能科技、新能光电、茂迪、奇美能源、大亿光电、大丰能源、鑫笙能源、威奈联合、嘉晶电子、崇越科技、台达电、中环、宇通光电 薄膜太阳能测试设备厂商：庆声科技 薄膜太阳能制程流程表 薄膜太阳能模块结构图 说明：薄膜太阳能模块是由玻璃基板、金属层、透明导电层、电器功能盒、胶合材料、半导体层..等所构成的。薄膜太阳能电池可靠度试验规范：IEC61646(薄膜太阳光电模块测试标准)、CNS15115(薄膜硅陆上太阳光电模块设计确认和型式认可)
天津 S i 薄天津津能电池 科技有限公司 www.jnsolar.c a-Si/a-Si双结及 柔性电池,1.245m x Energ y Solar 技术来自南 开大学 25MW量产中
膜https://www.doczj.com/doc/fa1679441.html,0.635m,Pm=40W,Vm =46V,Eff=5.5% 河北 S i 薄膜保定天威薄膜 光伏有限公司 a-si/uc-Si双结, 1.1m x 1.3m， Pm=125W，Eff=9.3% Oerli kon 天威保变的 控股子公司 CEO&CTO--- 麦耀华 50MW 6月试生 产成功， 预计8月 量产 S i 薄膜保定风帆光伏 能源有限公司 http://www.sa https://www.doczj.com/doc/fa1679441.html,/ a-Si/a-Si双 结,1.245m x 0.635m,Pm=40W,Ef f=5.5% 美国 Ameli o Solar 公司 Turn- key线 由风帆股份 与美国 Amelio Solar公司 合资成立, 技术来自美 国Amelio 公司，Dr Zoltan Kiss 一期 5MW，二 期25MW 2009年5 月1日厂 房改造， 设备尚未 move in S i 薄膜新奥光伏新能 源有限公司（廊 坊） http://www.en https://www.doczj.com/doc/fa1679441.html, a-si/uc-Si双结, 2.2m x 2.6m， Pm=458W，Vm=220V， Im=2.08A，Eff=8% AMAT turn- key CEO蔡洪秋， 总经理万克 家，北京研 发中心总经 理周民，北 美研究院院 长周德颂， 副院长郭铁 60MW 试生产成 功,6月通 过TCUV 认证 S i 薄膜常源光伏科技 有限公司（衡 水） http://www.ev https://www.doczj.com/doc/fa1679441.html,/ a-Si单结,1.1m x 1.4m,Pm=100W, Vm=75V，Im=1.34A， Eff=6.5% ULVAC25MW 设备正在 move in 河南 S i 薄膜阿格斯新能源 有限公司（郑 州） http://www.ar https://www.doczj.com/doc/fa1679441.html, a-Si单结,1.245m x 0.635m,Pm=43W, Vm=45.2V， Im=0.95A， Eff=5.5% 金太 阳集 团下 属公 司提 供设 备， EPV系 列，设 备投 资 CEO赵一辉 博士 25MW 设备调试 中
薄膜太阳能电池种类 为了寻找单晶硅电池的替代品，人们除开发了多晶硅，非晶硅薄膜太阳能电池外，又不断研制其它材料的太阳能电池。其中主要包括砷化镓III-V族化合物，硫化镉，碲化镉及铜锢硒薄膜电池等。 上述电池中，尽管硫化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。 砷化镓太阳能电池 GaAs属于III-V族化合物半导体材料，其能隙为1.4eV，正好为高吸收率太阳光的值，与太阳光谱的匹配较适合，且能耐高温，在250℃的条件下，光电转换性能仍很良好，其最高光电转换效率约30%，特别适合做高温聚光太阳电池。 砷化镓生产方式和传统的硅晶圆生产方式大不相同，砷化镓需要采用磊晶技术制造，这种磊晶圆的直径通常为4—6英寸，比硅晶圆的12英寸要小得多。 磊晶圆需要特殊的机台，同时砷化镓原材料成本高出硅很多，最终导致砷化镓成品IC成本比较高。磊晶目前有两种，一种是化学的MOCVD，一种是物理的MBE。 GaAs等III-V化合物薄膜电池的制备主要采用MOVPE和LPE技术，其中 MOVPE方法制备GaAs薄膜电池受衬底位错，反应压力，III-V比率，总流量等诸多参数的影响。GaAs(砷化镓)光电池大多采用液相外延法或MOCVD技术制备。用GaAs作衬底的光电池效率高达29.5%(一般在19.5%左右) ，产品耐高温和辐射，但生产成本高，产量受限，目前主要作空间电源用。以硅片作衬底，MOCVD技术异质外延方法制造GaAs电池是降用低成本很有希望的方法。已研究的砷化镓系列太阳电池有单晶砷化镓，多晶砷化镓，镓铝砷--砷化镓异质结，金属-半导体砷化镓，金属--绝缘体--半导体砷化镓太阳电池等。 砷化镓材料的制备类似硅半导体材料的制备，有晶体生长法，直接拉制法，气相生长法，液相外延法等。由于镓比较稀缺，砷有毒，制造成本高，此种太阳电池的发展受到影响。除GaAs外，其它III-V化合物如Gasb，GaInP等电池材料也得到了开发。 1998年德国费莱堡太阳能系统研究所制得的GaAs太阳能电池转换效率为 24.2%，为欧洲记录。首次制备的GaInP电池转换效率为14.7%。另外，该研
薄膜太陽能電池發展背景 薄膜太陽能電池，顧名思義，乃是在塑膠、玻璃或是金屬基板上形成可產生光電效應的薄膜，厚度僅需數μm，因此在同一受光面積之下比矽晶圓太陽能電池大幅減少矽原料的用量。薄膜太陽能電池並非是新概念的產品，實際上人造衛星就早已經普遍採用砷化鎵(GaAs)所製造的高轉換效率薄膜太陽能電池板(以單晶矽作為基板，轉換效能在30%以上)。 不過，一方面因為製造成本相當高昂，另一方面除了太空等特殊領域之外，應用市場並不多，因此直到近幾年因為太陽能發電市場快速興起後，發現矽晶圓太陽電池在材料成本上的侷限性，才再度成為產業研發中的顯學。目標則是發展出材料成本低廉，又有利於大量生產的薄膜型太陽能電池。 自2006下半年以來，因全球太陽能市場需求成長，造成矽原料供應不足、矽晶太陽能電池及模組生產成本水漲船高。而薄膜太陽能電池因具有輕薄、低成本、可撓曲、多種外觀設計等優點，成為繼矽晶太陽能電池之後，被認為是當前最具發展潛力的太陽能技術。 太陽能電池技術發展 第一代結晶矽 單晶、多晶、非晶 第二代薄膜太陽能電池 矽薄膜、化合物薄膜 第三代染料敏化太陽能電池(DSSC)、其他新技術、新材料薄膜太陽能電池發電原理 薄膜太陽能電池，是以pn半導體接面作為光吸收及能量轉換的主體結構。在基板上分別塗上二種具不同導電性質的p型半導體及n型半導體，當太陽光照射在pn接面，部份電子因而擁有足夠的能量，離開原子而變成自由電子，失去電子的原子因而產生電洞。透過p型半導體及n型半導體分別吸引電洞與電子，把正電和負電分開，在pn接面兩端因而產生電位差。在導電層接上電路，使電子得以通過，並與在pn 接面另一端的電洞再次結合，電路中便產生電流，再經由導線傳輸至負載。 從光產生電的過程當中可知，薄膜太陽能電池的能量轉換效率，與材料的能隙大
非晶硅薄膜太阳能电池基础知识 一、优点： 1.光谱特性好（弱光性好、光谱吸收范围宽） 2.温度特性好（温度上升时电池效率下降很小） 3.成本能耗低（硅用量少:2um、生产温度底：200度） 4.生产效率高（连续，大面积，自动化生产） 5.使用方便（重量轻,厚度薄.可弯曲,易携带） 6.无毒无污染、美观大方 缺点： 二、非晶硅薄膜太阳能电池的四个效应： 1.光电效应 2.光致衰退效应（薄膜经较长时间的强光照射或电流通过,在其内部将产生缺陷而 使薄膜的使用性能下降,简称为S-W效应） 3.边缘效应（边缘效率比中心效率低） 4.面积效应（面积越大，效率越低） 三、结构 1.一般结构 2.非晶\微晶硅叠层结构
衬底：玻璃、不锈钢、特种塑料 TOC ：透明导电氧化膜（要求：透光性>80%、表面绒面度12~15% 面电阻R 9~13 Ω ） 四、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，电池吸收光层（i 层）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，当VL = Vb 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 SiO2(20~40nm) TCO(700~1000nm) a-si(~300nm) SiO2(100nm) μc-Si (~1.7μm ) AZO (~100nm) Ag (130~200nm)
新能源２０００．２２（６）一３６～３８ ＣｕＩｎＳｅ２薄膜太阳能电池及其性质。 张寅 （山东教育学院数理系，济南２５００１３） 摘要简连了ＣｕｌｎＳｅ２（ＣＩＳ）薄膜太阳能电池发展历史和现状．描莲了这种太阳耗电池的制备过程，井时其性质散了讨论。 关键词ＣｕｌｎＳｅ？太阳娆电池薄膜太阳能电池光伏 ０引言 展望２１世纪全球的能源结构，各种各样的新能源所占比重会变得越来越大，其中太阳能电池所占的比重将非常显著。 太阳能电池的利用当今仍主要在航天以及一些特殊的场合。造成这种状况的原因是其本身造价太高，而如何降低成本是一个复杂的问题。就材料的选择而言，考虑的因素有禁带宽度、吸收系数、少数载流子寿命和表面离子的复合速度等．利用光伏效应发电、以晶体硅为基体的太阳能电池一直占据统治地位．但为了降低成本．出现了非晶硅薄膜太阳能电池。近年来，以复合半导体为基体的薄膜太阳能电池引起人们的关注。目前发展最好的是ＣｄＴｅ、ＣｕＩｎＳｅ！为基体的太阳能电池。薄膜太阳能电池的优越性体现在；耗材少，衬底便宜．生产能耗低．并可以镀在各种形状的大面积的衬底上，世主要的是有较高的效率。ＣｕＩｎＳｅ。在实验室条件下的效率已经能够达到１８孵“。 １ＣｕＩｎＳｅ：薄膜太阳能电池的发展历史和现状 ＣｕｌｎＳｅ。（ＣＩＳ）做为薄膜太阳能电池材料，最初引起人们兴趣的是由于Ｗａｎｇｎｅｒ等人［２３发现ＣＩＳ单晶有１２％的效率。尽管ＣＩＳ的禁带宽度不高．但具有较高的光吸收系数，所以在当时被认为是极具潜力的新型薄膜太＊山东省自然科学基金资助硬目（项目号Ｙ９８Ａ１５０１８） ?３６? 阳能电池材料，吸引了许多人去从事这方面的研究。Ｋａｚｍｅｒｓｋｉ［３３就曾经做出６＋６％电池效率的ＣＩＳ薄膜太阳能电池。 以后，ｃ１Ｓ真正引起人们重视是因为在１９８２年Ｂｏｅｉｎｇ［１１公司用物理蒸发法将效率提高到１０．６％。该公司首先在衬底上镀了一层Ｍｏ背接触。为了得到高质量的吸收层结构，在镀ＣＩＳ膜的开始状态采取了Ｃｕ富有的方法，得到良好的效果。更为关键的是，为了改变带隙，引入能够形成异质结的材料（ＣｄＳ），使电池的开路电压和光致电流都得到了不同程度的提高，从而达到提高电池效率的目的。Ｂｏｅｉｎｇ公司为了进一步提高效率，提出了用Ｇａ来替代Ｉｎ，研制出的Ｃｕ（Ｉｎ—Ｇａ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳ）合金膜的效率是１４．６％。这种多元化合物的带隙较宽，结构的可选择性较大。莸们有理由相信，随着对表面及内部结构及性质的不断研究，必将得到更高效率的ＣＩＧＳ薄膜太阳能电池。 ２ＣＩＳ薄膜太阳能电池的制备 目前，ＣＩＳ膜（主要指吸收层）的制备可以采用许多方法，常见的有ｎ］：①真空蒸发或溅射法；②化学气相热介喷涂法；③电镀或沉积Ｃｕ和Ｉｎ，然后用Ｈ。ｓｅ处理，把它换成ＣｕＩｎＳｅ。。位于德国斯图加特市的太阳能和氢能研究所（ｚｓｗ），多年来一直致力于ＣＩＳ膜的研制和技术推广。下面描述的是该研究所
【关键字】大全 薄膜太阳能电池知识大全 说明：薄膜太阳电池可以使用在价格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金属片等不同材料当基板来制造，形成可产生电压的薄膜厚度仅需数μm，因此在同一受光面积之下可较硅晶圆太阳能电池大幅减少原料的用量(厚度可低于硅晶圆太阳能电池90%以上)，目前转换效率最高以可达13%，薄膜电池太阳电池除了平面之外，也因为具有可挠性可以制作成非平面构造其应用范围大，可与建筑物结合或是变成建筑体的一部份，在薄膜太阳电池制造上，则可使用各式各样的沈积(deposition)技术，一层又一层地把p-型或n-型材料长上去，常见的薄膜太阳电池有非晶硅、CuInSe2 (CIS)、CuInGaSe2 (CIGS)、和CdTe..等。 薄膜太阳电池产品应用： 半透明式的太阳能电池模块：建筑整合式太阳能应用(BIPV) 薄膜太阳能之应用：随身折迭式充电电源、军事、旅行 薄膜太阳能模块之应用：屋顶、建筑整合式、远程电力供应、国防 薄膜太阳能电池的特色： 1.相同遮蔽面积下功率损失较小(弱光情况下的发电性佳) 2.照度相同下损失的功率较晶圆太阳能电池少 3.有较佳的功率温度系数 4.较佳的光传输 5.较高的累积发电量 6.只需少量的硅原料 7.没有内部电路短路问题(联机已经在串联电池制造时内建) 8.厚度较晶圆太阳能电池薄 9.材料供应无虑 10.可与建材整合性运用(BIPV) 太阳能电池厚度比较：晶硅(200～350μm)、非晶性薄膜(0.5μm) 薄膜太阳能电池的种类： 非晶硅(Amorphus Silicon, a-Si)、微晶硅(Nanocrystalline Silicon，nc-Si，Microcrystalline Silicon，mc-Si)、化合物半导体II-IV 族[CdS、CdTe(碲化镉)、CuInSe2]、色素敏化染料(Dye-Sensitized Solar Cell)、有机导电高分子(Organic/polymer solar cells) 、CIGS (铜铟硒化物)..等 薄膜太阳能电池分类表 薄膜太阳能电池制造厂商：联相光电、富阳光电、旭能光电、绿能科技、新能光电、茂迪、奇美能源、大亿光电、大丰能源、鑫笙能源、威奈联合、嘉晶电子、崇越科技、台达电、中环、宇通光电 薄膜太阳能尝试设备厂商：庆声科技 薄膜太阳能制程流程表 薄膜太阳能模块结构图 说明：薄膜太阳能模块是由玻璃基板、金属层、透明导电层、电器功能盒、胶合材料、半导体层..等所构成的。薄膜太阳能电池可靠度试验规范：IEC61646(薄膜太阳光电模块尝试标准)、CNS15115(薄膜硅陆上太阳光电模块设计确认和型式认可) 薄膜太阳能电池专有名词整理：
薄膜晶体硅太阳能电池分析比较 《中国组件行业投资前景及策略咨询报告》分析：目前在工业上，硅的成本大约占硅太阳能电池生产成本的一半。为减少硅的消耗量，光伏(PV)产业正期待着一些处于研究开发中的选择方案。其中最显然的一种就是转向更薄的硅衬底。现在，用于太阳能电池生产的硅衬底厚度略大于200mm，而衬底厚度略小于100mm的技术正在开发中。为使硅有源层薄至5-20 mm，可以在成本较低的硅衬底上淀积硅有源层，这样制得的电池被称为薄膜。为使其具有工业可行性，主要的挑战是在适于大规模生产的工艺中，怎样找到提高效率和降低成本之间的理想平衡。已经存在几种制造硅有源层的技术1，本文将讨论其中的三种。 薄膜PV基础 第一种技术是制作外延(epitaxial)(图1)，从高掺杂的晶体硅片(例如优级冶金硅或废料)开始，然后利用化学气相淀积(CVD)方法来淀积外延层。除成本和可用性等优势以外，这种方法还可以使硅太阳能电池从基于硅片的技术逐渐过渡到薄膜技术。由于具有与传统体硅工艺类似的工艺过程，与其它的薄膜技术相比，这种技术更容易在现有工艺线上实现。 第二种是基于层转移(layer transfer)的技术，它在多孔硅薄膜上外延淀积单晶硅层，从而可以在工艺中的某一点将单晶硅层从衬底上分离下来。这种技术的思路是多次重复利用母衬底，从而使每个太阳能电池的最终硅片成本很低。正在研究中的一种有趣的选择方案是在外延之前就分离出多孔硅薄膜，并尝试无支撑薄膜工艺的可能性。 最后一种是薄膜多晶硅太阳能电池，即将一层厚度只有几微米的晶体硅淀积在便宜的异质衬底上，比如陶瓷(图2)或高温玻璃等。晶粒尺寸在1-100mm之间的多晶硅薄膜是一种很好的选择。我们已经证实，利用非晶硅的铝诱导晶化可以获得高质量的多晶硅太阳能电池。这种工艺可以获得平均晶粒尺寸约为5 mm 的很薄的多晶硅层。接着利用生长速率超过1 mm/min的高温CVD技术，将种子层外延生长成几微米厚的吸收层，衬底为陶瓷氧化铝或玻璃陶瓷。选择热CVD是因为它的生长速率高，而且可以获得高质量的晶体。然而这样的选择却限定了只能使用陶瓷等耐热衬底材料。这项技术还不像其它薄膜技术那样成熟，但已经表现出使成本降低的巨大潜力。
薄膜太阳能电池，你了解多少？ 光伏电池组件来源:新能源前线2017/10/19 16:48:14我要投稿 关键词: 薄膜电池太阳能电池光伏技术 近几年来，太阳能电池越来越受到科研人员的重视，发展迅速，前景光明。除了传统的晶体硅用于太阳能电池的制备中，现在薄 膜太阳能电池板也发展得如火如荼，那么薄膜太阳能电池有哪些？ 它们的性能如何？跟着小编看看吧！ 随着基础科学的发展，太阳能电池板的性能也有了很大的提高。薄膜太阳能电池板正逐渐成为主流。相比于传统的硅材料太阳能电池板，它具有更好的柔韧性，拓宽了太阳能电池的应用领域，能够和你家的结构设计无缝连接！ 传统太阳能电池板和薄膜电池板的不同，二者之间最明显的区别在于厚度，导致了传统太阳能电池板和薄膜太阳能电池在太阳能捕获效率上存在差异，其原因在于材料的不同，薄膜太阳能电池采用了不同的化合物。 传统的太阳能板用的是晶体硅（C-Si），这项技术已经发展多年，比较成熟可靠。值得注意的是，虽然C-Si具有较高的能量转换效率，但是实际吸光效率较差，这就意味着太阳能板必须足够厚，才能提高实际效率。与此不同的是，薄膜技术可以“混搭”多种元素，比传统太阳能板薄350倍左右，通过在玻璃、金属、塑料等材料表面镀膜或者沉积就可以制备太阳能电池面板。这样，不同类型的材料对光能可以充分利用，提高效率。
薄膜太阳能电池的类型 现在，薄膜太阳能电池要达到两个目标：一是要具有足够的柔韧性，能够在大型建筑材料表面附着，二是要实现和传统太阳能电池一样的效率，甚至更高。不同的制备技术所得的薄膜太阳能板和传统的太阳能板相比，具有不同的优缺点。通常对薄膜太阳能板的命名来自于半导体材料的类型。 1.不定形硅(a-Si) 图1.a-Si光伏电池结构 不定形硅是最早的也是最成熟的用于制作薄膜太阳能电池。这可能是因为晶体硅早已用在传统太阳能电池上，人们对硅电子的性质的了解比较透彻。 优点：
太阳能电池的结构工作原理和制造技术 作者：佚名来源：https://www.doczj.com/doc/fa1679441.html, 发布时间：2009-11-4 8:57:45 [收藏] [评论] 太阳能电池的结构工作原理和制造技术 近几年来，受世界太阳能电池发展“热潮”的影响，我国太阳能电池产业发展空前高涨，本文收集了太阳能电池的一些有关技术，以供读者参考。 （一）太阳能电池的发展历史： 太阳能电池是产生光生伏打效应（简称光伏效应）的半导体器件。因此，太阳能电池又称为光伏电池，太阳能电池产业又称为光伏产业。 1954年世界第一块实用化太阳能电池在美国贝尔实验室问世，幷首先应用于空间技术。当时太阳能电池的转换效率为8％。1973年世界爆发石油危机，从此之后，人们普遍对于太阳能电池关注，近10几年来，随着世界能源短缺和环境污染等问题日趋严重，太阳能电池的清洁性、安全性、长寿命，免维护以及资源可再生性等优点更加显现。一些发达国家制定了一系列鼓舞光伏发电的优惠政策，幷实施庞大的光伏工程计划，为太阳能电池产业创造了良好的发展机遇和巨大的市场空间，太阳能电池产业进入了高速发展时期，幷带动了上游多晶硅材料业和下游太阳能电池设备业的发展。在1997－2006年的10年中，世界光伏产业扩大了20倍，今后10年世界光伏产业仍以每年30％以上的增长速度发展。 世界太阳能电池的发展历史如表1所示： 表1 世界太阳能电池发展的主要节点 年份重要节点 1954 美国贝尔实验室发明单晶硅太阳能电池，效率为6％ 1955 第一个光伏航标灯问世，美国RCA发明Ga As太阳能电池 1958 太阳能电池首次装备于美国先锋1号卫星，转换效率为8％。 1959 第一个单晶硅太阳能电池问世。 1960 太阳能电池首次实现并网运行。 1974 突破反射绒面技术，硅太阳能电池效率达到18％。 1975 非晶硅及带硅太阳能电池问世 1978 美国建成100KW光伏电站 1980 单晶硅太阳能电池效率达到20％，多晶硅为14.5％，Ga As为22.5％ 1986 美国建成6.5KW光伏电站 1990 德国提出“2000光伏屋顶计划” 1995 高效聚光Ga As太阳能电池问世，效率达32％。 1997 美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划 日本提出“新阳光计划” 1998 单晶硅太阳能电池效率达到24.7％，荷兰提出“百万光伏屋顶计划” 2000 世界太阳能电池总产量达287MW，欧洲计划2010年生产60亿瓦光伏电池。
单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池 的工作原理及区别 硅太阳能电池的外形及基本结构如图1。其中基本材料为P型单晶硅，厚度为0.3—0.5mm左右。上表面为N+型区，构成一个PN＋结。顶区表面有栅状金属电极，硅片背面为金属底电极。上下电极分别与N＋区和P区形成欧姆接触，整个上表面还均匀覆盖着减反射膜。 当入发射光照在电池表面时，光子穿过减反射膜进入硅中，能量大于硅禁带宽度的光子在N+区，PN＋结空间电荷区和P区中激发出光生电子——空穴对。各区中的光生载流子如果在复合前能越过耗尽区，就对发光电压作出贡献。光生电子留于N＋区，光生空穴留于P区，在PN＋结的两侧形成正负电荷的积累，产生光生电压，此为光生伏打效应。当光伏电池两端接一负载后，光电池就从P区经负载流至N＋区，负载中就有功率输出。 太阳能电池各区对不同波长光的敏感型是不同的。靠近顶区湿产生阳光电流对短波长的紫光（或紫外光）敏感，约占总光源电流的5－10％（随N＋区厚度而变），PN＋结空间电荷的光生电流对可见光敏感，约占5 ％左右。电池基体域
产生的光电流对红外光敏感，占80－90％，是光生电流的主要组成部分。 2.单晶硅太阳能电池 单晶硅太阳能电池是当前开发得最快的一种太阳能电池，它的构成和生产工艺已定型，产品已广泛用于宇宙空间和地面设施。这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求99.999％。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳能电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳能电池专用的单晶硅棒。将单晶硅棒切成片，一般片厚约0.3毫米。硅片经过成形、抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。加工太阳能电池片，首先要在硅片上掺杂和扩散，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行。这样就在硅片上形成PN结。然后采用丝网印刷法，将配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉，至此，单晶硅太阳能电池的单体片就制成了。单体片经过抽查检验，即可按所需要的规格组装成太阳能电池组件（太阳能电池板），用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流，最后用框架和封装材料进行封装。用户根据系统设计，可
薄膜太阳能电池窗口层材料的应用与发展 【摘要】在研究能源发展及其相关技术进步的基础上，研究了太阳能电池的发展现状，结合笔者工作经验，仔细分析了影响太阳能电池转换效率的因素以及窗口层材料在太阳电池中的作用，研究了ZnS材料在太阳能电池窗口层中的重要作用，建议各研究者致力于nS薄膜的研究，为中国能源的发展做出应有的贡献。 【关键词】太阳能电池;窗口层材料;应用与发展 0.引言 随着人类社会的不断发展，石油、煤炭、天然气等不可再生资源日益减少，同时对这些不可再生资源的大量使用会对环境产生极大的污染，因此各个国家在保持天然气、石油、煤炭等工业的可持续发展的同时，极度重视可替代能源和可再生能源的开发和研究[1]。预计到2025年，光伏发电在世界各国总发电量中将占到6%-21%[3]。近些年来，国际光伏发电发展极为迅速，美国、欧洲和日本等发达国家都制定了极其巨大、极其精致的光伏发电发展计划，国际光伏市场开始由特殊应用、边远农村向建筑和并网发电结合供电的方向发展，同时，光伏发电也从补充能源向替代能源过渡。 1.太阳能电池概况 太阳能光伏发电的基础和核心是太阳能电池，太阳能光伏发电利用光生伏电效应把光能转变为电能的光伏器件。按照材料的不同进行分类的话，太阳能电池分为： 1.1半导体无机化合物太阳能电池:主要包括砷化稼、硫化锅太阳能电池。 1.2硅太阳能电池: 太阳能电池以硅材料作为基体的。如非晶硅、单品硅、多晶硅太阳能电池等等。用这类材料制造的太阳能电分为薄膜和片状两种。 1.3染料敏化太阳能电池:以Sn02、TiO2、ZnS等氧化物、纳米级的半导体为电极，使用有机染料及无机带半导体染料敏化剂制成的太阳能电池。 1.4有机化合物太阳能电池:将外琳、酞善、叶绿素等光敏材料制成的太阳能电池。 2.影响太阳能电池转换效率的因素 2.1禁带亮度 一方面，开路电压随光强的增大而增大；另一方面，电流随光强的增大而减
薄膜太阳能光伏产业发展分析报告 （完整版）
目录 一、引言 (2) 二、薄膜太阳能光伏产业的发展现状和趋势 (2) （一）薄膜太阳能电池定义 (2) （二）薄膜太阳能电池分类及应用 (3) （三）薄膜太阳能光伏产业发展现状 (5) （四）薄膜太阳能光伏产业发展趋势 (7) 三、薄膜太阳能电池生产厂家概况 (11) （一）国外薄膜太阳能电池生产厂家 (11) （二）国内薄膜太阳能电池生产厂家 (20) 四、总结 (25) 五、建议 (27)
一、引言 2004 年德国光伏补贴政府引爆了光伏产业，光伏产业强势需求造就了多晶硅原料企业的超高利润，而 2007 年美国 First Solar 的亮丽表现则带来了薄膜产业的新纪元，1.3 美元/瓦的低成本，11%左右的转换率，欧洲北美的巨额订单，不受原料限制的大规模生产成就了 First Solar 的高利润，高收入，高可靠的盈利预期，也促使业界发现属于薄膜时代的来临。 在2007 年和 2008 年间，全球光伏产业最为火热的环节就是薄膜领域，不断有新的项目发布或者投产，有限的设备公司订单已经排到 1 年以后，而且新增订单不断，除了美国 First Solar,日本夏普也开始大规模投入薄膜领域，而德国 的Q-CELL 肖特等也大力投入薄膜事业，台湾几乎瞬间投入了超过 10 个薄膜项目，国内的非晶硅龙头拓日新能源顺利上市，新澳集团高调介入等等都显示薄膜正在吸引越来越多的资本和关注；薄膜自身的发电优势和低成本也将会是下降光伏发电成本的一大主要驱动力。 二、薄膜太阳能光伏产业的发展现状和趋势 薄膜太阳能光伏产业主要由 CdTe（碲化镉）、 CIS（铜铟硒）/CIGS（铜铟硒镓）、硅基薄膜三类电池组成。 （一）薄膜太阳能电池定义 薄膜太阳能电池，指在塑胶、玻璃或是金属基板上形成可产生光电效应的薄膜。 这种薄膜厚度仅需数μm，在同一受光面积之下可较硅晶圆太阳能电池大幅减少原料的用量。 （二）薄膜太阳能电池分类及应用 CdTe（碲化镉）薄膜 薄膜层为CdTe/CdS（碲化镉）材料的太阳能电池，主要用于光伏发电。 CIS（铜铟硒）/CIGS（铜铟硒镓）薄膜 CIS(Copper Indium Diselenide) 或是 CIGS(Copper Indium Gallium Diselenide),主要用于光伏发电。
太阳能薄膜
太阳能薄膜技术 一、太阳能薄膜效率对比方式： 1、晶体硅太阳能电池板： 晶体硅（c-Si）太阳能电池是目前应用最广泛的太阳能电池，主要因为晶体硅具有稳定性，效率能够达到15%-25%。晶体硅有赖于基于大量数据的成熟的制程技术，而且总体上已经被证明是可靠的。不过晶体硅吸收光线能力差，这可能是其超小型结构的天生缺陷，因此必须相当厚且坚固。 2、薄膜太阳能电池板： 即使采用废弃硅片，考虑到其效率水平，硅晶圆并不一定成本低廉。薄膜太阳能电池比传统太阳能电池板更便宜，但效率也更低，光伏转换率在20%-30%之间。 二、硅VS薄膜技术对比： 1、（1）晶体硅技术已经存在了一段时间而且证明了是有价值的，薄膜技术仍然处于初始阶段，但有潜力在同等的效率和可靠性条件下实现更低的成本。 （2）晶体硅的优势在于高转换效率，达到12%-24.2%，高稳定性、容易制造、高可靠性。 （3）缺点在于，就初始成本而言，晶体硅是最贵的太阳能组件。而且太阳能吸收因数很低，材料很脆且易碎。
2、（1）而薄膜太阳能电池比老式晶体硅太阳能电池更便宜，可以在薄硅片上制备，更灵活且更容易处理。而且和晶体硅相比，不容易受外界冲击而损害。 （2）薄膜太阳能电池组件的主要缺点在于效率低，这在有些应用场合可以抵消其价格优势。它的结构也更复杂，灵活的薄膜电池需要特别的安装技巧，因此至少目前无法用于航天。 三、薄膜太阳能技术规格和未来前景展望： 薄膜太阳电池可以使用在价格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金属片等不同材料当基板来制造，形成可产生电压的薄膜厚度仅需数μm，因此在同一受光面积之下可较硅晶圆太阳能电池大幅减少原料的用量(厚度可低于硅晶圆太阳能电池90%以上)，目前实验室转换效率最高已达20%以上，规模化量产稳定效率最高约13%。
太阳能电池的应用 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
引言1954年Bell实验室研发出第一个单晶硅太阳能电池，效率为6%。自此开启了太阳能电池的新纪元。硅系太阳能电池已从单晶，多晶硅发展到非晶硅，从块状发展到薄膜，实现第一代到第二代的的转换。 20世纪后期，各种化合物薄膜电池兴起，呈现欣欣向荣的局面。碲化镉，砷化镓，铜铟镓硒如雨后春笋般地登上舞台。 有机物薄膜电池也不甘寂寞，在沉寂了数年之后也焕发出勃勃生气。 21世纪注定是太阳能利用的新世纪。那么，在诸多太阳能电池中，究竟哪些会脱颖而出，或者说占主导地位呢 一．太阳能电池的工作原理 太阳能电池发电原理：太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现以晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P－N 结。当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P－N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。
晶体硅太阳能电池的制作过程：“硅”是我们这个星球上储藏最 丰量的材料之一。自从19世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性 后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维。20世纪末，我们的生活中 处处可见“硅”的身影和作用，晶体硅太阳能电池是近15年来形成产 业化最快的。 二．各种太阳能电池的优劣 1．单晶硅太阳能电池 单晶硅太阳能电池是最早实现商业化的一种太阳能电池，商业光电转换效 率为16%～20% 。原料硅来源丰富，它的结构和生产工艺已定型, 产品已广泛 用于空间和地面。但用作太阳能电池的不是普通的硅，而是%的高纯硅。硅的 提纯工艺复杂, 电耗很大, 在太阳能电池生产总成本中己超过了1/2。另外， 目前冶炼的时候多用煤炭作为燃料，且用改良西门子法提纯硅时会产生大量的 硅氯化合物，如果处理不当，将会造成很大的污染，这种情形在中国尤其严 重。 2．多晶硅太阳能电池 多晶硅太阳能电池使用的多晶硅材料, 多半是含有大量单晶颗粒的集合体, 或用废次单晶硅料和冶金级硅材料熔化浇铸而成。因此成本相对单晶硅来说要小，污染也降低了，但随之而来效率也降低了，商业转换效率大概在12%～ 13% 。 3．无机薄膜太阳能电池