非晶硅太阳能电池
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太阳能电池是一种将太阳能直接转换为电能的装置,它是太阳能光伏发电系统的核心部件之一。
太阳能电池材料的种类、原理和特点是影响太阳能电池性能和应用领域的关键因素。
本文将围绕这一主题展开讨论,以便为读者深入了解太阳能电池提供全面的了解。
一、太阳能电池材料的种类太阳能电池材料可以分为晶体硅、非晶硅、多晶硅、柔性薄膜电池材料等几种主要类型。
1. 晶体硅晶体硅是太阳能电池最常用的材料之一,它主要由单晶硅和多晶硅两种类型,其中单晶硅的电池效率较高,但成本较高,多晶硅则相对便宜一些。
2. 非晶硅非晶硅是一种非晶态材料,是将硅薄片进行涂覆和烧结而成的,其电池效率较低,但成本较低,适合一些需要成本控制的应用场景。
3. 多晶硅多晶硅电池是利用多晶硅片制成,其性价比相对较高,广泛应用于家用光伏电站和商业光伏电站中。
4. 柔性薄膜电池材料柔性薄膜电池是一种新型的太阳能电池材料,主要由非晶硅材料、铜铟镓硒等化合物材料制成,具有柔性、轻薄、便于携带等优点,是未来太阳能电池发展的方向。
二、太阳能电池材料的原理太阳能电池是利用光电效应将太阳能直接转换为电能的装置。
不同类型的太阳能电池材料有着不同的工作原理。
1. 晶体硅晶体硅太阳能电池的工作原理是通过P-N结构实现的。
当太阳光照射在P-N结上时,光子的能量被硅中的电子吸收并激发,使得电子跃迁到导带中,形成光生电子和空穴。
这些光生电子和空穴会在P-N结的作用下分离,从而形成电流,从而实现将太阳能光能转化为电能。
2. 非晶硅非晶硅太阳能电池利用非晶硅薄膜吸收太阳光的能量,并将其转化为电能。
其工作原理与晶体硅相似,但非晶硅的材料结构不规则,电子的运动方式也有所不同。
3. 柔性薄膜电池材料柔性薄膜电池材料利用非晶硅、铜铟镓硒等化合物材料,通过薄膜沉积技术将材料制备成薄膜,实现光伏效应的转化工作原理与晶体硅和非晶硅类似,通过材料的光电转换将太阳光能转换为电能。
三、太阳能电池材料的特点不同种类的太阳能电池材料各有其独特的特点和适用场景。
npn的利用原理及合理利用措施。
非晶硅(a-Si)/微晶硅(μc-Si)/非晶硅(a-Si)(a-Si/μc-
Si/a-Si)三层电池是一种光伏技术,也被称为非晶硅太阳能电池。
它的利用原理是,在这种太阳能电池中,a-Si透明导电层吸收
可见光,并将其传导到a-Si和μc-Si层。
a-Si层主要负责吸收
低能量的红外光,而μc-Si层主要负责吸收高能量的蓝色光。
在太阳能光子击中a-Si和μc-Si层时,光子的能量会通过a-Si
和μc-Si的p型和n型层形成电子和空穴。
这些电子和空穴会
被导电层捕获并转化为电流,从而产生电能。
合理利用措施包括:
1. 提高光吸收效率:采用多层结构,通过调整各层材料的带隙能力来增加光子的吸收。
2. 优化层次结构:根据不同的光子能量,调整a-Si和μc-Si层
的厚度和组成,以提高各层的光吸收和载流子收集效率。
3. 表面处理:通过在透明导电层上进行抗反射涂层或纳米纹理等表面处理,减少光的反射,提高光的吸收。
4. 智能跟踪系统:利用太阳能电池板的智能跟踪系统,根据太阳的位置和光照强度调整面板的角度,最大限度地吸收太阳能。
5.系统优化:在设计和安装太阳能电池系统时,优化组件布局、
避免阴影、最大限度地利用光能,并使用高效的反馈和控制系统来提高整体的能量转换效率。
这些措施有助于提高a-Si/μc-Si/a-Si电池的能量转换效率并实现更可持续的太阳能利用。
一文读懂非晶硅太阳能电池及其应用目前光伏市场上,制作太阳能电池使用的最多的材料就是硅,其中主要分为单晶硅太阳能电池,多晶硅太阳能电池以及非晶硅太阳能电池,前两种,由于所用材料是间接带隙半导体——吸收太阳能时需要一定的厚度,PN结比较厚(一般大于200微米),所以其硅原料消耗较多,成本相应较高,电池板的价格居高不下,其所造成的硅浪费也比较大,而硅是十分多用途的重要半导体。
非晶硅为直接带隙半导体,光辐射吸收范围广,所需厚度薄,故此非晶硅薄膜太阳能电池可以做得很薄,光吸收薄膜总厚度大约1微米,非晶硅以其原料消耗少,低成本以及较好的性能而得到市场的青睐。
非晶硅太阳能电池的特点低成本1、硅材料用料少,可充分吸收光,单晶要200μ厚,非晶1μ厚(非晶硅光吸收系数大)。
2、主要原材料是生产高纯多晶硅过程中使用的硅烷,这种气体,化学工业可大量供应,且十分便宜,制造一瓦非晶硅太阳能电池的原材料本约RMB3.5-4(效率高于6%)。
3、晶体硅太阳电池的基本厚度为240-270um,相差200多倍,大规模生产需极大量的半导体级,仅硅片的成本就占整个太阳电池成本的65-70%,在中国1瓦晶体硅太阳电池的硅材料成本已上升到RMB22以上。
从原材料供应角度分析,人类大规模使用阳光发电,最终的选择只能是非晶硅太阳电池及其它薄膜太阳电池,别无它法!易于形成大规模因为核心工艺适合制作特大面积无结构缺陷的a-Si合金薄膜;只需改变气相成分或者气体流量便可实现pn结以及相应的叠层结构;生产可全程自动化。
品种多,用途广薄膜的a-Si太阳能电池易于实现集成化,器件功率、输出电压、输出电流都可自由设计制造,可以较方便地制作出适合不同需求的多品种产品。
由于光吸收系数高,暗电导很低,适合制作室内用的微低功耗电源,如手表电池、计算器电池等。
由于a-Si膜的硅网结构力学性能结实,适合在柔性的衬底上制作轻型的太阳能电池。
灵活多样的制造方法,可以制造建筑集成的电池,适合户用屋顶电站的安装。
非晶硅太阳电池的光致衰减效应非晶硅太阳电池是一种新型的太阳能电池,它具有高效率、低成本、易制备等优点,因此备受关注。
然而,非晶硅太阳电池在使用过程中会出现光致衰减效应,这对其性能和寿命产生了一定的影响。
本文将从光致衰减效应的原理、影响因素和解决方法三个方面进行探讨。
一、光致衰减效应的原理光致衰减效应是指在太阳电池中,光照射会使得电池的电流输出下降,这种现象被称为光致衰减效应。
其原理是在光照射下,非晶硅太阳电池中的电子会被激发,从而跃迁到导带中,形成电流输出。
然而,随着时间的推移,电子会逐渐被捕获,形成缺陷态,从而导致电流输出下降,这就是光致衰减效应的原理。
二、影响因素光致衰减效应的发生受到多种因素的影响,主要包括以下几个方面:1.光照强度:光照强度越大,光致衰减效应越明显。
2.温度:温度越高,光致衰减效应越明显。
3.电压:电压越高,光致衰减效应越明显。
4.时间:时间越长,光致衰减效应越明显。
5.材料:不同的材料对光致衰减效应的影响不同。
三、解决方法为了减轻光致衰减效应对非晶硅太阳电池性能和寿命的影响,可以采取以下措施:1.降低光照强度:通过降低光照强度来减轻光致衰减效应的影响。
2.降低温度:通过降低温度来减轻光致衰减效应的影响。
3.降低电压:通过降低电压来减轻光致衰减效应的影响。
4.优化材料:通过优化材料的制备工艺和材料组成来减轻光致衰减效应的影响。
5.采用多层结构:通过采用多层结构来减轻光致衰减效应的影响。
光致衰减效应是非晶硅太阳电池中不可避免的现象,但可以通过降低光照强度、降低温度、降低电压、优化材料和采用多层结构等措施来减轻其影响,从而提高非晶硅太阳电池的性能和寿命。
非晶硅太阳电池一、简介非晶硅太阳电池是一种新型的太阳能电池,它是利用非晶硅薄膜制成的。
与传统的多晶硅太阳电池相比,非晶硅太阳电池具有更高的光电转换效率和更低的制造成本。
二、原理非晶硅太阳电池采用了一种称为“堆垛结构”的设计,这种设计可以使得光线在薄膜中反复折射,从而增强了光吸收效果。
在吸收到光线后,光子会激发出电子-空穴对,在外加电场作用下,这些电子-空穴对会分别向两端移动,并产生一个电压差。
通过将多个这样的单元串联在一起,就可以得到一个具有较高输出功率的太阳能电池。
三、制造工艺1. 清洗基板:首先需要清洗基板表面以去除表面杂质。
2. 沉积非晶硅层:在基板上沉积一层非晶硅薄膜。
3. 氧化处理:经过氧化处理后形成氧化硅层。
4. 刻蚀:利用刻蚀技术去除氧化硅层的一部分,形成电极。
5. 沉积金属层:在电极上沉积一层金属,形成另一个电极。
6. 制成单元:将多个这样的单元串联在一起,就可以得到一个具有较高输出功率的太阳能电池。
四、优缺点1. 优点:(1)光电转换效率高:非晶硅太阳电池可以将光线转换为电能的效率达到了10%-13%左右,比传统的多晶硅太阳电池要高。
(2)制造成本低:非晶硅太阳电池制造工艺简单,生产成本低。
(3)适用范围广:非晶硅太阳电池可以适用于各种不同环境下的太阳能利用场合。
2. 缺点:(1)稳定性差:由于非晶硅薄膜中存在大量的缺陷和杂质,因此其稳定性较差。
(2)寿命短:由于材料缺陷和杂质等原因,非晶硅太阳电池寿命较短。
五、应用领域非晶硅太阳电池可以广泛应用于各种不同的领域,包括:1. 太阳能电池板:非晶硅太阳电池可以制成太阳能电池板,用于发电、供电等。
2. 光伏发电系统:非晶硅太阳电池可以作为光伏发电系统中的核心部件,用于将光能转换为电能。
3. 便携式充电器:非晶硅太阳电池可以制成便携式充电器,用于为手机、平板等设备充电。
六、结语随着可再生能源的需求不断增加,非晶硅太阳电池将会有更广阔的应用前景。
单晶硅_多晶硅_非晶硅的区别和性能差异单晶硅,多晶硅,非晶硅的区别和性能差异一、单晶硅太阳能电池名称:单晶硅英文名: Monocrystalline silicon单晶硅是一种比较活泼的非金属元素,是晶体材料的重要组成部分。
硅的单晶体,具有基本完整的点阵结构的晶体。
不同的方向具有不同的性质,是一种良好的半导材料。
纯度要求达到99.9999,,甚至达到99.9999999,以上。
用于制造半导体器件、太阳能电池等。
用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。
熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核,如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒,则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。
单晶硅具有准金属的物理性质,有较弱的导电性,其电导率随温度的升高而增加,有显著的半导电性。
超纯的单晶硅是本征半导体。
在超纯单晶硅中掺入微量的?A族元素,如硼可提高其导电的程度,而形成p型硅半导体;如掺入微量的?A族元素,如磷或砷也可提高导电程度,形成n型硅半导体。
单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅,然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。
单晶硅主要用于制作半导体元件。
用途:是制造半导体硅器件的原料,用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等。
二、多晶硅太阳能电池名称:多晶硅英文名:polycrystalline silicon性质:灰色金属光泽。
密度2.32~2.34。
熔点1410?。
沸点2355?。
溶于氢氟酸和硝酸的混酸中,不溶于水、硝酸和盐酸。
硬度介于锗和石英之间,室温下质脆,切割时易碎裂。
加热至800?以上即有延性,1300?时显出明显变形。
常温下不活泼,高温下与氧、氮、硫等反应。
高温熔融状态下,具有较大的化学活泼性,能与几乎任何材料作用。
具有半导体性质,是极为重要的优良半导体材料,但微量的杂质即可大大影响其导电性。
多晶硅是单质硅的一种形态。
熔融的单质硅在过冷条件下凝固时,硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核,如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒,则这些晶粒结合起来,就结晶成多晶硅。
非晶硅薄膜太阳能电池的优点:2009-01-13 20:29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材料与衬底间的晶格失配问题.因而它几乎可以淀积在任何衬底上,包括廉价的玻璃衬底,并且易于实现大面积化.5.制备非晶硅太阳能电池能耗少,约100千瓦小时,能耗的回收年数比单晶硅电池短很多:中国电子报:薄膜技术日趋成熟非晶硅电池主导市场来源:中国电子报发稿时间: 2009-02-10 15:52薄膜电池技术具有提供最低的每瓦组件成本的优势,将有望成为第一个达到电网等价点的太阳能技术。
由于原材料短缺,在单晶硅和多晶硅太阳能电池的发展速度受到限制的情况下,新型薄膜太阳能电池发展尤为迅速。
有资料显示,美国薄膜电池的产量已经超过了多晶硅和单晶硅电池的产量。
薄膜技术会越来越成熟,在未来的市场份额中将大比例提升。
据行业分析公司NanoMarkets预测,薄膜太阳能电池2015年的发电量将达到26GW,销售额将超过200亿美元,太阳能电池发电量的一半以上将来自薄膜太阳能电池。
预计在未来薄膜电池市场中非晶硅(a-Si)、碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)三种电池将分别占到薄膜光伏市场的60%、20%和20%。
太阳能电池的分类与特点太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置,它由不同材料制成。
根据材料的不同,太阳能电池可以分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、染料敏化太阳能电池、聚合物太阳能电池等多种类型。
每种类型的太阳能电池都有其独特的特点和适用范围,下面将逐一介绍这些分类和特点。
1. 单晶硅太阳能电池:单晶硅太阳能电池是最常见的太阳能电池之一,它采用高纯度的单晶硅材料制成。
其特点包括高效率、长寿命和稳定性强。
单晶硅太阳能电池的高效率意味着单个电池的发电能力较强,因此在有限的面积内可以获得更多的电能。
此外,单晶硅太阳能电池通常具有较长的寿命,可在正常使用条件下运行20年以上。
然而,由于制造工艺较为复杂,单晶硅太阳能电池的成本较高,因此价格也相对较贵。
2. 多晶硅太阳能电池:多晶硅太阳能电池是另一种常见的太阳能电池类型,它由多晶硅材料制成。
与单晶硅太阳能电池相比,多晶硅太阳能电池的制造工艺更简单,成本也较低。
然而,多晶硅太阳能电池的效率较低,发电能力相对较弱,但仍然可以满足家庭和商业用途的基本需求。
此外,多晶硅太阳能电池的寿命较长,可持续发电15年以上。
3. 非晶硅太阳能电池:非晶硅太阳能电池是一种采用非晶硅材料制成的薄膜太阳能电池。
与单晶硅和多晶硅太阳能电池相比,非晶硅太阳能电池的制造工艺更简单,可以在较大面积的基板上快速制造。
非晶硅太阳能电池还具有较高的灵活性,可以适应不同形状的物体,因此广泛应用于卷曲表面和柔性电子设备。
然而,与其他太阳能电池相比,非晶硅太阳能电池的效率较低,需要更大的面积才能获得相同的发电能力。
4. 染料敏化太阳能电池:染料敏化太阳能电池是一种基于染料分子的太阳能电池。
它利用染料分子吸收光子,激发电子跃迁并产生电流。
相比于硅基太阳能电池,染料敏化太阳能电池具有灵活性好、制造工艺简单、成本低廉和透明度高等优势。
然而,染料敏化太阳能电池的稳定性较差,寿命较短,通常需在几年内更换。
单晶硅、多晶硅、非晶硅三种太阳能电池根底常识单晶硅、多晶硅、非晶硅三种太阳能电池根底常识单晶硅太阳能电池硅系列太阳能电池中,单晶硅大阳能电池改换功率最高,技能也最为老到。
高功用单晶硅电池是树立在高质量单晶硅资料和有关的成热的加工处理技能根底上的。
如今单晶硅的电地技能己近老到,在电池制作中,通常都选用外表织构化、发射区钝化、分区掺杂等技能,开发的电池首要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。
跋涉转化功率首要是靠单晶硅外表微构造处理和分区掺杂技能。
在此方面,德国夫朗霍费费莱堡太阳能体系研讨所坚持着国际抢先水平。
该研讨所选用光刻照相技能将电池外表织构化,制成倒金字塔构造。
并在外表把一13nm。
厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相联络.通过改进了的电镀进程添加栅极的宽度和高度的比率:通过以上制得的电池转化功率跨过23%,是大值可达23.3%。
Kyocera公司制备的大面积(225cm2)单电晶太阳能电池改换功率为19.44%,国内北京太阳能研讨所也生动进行高效晶体硅太阳能电池的研讨和开发,研发的平面高效单晶硅电池(2cmX2cm)改换功率抵达19.79%,刻槽埋栅电极晶体硅电池(5cmX5cm)改换功率达8.6%。
单晶硅太阳能电池改换功率无疑是最高的,在大方案运用和工业出产中仍占有主导方位,但因为受单晶硅资料报价及相应的繁琐的电池技能影响,致使单晶硅本钱报价居高不下,要想大凹凸下降其本钱对错常艰难的。
为了节约高质量资料,寻觅单晶硅电池的代替商品,如今翻开了薄膜太阳能电池,其间多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池即是典型代表。
多晶硅薄膜太阳能电池通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350-450mu;m的高质量硅片上制成的,这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。
因而实习耗费的硅资料更多。
为了节约资料,咱们从70年代中期就开端在便宜衬底上堆积多晶硅薄膜,但因为成长的硅膜晶粒巨细,未能制成有价值的太阳能电池。
一、引言太阳能光电转换电池主要分为两类,一类是晶体硅电池,包括单晶硅(sc—si)电池、多晶硅(mc—si)电池两种,它们占据约93%的市场份额;另一类是薄膜电池,主要包括非晶体硅(a—Si,使用的是硅,但以不同的形态表现)太阳能电池、铜铟镓硒(cICS)太阳能电池和碲化镉(cdTe)太阳能电池,这类电池占据7%的市场份额。
晶体硅太阳能电池一直是主流产品,其中多晶硅太阳能电池自l998年开始成为世界光伏市场的主角。
但是由于晶体硅太阳能电池所需的高纯多晶硅价格飙升,使得晶体硅电池价格上涨,为非晶硅太阳能电池带来了行业机会。
制造晶体硅类太阳能电池成本高、能耗大、有污染,要解决这些问题,使太阳能行业真正变成最环保的产业,只能大力发展非晶硅太阳能电池。
二、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1.5-2.0eV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材料与衬底间的晶格失配问题.因而它几乎可以淀积在任何衬底上,包括廉价的玻璃衬底,并且易于实现大面积化.5.制备非晶硅太阳能电池能耗少,约100千瓦小时,能耗的回收年数比单晶硅电池短很多三、原理非晶硅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,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。
1、更低的成本目前,主流的光伏组件产品仍以硅为主要原材料,仅以硅原材料的的消耗计算,生产1兆瓦晶体硅太阳电池,需要10-12吨高纯硅,但是如果消耗同样的硅材料用以生产薄膜非晶硅太阳电池可以产出超过200兆瓦。
从能源消耗的角度看,非晶硅太阳电池仅1-1.5年的能源回收期,更体现了其在制造过程中对节约能源的贡献。
组件成本在光伏系统中的占有很高的比例,组件价格直接影响系统造价,进而影响到光伏发电的成本。
按目前的组件售价计算,同样的资金,购买非晶硅产品,您可以多获得接近30%的组件功率。
2、更多的电力对于同样功率的太阳电池阵列,非晶硅太阳电池比单晶硅、多晶硅电池发电要多约10%。
这已经被美国的Uni-Solar System LLC、Energy Photovoltaic Corp.、日本的Kaneka Corp.、荷兰能源研究所以及其他的光伏界组织和专家证实了。
在阳光充足的月份,也就是说在较高的环境温度下,非晶硅太阳电池组件能表现出更优异的发电性能。
3、更好的弱光响应由于非晶硅材料原子排列无序的特点,它的电子跃迁不再遵守传统的“选择定则”限制,因此,它的光吸收特性与单晶硅材料存在着较大的差别。
非晶硅和单晶硅材料的吸收曲线如图所示• 非晶硅的吸收曲线具有明显的三段(A、B、C)特征。
A区对应电子在定域态间的跃迁,如费米能及附近的隙态向带尾态的跃迁,该区的吸收系数较小,约1-10cm-1,为非本正吸收;B区的吸收系数随光子能量的增加指数上升,它对应于电子从价带边扩展态到导带定域态的跃迁,以及电子从价带尾定域态向导带边扩展态的跃迁,该区的能量范围通常只有半个电子伏特左右,但吸收系数通常跨越两三个数量级,达到104cm-1;C区对应于电子从价带内部到导带内部的跃迁,该区的吸收系数较大,通常在104cm-1以上。
后两个吸收区是非晶硅材料的本征吸收区。
• 从图中可以看到,两条曲线的交点约在1.8ev左右。
值得注意的是,在整个可见光范围内(1.7-3.0ev),非晶硅材料的吸收系数几乎都比单晶硅大一个数量级。