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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。
薄膜太阳能电池介绍
薄膜太阳能电池是一种新型的光伏器件，其核心原材料包括硅材料、非晶硅材料、CIGS材料和CdTe材料等。
其中，非晶硅材料是太阳能电池的核心原材料之一，具有降低制造成本、易于实现大面积和大批量连续生产等优点，是降低成本和提高光子循环效率的理想材料。
薄膜太阳能电池除了具有平面结构外，还具有可挠性和可制成非平面构造等特性，使其在应用范围上非常广泛，可以与建筑物结合或变成建筑物的一部分。
薄膜太阳能电池的制造方法包括电子回旋共振法、光化学气相沉积法、直流辉光放电法、射频辉光放电法、溅射法和热丝法等。
其中，射频辉光放电法由于其低温过程、易于实现大面积和大批量连续生产，已成为国际公认的成熟技术。
薄膜太阳能电池在光伏建筑一体化、屋顶并网发电系统以及光伏电站等领域有着广泛的应用前景。
此外，非晶硅薄膜太阳电池在高气温条件下衰减微弱，适合高温、荒漠地区建设电站。
同时，薄膜太阳能电池的原材料来源广泛、生产成本低、便于大规模生产，具有广阔的市场前景。
晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池。
【摘要】晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池是目前主流的太阳能电池技术。
晶体硅太阳能电池采用单晶硅或多晶硅制成，具有高转换效率和较长寿命的特点，广泛应用于家用光伏发电系统和大型光伏电站。
制造成本高和生产过程能耗大是其主要缺点。
薄膜太阳能电池利用薄膜材料制成，具有灵活性和轻便性，适用于建筑一体化等特殊场景。
但是转换效率较低，使用寿命短。
比较晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池的效率、成本、适用场景等方面可见各有优劣。
未来，随着技术的进步和成本的下降，晶体硅和薄膜太阳能电池将继续发展，为清洁能源产业注入新动力。
【关键词】晶体硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、原理、特点、应用、优缺点、比较、发展前景、总结。
1. 引言1.1 太阳能电池简介太阳能电池，也称为光伏电池，是一种能够将太阳能转化为电能的设备。
它是利用半导体材料的光电效应将太阳辐射直接转换为直流电的装置。
太阳能电池是清洁能源中的重要组成部分，具有环保、可再生和低碳的特点。
太阳能电池的核心部件是光伏电池片，其主要材料包括硅、硒化镉、铜铟镓硒等。
目前市场上主要有晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池两类。
晶体硅太阳能电池具有较高的转换效率和稳定性，是目前主流的太阳能电池技术；而薄膜太阳能电池则具有柔性、轻便和生产成本低的优势。
太阳能电池的应用领域广泛，包括家用光伏发电系统、工业和商业用途，以及航天航空领域等。
随着太阳能产业的快速发展，太阳能电池的效率和成本不断提升，未来将在能源领域扮演越来越重要的角色。
1.2 晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池介绍晶体硅太阳能电池是目前应用最广泛的太阳能电池技术之一。
它由大面积的单晶硅或多晶硅材料组成，通过将硅材料加工成光伏电池片并组装成电池组，从而将太阳能转化为电能。
晶体硅太阳能电池具有转换效率高、稳定性好、寿命长等优点，被广泛应用于屋顶光伏发电、太阳能光伏电站等领域。
薄膜太阳能电池是一种新型的太阳能电池技术，采用薄膜材料作为光伏电池片，相比于晶体硅太阳能电池，薄膜太阳能电池具有重量轻、柔软性好、制造成本低等优点。
薄膜太阳能电池技术
薄膜太阳能电池技术是一种太阳能电池的制造技术。
与传统的硅基太阳能电池相比，薄膜太阳能电池采用了更薄、更轻的材料来制造电池片。
薄膜太阳能电池技术具有以下特点：
1.轻薄柔性：薄膜太阳能电池使用的是薄膜材料，相对于硅基太阳能电池的玻璃基底，薄膜太阳能电池更轻薄，也更柔性，可以适应弯曲和复杂的表面形状。
2.成本低：薄膜太阳能电池制造过程相对简单，不需要高温和高真空条件，可以以较低的成本大规模生产。
3.高温稳定性：薄膜太阳能电池具有较好的高温稳定性，相对于硅基太阳能电池，在高温环境下性能衰减较小。
4.良好的低光强效果：薄膜太阳能电池对于低光强度环境有较好的适应能力，相对于硅基太阳能电池，在阴天或弱光条件下也能产生较高的电能输出。
薄膜太阳能电池技术目前有几种不同材料的薄膜电池，包括硅薄膜太阳能电池、铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池、半导体量子点薄膜太阳能电池等。
每种薄膜材料都有其独特的特性和应用领域。
薄膜太阳能电池技术在光伏发电领域得到广泛应用，并且不断进行研发和改进，以提高效率、降低成本，推动太阳能产业的发展。
光学薄膜在太阳能电池上的应用xx年xx月xx日•引言•光学薄膜基础知识•光学薄膜在太阳能电池中的应用•新型光学薄膜材料的研发与优化目录01引言随着能源危机的加剧，可再生能源的开发和利用逐渐受到人们的重视。
太阳能作为一种清洁、可再生的能源，具有广泛的应用前景。
太阳能电池是太阳能利用的关键技术之一，提高其光电转换效率是当前研究的重点。
光学薄膜是一种能够通过调控光的反射、透射和吸收等特性来优化器件性能的薄膜材料。
近年来，光学薄膜在太阳能电池上的应用逐渐受到关注，成为提高太阳能电池性能的重要手段之一。
背景介绍研究目的本课题旨在研究光学薄膜在太阳能电池上的应用，探讨其对太阳能电池性能的影响，并优化光学薄膜的设计和制备工艺，以提高太阳能电池的光电转换效率。
研究意义通过本研究，可以深入了解光学薄膜在太阳能电池中的作用和机制，为优化太阳能电池的结构和性能提供理论支持和实践指导。
同时，本研究还可以促进光学薄膜技术的发展，为其他光电器件的性能优化提供借鉴和参考。
研究目的和意义02光学薄膜基础知识光学薄膜是一种能够改变光传播特性的薄层结构，通过改变入射光束的强度、偏振状态、相位等特性，达到增透、反射、滤光等目的。
光学薄膜的定义光学薄膜可分为增透膜、反射膜、滤光膜等，其中增透膜主要用于减少反射光的强度，提高光学器件的透射率；反射膜主要用于将入射光反射回原路；滤光膜则用于只允许特定波段的光通过，而阻止其他波段的光通过。
光学薄膜的分类光学薄膜的定义与分类1光学薄膜的制备方法23包括真空蒸发、溅射、离子镀等，通过在真空中利用物理过程，使得材料表面形成一层薄膜。
物理气相沉积（PVD）包括常压CVD、等离子体增强CVD、激光诱导CVD等，通过化学反应过程，在材料表面形成一层薄膜。
化学气相沉积（CVD）包括溶胶-凝胶法、电化学法等，通过在液体状态下将化学物质沉积在材料表面形成薄膜。
液相沉积（LPD）03光学薄膜在太阳能电池中的应用03光学薄膜的设计与优化通过优化光学薄膜的结构和材料，可以提高其对太阳能光谱的吸收和反射性能，从而提高太阳能电池的转化效率。
光伏pet基膜作用光伏PET基膜是一种特殊功能的PET材料，采用光伏技术制备而成。
它具有优异的光电转换性能和可靠的电气性能，可以广泛应用于太阳能电池、光伏发电系统等领域。
以下是光伏PET基膜的主要作用：1.光伏转换：光伏PET基膜具有很高的光电转换效率，能将光能转化为电能。
在太阳光照射下，光伏PET基膜中的光电效应可以产生电子和空穴对，并在电场的作用下形成电荷分离。
这种电荷分离过程可以有效地转化太阳能为电能，实现电力的生产和利用。
2.薄膜太阳能电池：光伏PET基膜可以作为薄膜太阳能电池的基底材料。
薄膜太阳能电池是一种将光电转换层和电池结构集成于一体的太阳能电池。
光伏PET基膜作为这种薄膜太阳能电池的基底，具有高透明度、高稳定性和良好的机械强度，可以提高太阳能电池的光电转换效率和可靠性。
3.光伏发电系统：光伏PET基膜广泛应用于光伏发电系统中，用于制造光伏组件的表面保护层。
光伏组件是一种将多个太阳能电池板串联或并联组装而成的系统，通过吸收太阳能光线转化为电能。
光伏PET基膜可以有效地保护光伏组件的电池片，防止其受到外界环境的影响，延长光伏组件的使用寿命。
4.光伏材料研究：光伏PET基膜作为一种新型光伏材料，可以用于光伏材料的研究和开发。
光伏PET基膜具有优异的光电性能和机械性能，可以为光伏材料的研究提供可靠的基础数据。
通过对光伏PET基膜的改性和优化，可以进一步提高光伏材料的光电转换效率和稳定性。
5.环境保护：光伏PET基膜作为一种可再生能源材料，具有较低的碳排放和环境污染。
光伏电池通过光电转换过程产生的电能是清洁、可再生的，可以减少对传统能源的依赖，降低能源消耗和环境污染。
光伏PET基膜的应用促进了可持续发展和环境保护。
总之，光伏PET基膜作为一种特殊功能的PET材料，在光伏转换、薄膜太阳能电池、光伏发电系统、光伏材料研究和环境保护等方面发挥着重要作用。
随着太阳能的广泛应用和光伏技术的不断发展，光伏PET基膜的作用将变得越来越重要，为实现可持续发展和绿色能源做出贡献。
3长江学者和创新团队发展计划资助项目(IR T0547) 徐慢:男,1964年生,博士研究生 E 2mail :opluse @薄膜太阳能电池3徐 慢,夏冬林,杨 晟,赵修建(武汉理工大学硅酸盐工程教育部重点实验室,武汉430070) 摘要 薄膜太阳能电池作为一种新的能源材料正在得到迅速的发展和进步,主要介绍了非晶硅、多晶硅薄膜太阳能电池以及CIGS 薄膜太阳能电池,通过比较这几种薄膜太阳能电池各自的特点阐述了各种薄膜太阳能电池的发展状况。
关键词 光电功能薄膜 薄膜 太阳能电池 Thin Film Solar CellsXU Man ,XIA Donglin ,YAN G Sheng ,ZHAO Xiujian(Key Laboratory of Silicate Materials Science and Engineering of Ministry of Education ,Wuhan University of Technology ,Wuhan 430070)Abstract Thin film solar cells are under study by many research group s.This paper makes an introduction ofthe application of photoelectric f unctional thin films in solar cells ,mainly in the application of a 2Si ∶H ,poly 2Si ∶H and CIGS thin film solar cells and also includes the introduction of their development and preparation techniques.K ey w ords photoelectric f unction thin films ,thin film ,solar cells 0 前言随着社会的进步与发展,如今光电技术已经成为热门的学科,同时它与各种学科之间的互相交叉也大大促进了各种新的光电子材料的发展。
例如,薄膜技术与光电子学领域的互相渗透使得光电子薄膜技术不断迅速发展,涌现了各种新型的光电薄膜器件,并且这些光电薄膜器件正在以较快的速度不断发展和进步。
对光电薄膜材料的研究和开发工作是非常活跃的,所涉及的光电薄膜材料也很丰富,这些材料主要包括:G e 和Si 单晶以及以它们为基的掺杂体;化合物半导体有:CdS 、CdSe 、Cd Te 、ZnSe 、HgSe 、Hg Te 、PbS 、PbSe 、InP 、InAs 、InSb 、G aAs 、G aSb 等[1]。
在光(包括不可见光)的照射下,物体发射电子的现象即使物质发生某些电性质的变化,就称为光电效应。
光电效应主要有光电导效应、光生伏特效应和光电子发射效应3种。
光电材料中光伏材料一直是研究的热点,利用光伏效应原理不仅可以制作探测光信号的光电转化元件,还可以制造光电池———薄膜太阳能电池。
随着世界能源的紧缺,薄膜太阳能电池作为一种光电功能薄膜,可以有效地解决能源短缺问题,而且它无污染,易于大面积推广。
1 薄膜太阳能电池目前薄膜太阳能电池按材料可分为硅薄膜型、化合物半导体薄膜型和有机薄膜型。
化合物半导体薄膜型又分为非结晶型(如a 2Si ∶H )、ⅢV 2族(如CaAs )、Ⅱ2Ⅵ族(CdS 系)和磷化锌(Zn 3P 2)等[2,3]。
以硅为主的太阳能电池从1954年第一块单晶硅太阳电池开始,已经获得了极大的发展和演化。
第一代单晶硅太阳能电池虽然效率高,但制备所需的高纯硅工艺复杂且成本较高。
为降低成本,非晶硅薄膜太阳能电池在此基础上得到了很大的发展,它制备工艺相对简单,易实现自动化生产,已在1980年开始实现产业化生产[4],但是非晶硅薄膜太阳能电池存在光致衰减效应(S 2W 效应),因而阻碍了它的进一步发展。
多晶硅薄膜太阳能电池因同时具有单晶硅的高迁移率及非晶硅材料成本低、可大面积制备的优点,且无光致衰减效应,因而在薄膜太阳能电池方面得到了越来越多的重视。
另外,CIGS 薄膜作为一种性能优异的化合物半导体光伏材料应用在薄膜太阳能电池上也成为各国研究的热点之一,其光电转化效率高,性能稳定而且不会发生光致衰减效应。
本文将着重介绍非晶硅(a 2Si )、多晶硅(Poly 2Si )、铜铟镓硒(CIGS )这几种薄膜太阳能电池。
1.1 a 2Si ∶H 薄膜相对于单晶硅太阳能电池,非晶硅薄膜是一种极有希望大幅度降低太阳电池成本的材料。
非晶硅薄膜太阳能电池具有诸多优点使之成为一种优良的光电薄膜光伏器件。
(1)非晶硅的光吸收系数大,因而作为太阳能电池时,薄膜所需厚度相对其他材料如砷化镓时,要小得多;(2)相对于单晶硅,非晶硅薄膜太阳能电池制造工艺简单,制造过程能量消耗少;(3)可实现大面积化及连续的生产;(4)可以采用玻璃或不锈钢等材料作为衬底,因而容易降低成本;(5)可以做成叠层结构,提高效率。
自1976年美国的Carlson 和Wronski 制备出第一个非晶硅太阳能电池以来,非晶硅太阳能电池就成为世界各国太阳电池的研究重点。
非晶硅太阳电池由于经济上的优势使之在整个太阳电池领域中的地位正在迅速升高,成为一些发达国家能源计划的重点。
在薄膜太阳电池中,非晶硅太阳电池是唯一能进行大规模生产的器件,且价格便宜,市场占有率逐年增加。
它能应用在如计算器、手表等弱光电池市场,也能应用在微波中继站、光伏水泵等・901・薄膜太阳能电池/徐 慢等电源及功率领域。
非晶硅薄膜主要由气相沉积法制备,目前,普遍采用的是等离子增强化学气相沉积法(PECVD)。
在PECVD法沉积非晶硅薄膜的方法中,一般原料气采用Si H4和H2,制备非晶硅薄膜叠层电池时则采用Si H4和G e H4,在沉积过程中,加入B2H5或P H3可实现掺杂。
Si H4和G e H4在低温等离子体的作用下分解产生a2Si或a2Si G e薄膜。
目前a2Si单结太阳能电池的最高转换效率为13.2%,但单结非晶硅薄膜太阳能电池不能完全利用太阳能,只能将有限的太阳光谱波段转换成太阳能,因此采用分波段利用太阳能光谱来提高光电转换效率的叠层电池结构成为发展趋势,它能使太阳光谱中波长最短的光被最外边的窄隙材料电池利用,同时波长较长的光能够投射进电池中被较窄能隙材料电池利用,最大限度地将光能转化为电能。
因此使用不同禁带宽度的i层来做成多结的PIN结构如两结或三结电池,可以更有效地吸收太阳能光谱以提高电池效率。
常规的叠层电池结构主要为a2Si/a2 Si Ge、a2Si/a2Si/a2Si G e、a2Si/a2Si Ge/a2Si Ge、a2SiC/a2Si/a2Si Ge 等。
如Sanyo公司a2Si/a2Si G e(1200cm2)并联组件的稳定效率达到9.5%[5]。
目前报导过单结电池的最高稳定效率>8%[6],双结电池> 9.5%,三结电池>10%。
但实际上大多数销售的太阳能电池效率都往往低于这些数据,比如市场上销售的单结电池效率只有4%～5%。
目前非晶硅太阳能电池占市场上销售量的5%,但市场分量在不断增长。
非晶硅太阳能电池主要的制造商包括BP Solarex,Sanyo,Intersolar,Kaneka,Fuji Electric,ASE Gmb H 及United Solar Systems Corporation(USSC)。
Sanyo公司研制出一种新型的HIT电池,在这种电池结构中,非晶硅沉积在绒面单晶硅片的两面上,100mm×100mm大小的该电池效率可达21%,800mm×1200mm大小的该电池效率可达18.4%[6],尽管该结构的电池效率得到大幅度的提高,但成本仍然较高。
但同时非晶硅薄膜太阳能电池仍存在一些需要解决的问题。
(1)由于Staebler2Wronski效应的存在[5],使得非晶硅薄膜太阳能电池在太阳光下长时间照射会产生效率的衰减,从而导致整个电池效率的降低;(2)沉积速率低,影响非晶硅薄膜太阳能电池的大规模生产;(3)后续加工困难,如Ag电极的处理问题;(4)在薄膜沉积过程中存在大量的杂质,如O2、N2、C等,影响薄膜的质量和电池的稳定性。
非晶硅薄膜太阳能电池的下一步研究主要有以下几个方向:其一是采用优质的底电池i层材料;其二朝叠层结构电池发展;第三是在保证效率的条件下,开发生产叠层型非晶硅太阳电池模块技术;最后使用便宜封装材料以降低成本。
1.2 Poly2Si薄膜由于非晶硅薄膜太阳能电池的光致衰减效应(S2W效应)导致了非晶硅薄膜太阳能电池效率的衰减,因而多晶硅薄膜作为一种性能相对更好的材料应用于太阳能电池。
多晶硅(poly2 Si)薄膜是由许多大小不等、具有不同晶面取向的小晶粒构成的。
它在长波段具有高光敏性,对可见光能有效吸收,且具有与晶体硅一样的光照稳定性,因此被公认为高效、低耗的最理想的光伏器件材料。
近些年来,多晶Si薄膜材料和相关的电池工艺方面的工作引起了人们极大的关注。
因为多晶Si薄膜太阳能电池兼具单晶Si和多晶Si体电池的高转换效率和长寿命等优点,同时材料制备工艺相对简单。
多晶Si薄膜电池技术可望使太阳电池组件的成本得到更大程度的降低,从而使得光伏发电的成本能够与常规能源相竞争[6]。
现在一般商品多晶硅太阳能电池组件的转换效率为12%～14%,其产量占硅太阳能电池的50%左右,是太阳能电池的主要产品之一。
澳大利亚新南威尔士大学,采用热交换法生长的多晶硅制备的多晶硅太阳能电池,转换效率达到18.2%[3],后来,通过对工艺的改进,使其电池转换效率达到19.8%(1cm2),日本京工陶瓷公司研制的15cm×15cm的多晶硅太阳能电池转换效率也达到了17%。
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。
它要求多晶硅薄膜的厚度在5～150μm,且薄膜的宽度至少是厚度的1倍,同时要求衬底具有机械支撑能力,要有良好的背电极,还需要对背表面进行钝化。
现在研究较多的是在低温下(<600℃)如何制备多晶硅薄膜,这样就可以使得多晶硅薄膜沉积在如玻璃等廉价衬底上成为现实。
按成膜过程可将制备方法分为两大类:一类是先制备非晶态材料,再固相晶化为多晶硅;另一类是直接在衬底上沉积多晶硅薄膜。
第一类也被称为固相晶化法,它可以利用硅烷等原料气体,在PECVD设备中沉积a2Si薄膜,再通过热处理将a2 Si薄膜转化为多晶硅薄膜。
