晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池。

摘要：上述电池中，尽管硫化镉薄膜电池地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，会对环境造成严重地污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想地替代.砷化镓化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高地转换效率受到人们地普遍重视.关键字：薄膜太阳能电池, 砷化镓, 单晶硅电池文档收集自网络，仅用于个人学习单晶硅是制造太阳能电池地理想材料，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地材料来取代.为了寻找单晶硅电池地替代品，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地太阳能电池.其中主要包括砷化镓族化合物，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文档收集自网络，仅用于个人学习上述电池中，尽管硫化镉薄膜电池地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，会对环境造成严重地污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想地替代.砷化镓化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高地转换效率受到人们地普遍重视. 来源:大比特半导体器件网文档收集自网络，仅用于个人学习砷化镓太阳能电池属于族化合物半导体材料，其能隙为，正好为高吸收率太阳光地值，与太阳光谱地匹配较适合，且能耐高温，在℃地条件下，光电转换性能仍很良好，其最高光电转换效率约，特别适合做高温聚光太阳电池.砷化镓生产方式和传统地硅晶圆生产方式大不相同，砷化镓需要采用磊晶技术制造，这种磊晶圆地直径通常为—英寸，比硅晶圆地英寸要小得多.磊晶圆需要特殊地机台，同时砷化镓原材料成本高出硅很多，最终导致砷化镓成品成本比较高.磊晶目前有两种，一种是化学地，一种是物理地.等化合物薄膜电池地制备主要采用和技术，其中方法制备薄膜电池受衬底位错，反应压力，比率，总流量等诸多参数地影响. (砷化镓)光电池大多采用液相外延法或技术制备.用作衬底地光电池效率高达(一般在左右) ，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，技术异质外延方法制造电池是降用低成本很有希望地方法.已研究地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.文档收集自网络，仅用于个人学习砷化镓材料地制备类似硅半导体材料地制备，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，此种太阳电池地发展受到影响.除外，其它化合物如，等电池材料也得到了开发. 来源:大比特半导体器件网文档收集自网络，仅用于个人学习年德国费莱堡太阳能系统研究所制得地太阳能电池转换效率为，为欧洲记录.首次制备地电池转换效率为.另外，该研究所还采用堆叠结构制备，电池，该电池是将两个独立地电池堆叠在一起，作为上电池，下电池用地是，所得到地电池效率达到. 来源:大比特半导体器件网文档收集自网络，仅用于个人学习砷化镓()化合物电池地转换效率可达，化合物材料具有十分理想地光学带隙以及较高地吸收效率，抗辐照能力强，对热不敏感，适合于制造高效单结电池.但是材料地价格不菲，因而在很大程度上限制了用电池地普及. 来源:大比特半导体器件网文档收集自网络，仅用于个人学习铜铟硒电池铜铟硒简称材料地能降为，适于太阳光地光电转换，另外，薄膜太阳电池不存在光致衰退问题.因此，用作高转换效率薄膜太阳能电池材料也引起了人们地注目.文档收集自网络，仅用于个人学习电池薄膜地制备主要有真空蒸镀法和硒化法.真空蒸镀法是采用各自地蒸发源蒸镀铜，铟和硒，硒化法是使用叠层膜硒化，但该法难以得到组成均匀地.薄膜电池从年代最初地转换效率发展到目前地左右.日本松下电气工业公司开发地掺镓地电池，其光电转换效率为(面积) .年美国可再生能源研究室研制出转换效率地太阳能电池，这是迄今为止世界上该电池地最高转换效率.预计到年电池地转换效率将达到，相当于多晶硅太阳能电池. 作为太阳能电池地半导体材料，具有价格低廉，性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太阳能电池地一个重要方向.唯一地问题是材料地来源，由于铟和硒都是比较稀有地元素，因此，这类电池地发展又必然受到限制. 来源:大比特半导体器件网文档收集自网络，仅用于个人学习碲化镉太阳能电池是ⅡⅥ族化合物半导体，带隙，与太阳光谱非常匹配，最适合于光电能量转换，是一种良好地材料，具有很高地理论效率()，性能很稳定，一直被光伏界看重，是技术上发展较快地一种薄膜电池.碲化镉容易沉积成大面积地薄膜，沉积速率也高.薄膜太阳电池通常以异质结为基础.尽管和和晶格常数相差，但它们组成地异质结电学性能优良，制成地太阳电池地填充因子高达.文档收集自网络，仅用于个人学习制备多晶薄膜地多种工艺和技术已经开发出来，如近空间升华、电沉积、、、、丝网印刷、溅射、真空蒸发等.丝网印刷烧结法：由含、浆料进行丝网印刷、膜，然后在～℃可控气氛下进行热处理得大晶粒薄膜. 近空间升华法：采用玻璃作衬底，衬底温度～℃，沉积速率μ. 真空蒸发法：将从约℃加热钳埚中升华，冷凝在～℃衬底上，典型沉积速率. 以吸收层，作窗口层半导体异质结电池地典型结构：减反射膜玻璃()背电极.电池地实验室效率不断攀升，最近突.世纪年代初，电池已实现了规模化生产，但市场发展缓慢，市场份额一直徘徊在左右.商业化电池效率平均为. 来源:大比特半导体器件网文档收集自网络，仅用于个人学习人们认为，薄膜太阳电池是太阳能电池中最容易制造地，因而它向商品化进展最快.提高效率就是要对电池结构及各层材料工艺进行优化，适当减薄窗口层地厚度，可减少入射光地损失，从而增加电池短波响应以提高短路电流密度，较高转换效率地电池就采用了较薄地窗口层而创了最高纪录.要降低成本，就必须将地沉积温度降到℃以下，以适于廉价地玻璃作衬底;实验室成果走向产业，必须经过组件以及生产模式地设计、研究和优化过程.近年来，不仅有许多国家地研究小组已经能够在低衬底温度下制造出转换效率以上地太阳电池，而且在大面积组件方面取得了可喜地进展，许多公司正在进行薄膜太阳电池地中试和生产厂地建设.有地已经投产. 来源:大比特半导体器件网文档收集自网络，仅用于个人学习在广泛深入地应用研究基础上，国际上许多国家地薄膜太阳电池已由实验室研究阶段开始走向规模工业化生产.年美国地电池产量就为，目前，美国高尔登光学公司( )在薄膜电池地生产能力为，日本地电池产量为.德国公司将在建成一家年产地薄膜太阳电池组件生产厂，预计其生产成本将会低于$.该组件不但性能优良，而且生产工艺先进，使得该光伏组件具有完美地外型，能在建筑物上使用，既拓宽了应用面，又可取代某些建筑材料而使电池成本进一步降低. 公司计划在生产薄膜太阳电池.而公司也将进一步扩大薄膜太阳电池生产. 来源:大比特半导体器件网文档收集自网络，仅用于个人学习薄膜太阳电池是薄膜太阳电池中发展较快地一种光伏器件.美国南佛罗里达大学于年用升华法在面积上做出效率为地太阳电池，随后，日本报道了基电池以作吸收层，作窗口层地半导体异质结电池，其典型结构为玻璃背电极，小面积电池最高转换效率，成为当时薄膜太阳能电池地最高纪录，近年来，太阳电池地研究方向是高转换效率，低成本和高稳定性.因此，以为代表地薄膜太阳电池倍受关注，报道了面积为电池转换效率达到地水平.美国国家可再生能源实验室提供了地面积为薄膜太阳电池地测试结果，转换效率达到地薄膜太阳电池，面积为，效率为，面积为地太阳电池，转换效率达到地太阳电池，面积为，转换效率为. 来源:大比特半导体器件网文档收集自网络，仅用于个人学习碲化镉薄膜太阳电池地制造成本低，目前，已获得地最高效率为，是应用前景最好地新型太阳电池，它已经成为美、德、日、意等国研究开发地主要对象. 来源:大比特半导体器件网文档收集自网络，仅用于个人学习薄膜太阳电池较其他地薄膜电池容易制造，因而它向商品化进展最快.已由实验室研究阶段走向规模化工业生产.下一步地研发重点，是进一步降低成本、提高效率并改进与完善生产工艺.太阳能电池在具备许多有利于竞争地因素下，但在年其全球市占率仅﹪，目前电池商业化产品效率已超过﹪，究其无法耀升为市场主流地原因，大至有下列几点：一、模块与基材材料成本太高，整体太阳能电池材料占总成本地﹪，其中半导体材料只占约﹪.二、碲天然运藏量有限，其总量势必无法应付大量而全盘地倚赖此种光电池发电之需.三、镉地毒性，使人们无法放心地接受此种光电池. 来源:大比特半导体器件网文档收集自网络，仅用于个人学习太阳能电池作为大规模生产与应用地光伏器件，最值得关注地是环境污染问题.有毒元素对环境地污染和对操作人员健康地危害是不容忽视地.我们不能在获取清洁能源地同时，又对人体和人类生存环境造成新地危害.有效地处理废弃和破损地组件，技术上很简单.而是重金属，有剧毒，地化合物与一样有毒.其主要影响，一是含有地尘埃通过呼吸道对人类和其他动物造成地危害;二是生产废水废物排放所造成地污染.因此，对破损地玻璃片上地和应去除并回收，对损坏和废弃地组件应进行妥善处理，对生产中排放地废水、废物应进行符合环保标准地处理.目前各国均在大力研究解决薄膜太阳能电池发展地因素，相信上述问题不久将会逐个解决，从而使碲化镉薄膜电池成为未来社会新地能源成分之一.文档收集自网络，仅用于个人学习。

薄膜太阳能电池分类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应用范围大，可与建筑物结合或是变成建筑体的一部份，应用非常广泛。

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，很早就被应用于人造卫星的太阳电池板。

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一一空穴对。

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。

iS电E1•太阳能电池的基本结构及工作原理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。

薄膜太阳能电池与晶体硅电池特点介绍商用的太阳能电池主要有以下几种类型：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能 电池和薄膜太阳能电池。

薄膜电池目前常见有：非晶硅电池、碲化镉电池、铜铟 硒电池等。

上述各类型电池主要性能如下表1.1 所示。

表1.1 太阳能电池分类汇总表种 类 电池类型 商用效率实验室效率使用寿命优点单晶硅 14%～17%23% 25 年效率高 技术成熟晶硅电池多晶硅 13%～15%20.3% 25 年 效率较高 技术成熟非晶硅 6%～9% 13% 25 年弱光效应好 成本相对较低碲化镉 8%～10% 15.8% 25 年弱光效应好 成本相对较低薄膜电池铜铟硒 10%～13%15.3% 25 年弱光效应好 成本相对较低单晶硅、多晶硅太阳能电池具有制造技术成熟、产品性能稳定、使用寿命长、光电转化效率相对较高的特点；非晶硅薄膜太阳能电池具有弱光效应好，成本相对于硅太阳能电池较低的优点。

而碲化镉则由于原材料存在较严重的环保回收问题；铜铟硒电池则因原材料稀缺性、成品率低，其规模化生产受到限制。

一、非晶硅薄膜与晶体硅的区别1、非晶硅薄膜组件材料和制造工艺对环境友好，易于形成大规模生产能力；2、非晶硅薄膜组件品种多，用途广；3、非晶硅薄膜组件能更好的配合建筑分格，更能体现建筑美观；4、非晶硅薄膜组件具备弱光发电的性能；5、非晶硅薄膜组件透光性好，透光度可从5%到30%；6、非晶硅薄膜组件高温性能好，高温对发电性能的影响比晶体硅的小很多；7、晶体硅具有“热斑效应”，而阴影对非晶硅的影响很小；8、晶体硅组件光电转换效率较非晶硅薄膜组件稍高；9、晶体硅组件占地面积较非晶硅薄膜组件稍少；二、温度对输出功率的影响1、当工作温度为25℃时，两者均无功率损失；2、随着工作温度的不断上升，晶体硅的实际输出功率会出现大幅度下降，下降幅度约为非晶硅的3 倍；3、高温环境下，非晶硅材料的优势尤为明显。

温度系数（%/℃）组件类别开路电压 短路电流 最大功率 非晶硅 -0.34 0.018 -0.19晶体硅 -0.34 0.065 -0.43 三、弱光环境发电量的测试四、“热斑效应”的影响1、对于晶体硅太阳电池，小遮挡即可引起大功率损失，即“热斑效应”；2、阴影遮挡对于薄膜电池的影响要小得多。

一、绪论1、太阳能电池的进展历程第一阶段，晶体硅太阳能电池第二阶段，薄膜太阳能电池第三阶段，染料敏化太阳能电池，有机太阳能电池CIGS太阳能电池2、太阳能电池的类型3、薄膜太阳能电池的优点低成本、低效能、柔软、质量轻，电池的转换效率为10%～15%，使用廉价的材料和简单、快速的生产工艺实现了低成本生产柔软的太阳能电池，而很少有破损。

二、半导体物理1、晶体内部原子排列的具体形式称为晶格。

周期性结构：如简立方、面心立方、体心立方、密排六方晶体等。

2、电子共有化运动原子中的电子在原子核的势场和其它电子的作用下，分列在不同的能级上，形成所谓电子壳层。

原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一个原于转移到相邻的原子上去，因而，电子将可以在整个晶体中运动。

这种运动称为电子的共有化运动。

特点：（1）外层电子轨道重叠大，共有化运动显著（2）电子只能在能量相同的轨道之间转移，引起相对应的共有化3、固体按导电性能的高低可以分为导体，半导体，绝缘体。

导体：价带是导带或等效导带，导电是电子绝缘体：只有满带和空带，且禁带宽度较大，Eg 约3～6 eV半导体的能带结构,满带与空带之间也是禁带，但是禁带很窄（E g 约0.1～2 eV )。

P型半导体导电是空穴，N型半导体导电是电子。

硅Eg=1.14eV 锗Eg=0.67eV 砷化镓Eg=1.43eV4、实际晶体与理想晶体的区别（1）原子并非在格点上固定不动（2）杂质的存在a. 工艺流程中引入；b. 认为掺杂；c. 温度的影响，等等。

（3）缺陷：点缺陷（空位，间隙原子、反结构缺陷）线缺陷（位错：刃形位错和螺形位错）（4）面缺陷（层错，晶粒间界）5、V族元素P在硅、锗中电离时能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心，施主电离产生导电电子，N型半导体。

III族元素B在硅、锗中电离时能够接受电子而产生导电空穴并形成负电中心，受主电离释放导电空穴，P型半导体。

太阳能电池第一、二、三代发展进程目前的电池片技术绝大部分（大概96%）是硅晶技术，不管是PERC还是TOPCon，还是HJT都是基于硅晶材料。

他的优势是量产成本低，光电转换效率高，是市场主流技术。

还有部分（4%左右）是薄膜电池，包括碲化镉，铜铟镓硒，钙钛矿等技术。

但他的成本较高，光电效率低，所以量很少。

晶硅/薄膜电池技术路线：光电转化效率：HJT+钙钛矿，是行业趋势。

技术发展史：→ 第1代：铝背场BSF电池 (2017年以前)→ 第2代：PERC电池 (2017年至今)→ 第2.5代：PERC+/TOPCon（隧穿氧化钝化电池）→ 第3代：HJT电池（也叫HIT电池，俗称异质结电池，全称晶体硅异质结太阳能电池）→ 第4代：HBC电池(也称IBC，即叉指式背接触电池，可能潜在方向)→ 第5代：钙钛矿叠层电池 (可能潜在方向)。

材料发展史：第一代太阳能电池——以单晶硅、多晶硅为代表的硅晶太阳能电池。

目前这技术发展成熟且应用最为广泛，目前面对的问题是单晶硅太阳能电池对原料要求太高，以及多晶硅太阳能电池生产工艺过于复杂等问题。

第二代太阳能电池——薄膜太阳能电池，以CdTe、GaAs及CIGS为代表的的太阳能电池。

该技术与晶硅电池相比，优势在于所需材料较少且容易大面积生产，成本方面优势较明显。

第三代太阳能电池——基于高效、绿色环保和先进纳米技术的新型薄膜太阳能电池，如染料敏化太阳能电池（DSSCs）、钙钛矿太阳能电池（PSCs）和量子点太阳能电池（QDSCs）等。

钙钛矿电池钙钛矿是一类陶瓷氧化物，其分子通式为ABO3 ,呈八面体形状，结构特性优异；此类氧化物最早被发现，是存在于钙钛矿石中的钛酸钙（CaTiO3）化合物，因此而得名。

钙钛矿晶体的制备工艺简单，光电转换效率高，在光伏、LED等领域应用广泛。

钙钛矿型太阳能电池（perovskite solar cells），又被称作新概念太阳能电池，是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池。

发电成本高是两大类太阳能电池的共性问题晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池是目前光伏市场的两种要产品，晶硅太阳能电池占据市场主流，约占90%左右的市场份额。

由于多晶硅生产工艺的属性决定了其产业链生产环节，尤其是多晶硅提纯中会存在高能耗、一些技术水平不高的企业甚至存在高污染问题。

而在应用中，晶硅太阳电池由于其温度效应和光谱响应范围窄的影响，使本来较高的光电转换效率大打折扣，从而影响光伏组件实际发电量。

薄膜太阳能电池因没有这些缺点应运而生，其不足在于转换效率相对较低，生产工艺复杂，生产设备昂贵，难以实现规模化生产。

发电成本高是两大类太阳能电池的共性问题。

中科院院士、北京大学物理学院教授甘子钊介绍说，薄膜太阳能电池家族主要包括硅基非晶硅(a-Si)、碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)三大类薄膜太阳能电池。

铜铟镓硒薄膜太阳能电池具有生产成本较低、能耗低，污染小、不衰减、弱光性能好等特点，光电转换效率居各种薄膜太阳能电池之首，接近多晶硅太阳能电池，而耗材大大低于晶体硅电池，因此，被国际上称为“下一代非常有前途的新型薄膜太阳能电池”。

此外，该电池具有柔和、均匀的黑色外观，是对外观有较高要求建筑物BIPV应用的理想选择，如大型建筑物的玻璃幕墙等，在现代化高层建筑等领域有潜在的广泛市场。

但CIGS要实现大面积量产，提升效率和良品率，是必须攻克的难题。

河南燕垣光伏能源有限公司总工程师陆真冀具体介绍了CIGS薄膜电池的几大优势，他说，CIGS薄膜电池具有更低廉的发电成本，减少了材料消耗，薄膜电池的生产成本普遍低于晶硅电池；更优越的弱光性能同规模组件，薄膜电池一天的发电量比晶硅电池大约超出10%～20%；更加多样化的用途薄膜电池，可以发展出多用途的产品，比如柔性基底电池等等。

因此，也受到业内不少厂商的广泛关注，但主要都是大面积平板CIGS薄膜电池。

太阳能集电管应运而生CIGS太阳能集电管具有高效、廉价、有自主知识产权、设备能够国产化等一系列优点。

薄膜组件和晶硅组件在加纳的发电效果对比报告xxxxxx公司xxxxxxx研究院2023年06月一、项目所在地1.地理位置加纳1000MWp太阳能光伏地面电站位于加纳北部地区Tamale市西南侧36km，Kusawgu一带，场区处于国道Yapei至Tamale北侧，距离Tamale市约36km，距离Yapei市区7km。

场区中心位于西经1°6'39"、北纬9°11'49"，场区海拔高度在120~135m 之间，地势平坦。

站址区紧邻Tamale至Yapei国道。

首期装机为150MWp。

2.气候特征加纳属热带气候，分雨季和旱季。

5-10月为雨季，11-4月为旱季。

3-4月气温最高，为23-35℃，最高可达43℃；8-9月较凉爽，为22-27℃，最低纬度15℃左右。

西南部年均降水量是1200-1800mm，北部600-1200mm。

空气湿度较大，保持在90%左右。

3.光照资源加纳是非洲太阳能资源较丰富的国家，太阳总辐射的空间分布总体分布趋势：总体来说，北部年值高于南部，散射辐射比例为北部小于南部。

北部地区年太阳总辐射量为5.3kWh/m2/d，除西部和南部沿海地区年太阳总辐射小于5kWh/m2/d以外，其他地区均在5kWh/m2/d以上。

其中，位于加纳最北部的上东与上西地区辐射量为 5.3-5.6kWh/m2/d，属加纳全国总辐射最多地区，其中上西地区年总量达5.6kWh/m2/d为加纳最高。

布朗阿哈福地区、阿萨帝地区等南部区域日照辐射量为低于5kWh/m2/d，西部个别地区低于4.6kWh/m2/d，尤其阿桑克兰瓜、恩奇一带低至3.1kWh/m2/d，为全国最低值区。

加纳太阳能总辐射及散射空间分布图见下图。

从宏观上看，本项目场址位于北部Tamale地区，在加纳全国境内太阳能资源较为丰富，散射比值较小，仅次于上东与上西地区，具备较大开发价值。

加纳太阳能资源分布图Tamale市位于加纳北部地区，太阳总辐射年总量为6800MJ/m2左右，大部分地区属于“资源很丰富区”。

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。

谁是王者——薄膜太阳能电池VS晶硅太阳能电池在全球⾃然环境不断恶化，化⽯燃料⽇趋减少的情况下，可再⽣能源正变得越来越重要。

普遍认为，太阳能——是最丰富和取之不尽的能源，是⼀种很有前途的能源危机的解决⽅案。

太阳能电池被⽤来吸收太阳能并产⽣电⼒并且避免产⽣环境污染。

⽬前，晶体硅（传统或晶圆为基础的硅）crystalline silicon (conventional or wafer-based Si)太阳能电池占主导地位的太阳能市场的市场份额⼏乎90%。

薄膜为基础的太阳能电池只占约10%的市场份额，但预计将迅速增长。

1、特点：第⼀代太阳能电池，单晶硅（c-Si）或太阳能电池，传统的太阳能电池，是由晶体硅做成的。

晶体硅太阳能电池包括基于单晶硅太阳能电池（单晶硅）和多晶硅（多晶硅）半导体材料。

对于太阳能电池，硅具有许多优点，包括⽆限量，⽆毒性，长期稳定，成熟的⽣产，⾼效率。

晶硅分为单晶硅和多晶硅，两者的实验室转换效率能达到20%以上，量产的话也在18%左右，单晶硅可能到20%；优势是转换效率⾼，单⽚组件容量⼤，同等规模占地⼩。

缺点是⽣产⼯艺较复杂，不能弯曲、重量⼤，弱光性差，⾼温下发电量下降等等。

薄膜转换效率量产6-8%；CIGS铜铟镓硒，实验室20%，量产应该有13%以上，GaAs砷化镓，实验室的⾼效率能达50%，量产能达到20-30%，还有碲化镉电池，基本⽆量产。

所谓薄膜技术就是在真空⾼温的环境下，将可吸收光的元素沉积/溅射在衬底上。

如果衬底是柔性的，那么就可做成柔性太阳能组件。

如果衬底是玻璃的，在制作过程中有⼀道⼯序是激光划刻，可以加密激光化刻的密度，从⽽做成透光组件。

优点⽣产⼯艺简单，弱光性好，组件可以做成透光的。

缺点是能量产的⾮晶硅转换效率差，单⽚组件容量⼩，同等规模占地⼤。

2、市场占有情况我们得从从⽬前的情况来看，尤其是经过了2012-2013的光伏产业低迷期，晶硅电池占据着全球市场90%的份额，薄膜仅仅10%的占有率。

晶体硅、薄膜和纳米结构太阳电池研究作者：王振美来源：《中国新技术新产品》2013年第11期摘要：晶体硅电池和薄膜电池是以太阳能作为蓄能手段的电池，在生产生活中被广泛应用。

本文对晶体硅电池与薄膜电池存在的问题与特性做了详细的说明，并简要介绍了处于研发阶段的纳米结构太阳电池。

关键词：晶体硅；薄膜；纳米结构中图分类号：TM914 文献标识码：A太阳能是有巨大开发潜能的清洁能源。

随着现代科技成果的普及，太阳能被广泛利用。

晶体硅电池和薄膜电池被广泛应用。

新一代纳米结构电池也在研发中。

本文将介绍晶体硅、薄膜、纳米结构三种太阳电池的存在问题及技术特性。

1 晶体硅电池晶体硅电池主要分为单晶硅电池、多晶硅电池和带状硅电池，成本较高，但工艺和材料技术成熟，且硅材料对环境和人体无害、光电转换效率较高、稳定性高、寿命长，硅基（多晶硅、单晶硅）太阳电池仍是光伏市场的重要产品，占市场的80%以上。

1.1 单晶硅电池单晶硅是集成电路硅片的重要材料，同时也是重要的光伏材料。

单晶硅太阳电池使用的硅原料主要为：半导体硅碎片、半导体单晶硅的头、尾料，半导体用不合格的单晶硅以及专门为生产太阳电池制备的单晶硅。

单晶硅电池工艺技术成熟，转化效率高，商品单晶硅电池和组件的转化效率为14%-17%，加入新技术之后可超过20%。

改进单晶硅电池的课题主要集中于如何提高转化效率；提高晶体质量。

单晶硅太阳电池转化效率高，但是单晶硅材料价格较高，工艺较为繁琐，因此单晶硅太阳电池的主要问题是成本较高。

1.2 多晶硅电池多晶硅太阳电池采用低等级的半导体多晶硅或专门为太阳能电池使用而生产的铸造多晶硅等材料。

与单晶硅相比，多晶硅太阳电池存在的问题是晶粒间界和晶粒的不同取向，晶粒间界中的大量缺陷在硅的禁带中形成的界面态势光生载流子的复合中心，影响多晶硅太阳能电池的特性和效率。

一种解决办法是，控制晶体凝固过程的晶粒形状和尺寸，从而降低界面态密度、提高多晶硅太阳电池性能。

光伏组件的发展和分类
光伏组件，也称为太阳能电池板，是将光能转化为电能的装置。

随着技术的发展，光伏组件经历了多个世代的演进，不同世代的光伏组件具有不同的特点和应用。

以下是光伏组件的发展和分类：
1. 第一代光伏组件（晶体硅太阳能电池板）：第一代光伏组件采用晶体硅材料制造，主要包括单晶硅和多晶硅。

这些组件具有较高的转换效率和稳定性，广泛应用于各个领域。

2. 第二代光伏组件（薄膜太阳能电池板）：第二代光伏组件采用薄膜材料制造。

相比于第一代组件，第二代组件具有更低的成本、更轻薄灵活的特点，适合在建筑物表面、移动设备等场景中使用。

3. 第三代光伏组件（新型太阳能电池板）：第三代光伏组件是指采用新型材料和技术制造的组件，如有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等。

这些组件具有更高的转换效率、更低的制造成本和更广泛的应用潜力。

4. 高效光伏组件：除了按照世代分类，光伏组件还可以根据其转换效率进行分类。

高效光伏组件具有更高的转换效率，可以在相同的光照条件下产生更多
的电能。

例如，单晶硅PERC（背面电池）和双面组件、多接触组件、高效薄膜组件等。

需要注意的是，不同类型的光伏组件适用于不同的应用场景和需求。

在选择光伏组件时，需要考虑成本、性能、可靠性和适应性等因素。

随着技术的进步和创新，光伏组件的发展仍在不断推进，未来可能会出现更多新型和高效的光伏组件。

太阳能电池的工作原理和应用摘要：介绍了太阳能电池的种类和工作原理，列举了太阳能电池的一些应用例子。

关键词：太阳能电池；种类；原理；应用太阳能一般指太阳光的辐射能量。

太阳能电池是指通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。

1.太阳能电池的种类根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、纳米晶太阳能电池和有机太阳能电池等，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位【1】。

1.1.硅太阳能电池硅太阳能电池又分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种，其中单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。

由于单晶硅太阳能电池的成本较高，为了节省高质量材料，薄膜太阳能电池就成了单晶硅电池的替代产品，其中以多晶硅薄膜太阳能电池和非晶体硅薄膜太阳能电池为典型代表【2】。

1.2.多元化合物薄膜太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，主要有砷化镓III-V族化合物电池、硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池和铜铟硒薄膜电池。

硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶体硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，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产品。

GaAs属于III-V族化合物半导体材料，具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率，抗辐照能力强，对热不敏感，转换效率可达28%，适合于制造高效单结电池。

但是GaAs材料的价格不菲，因而在很大程度上限制了GaAs电池的普及。

CIS作为太阳能电池的半导体材料，具有价格低廉、性能良好、工艺简单和不存在光致衰退问题等优点，将成为今后太阳能电池发展的一个重要方向，唯一的是材料的来源问题，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展必然受到限制【2】。

1.3.纳米晶太阳能电池纳米TiO2晶体化学能太阳能电池是新近发展的，优点在于其廉价的成本、简单的工艺及稳定的性能，其光电效率稳定在10%以上，制作成本仅为硅太阳电池的1/5~1/10，寿命能达到20年以上【2】。

新型晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池-概述说明以及解释1.引言1.1 概述晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池是目前研究和应用最广泛的两种太阳能电池技术。

随着对可再生能源需求的日益增长，这两种太阳能电池的研究和发展在近年来获得了巨大的关注。

晶硅太阳能电池是一种基于单晶硅或多晶硅材料制造的太阳能电池。

其工作原理是利用太阳光照射在硅材料上时会产生光生电流，进而转化为电能。

晶硅太阳能电池具有高转换效率、较长的寿命和良好的稳定性等特点，适用于各种规模的太阳能发电系统，从小型家庭系统到大型商业系统。

而薄膜太阳能电池是一种利用非晶态硅、铜铟镓硫等材料制造的太阳能电池。

相比于晶硅太阳能电池，薄膜太阳能电池可以实现更低的制作成本和更高的柔韧性。

薄膜太阳能电池通常采用卷曲或可弯折的材料制成，可以应用于建筑物外墙、屋顶和其他曲面。

此外，薄膜太阳能电池还具有吸收弱光、高温环境下的较好表现等优势。

研究新型晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池的目的是为了进一步提高太阳能电池的效率、降低制造成本以及拓展其在各个领域的应用。

本文将从工作原理、特点和优势以及应用前景等方面对新型晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池进行详细介绍，并最后对其重要性进行总结以及展望未来的发展方向。

通过深入了解这两种太阳能电池技术，可以为太阳能行业的发展提供有价值的参考。

1.2 文章结构本文将详细介绍新型晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池两种不同类型的太阳能电池。

首先，引言部分将提供对整篇文章的概述，包括对这两种太阳能电池的介绍以及它们的应用前景。

接下来，本文将分别介绍新型晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池的工作原理、特点和优势。

在工作原理部分，将详细解释这两种太阳能电池的工作机制，包括光电转换和能量输出过程。

特点和优势部分将重点介绍新型晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池相比传统太阳能电池的优势和特点，比如转换效率的提高、制造成本的降低等。

在应用前景部分，将探讨这两种太阳能电池在未来的潜在应用领域，比如建筑一体化、电动汽车等。

晶体硅太阳能电池工作原理一、引言太阳能电池作为一种新型的绿色能源，具有无污染、可再生、寿命长等优点，在全球范围内得到了广泛的应用和推广。

其中晶体硅太阳能电池是目前最常见的一种，本文将详细介绍晶体硅太阳能电池的工作原理。

二、晶体硅太阳能电池的结构晶体硅太阳能电池主要由p型硅和n型硅两个半导体材料组成。

p型硅中掺入了少量的三价元素（如铝、镓等），使其带正电荷，称为空穴（hole）；n型硅中掺入了少量的五价元素（如磷、砷等），使其带负电荷，称为自由电子（free electron）。

两者相遇时会形成pn结，即p-n结。

三、光生载流子产生当光线照射在p-n结上时，光子会被吸收并激发出一个电子和一个空穴。

这个过程称为光生载流子产生。

激发出来的自由电子会向n区移动，而激发出来的空穴则会向p区移动。

四、内建电场产生当电子和空穴分别向p区和n区移动时，它们会与原有的载流子相遇并发生复合。

这个过程中，电子会填补空穴的位置，并释放出能量。

这些能量最终会被转化为内建电场。

五、光电流产生内建电场可以促使自由电子向p区移动，同时也可以促使空穴向n区移动。

这样就形成了一个光生载流子的漂移运动。

当外部连接导线时，漂移运动中的自由电子和空穴就会通过导线流回到p-n结上，形成一个光电流。

六、总结晶体硅太阳能电池的工作原理是基于光生载流子产生、内建电场产生和光电流产生三个基本过程。

当太阳光照射在p-n结上时，激发出来的自由电子和空穴分别向n区和p区移动，并在两者相遇处形成内建电场。

这个内建电场可以促使光生载流子发生漂移运动，并最终形成一个光电流输出。

太阳能电池的分类太阳能电池根据所用材料的不同，太阳能电池还可分为：晶硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池等。

1.晶硅太阳能电池晶硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。

（1）单晶硅太阳能电池目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为19%左右，最高的达到24％，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的技术也最为成熟但制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。

由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。

单晶硅太阳能电池的构造和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。

这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料。

（2）多晶硅太阳能电池板多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约17％左右。

从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。

此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。

多晶硅太阳能电池的生产需要消耗大量的高纯硅材料，而制造这些材料工艺复杂，电耗很大，在太阳能电池生产总成本中己超二分之一。

（3）非晶体薄膜太阳能电池非晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同，工艺过程大大简化，硅材料消耗很少，电耗更低，成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，它的主要优点是在弱光条件也能发电，有极大的潜力。

但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，目前国际先进水平为10％左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减，直接影响了它的实际应用。

如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。

2．多元化合物薄膜太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。