1 太陽能發電
【前言】
由於全球氣候變遷、空氣污染問題以及資源日趨短缺之故，太陽能發電做為動力供應主要來源之一的可能性，已日益引起人們注目，這也是近年以矽晶圓為主的太陽能電池市場快速成長的原因。然而矽晶圓為主的太陽能發電技術其成本畢竟高出傳統電力產生方式甚多，因此目前市場仍只能侷限於特定用途，也因此世界上主要的研究單位，均致力於投入太陽能相關技術的研究，企求開發出新的物質，能降低產品成本並提升效能。
薄膜式太陽能電池由於只需使用一曾極薄光電材料，相較於矽晶圓必須維持一定厚度而言，材料使用非常少，而且由於薄膜是可使用軟性基材，應用彈性大，如果技術能發展成熟，相信其市場面將較矽晶方式寬廣許多。基於此，薄膜式太陽能電池的發展，在上一世紀僅展很快。
本文將就數種薄膜式太陽能電池，就技術面、發展潛力與可能瓶頸提出概括論述，由於篇幅限制以及個人才疏學淺，疏漏錯失之處，尚祈大家指正。
在介紹薄膜式太陽能電池之前，首先本文想先介紹目前市場上最主要產品－矽晶圓太陽能電池，簡述其以目前能在市場居於絕對優勢的原因。
【矽晶圓太陽能電池】
自1954年貝爾實驗室發表了具備6﹪光電效率的電池後，隨著積體電路的發展，此類型一直是市場的主角，其市佔率從未低於80﹪，如果只考慮供電超過超過1kW的市場，更幾乎是100﹪。究其原因大概可分為三方面：一、成本與價格；二、模組的效率；三、產能規模與利用率。 2 由於科技的進步，包括了晶圓厚度、切割技術、晶圓尺寸，以及晶圓價格，均有長足的改善，自1960s以來，以此類電池發電，單位瓦數（watt）成本已下降約50倍，目前價格約為US＄2.5 ~ 3 / watt。依據美國國家再生能源實驗室的報導，薄膜太陽能電池的製造成本在過去10年亦呈大幅下降，趨勢比矽晶圓還快，不過至今一般而言，其價格仍約高於矽晶圓式50﹪。
矽晶圓單一電池系統目前實驗室光電效率已達25﹪，與理論值29﹪非常接近。商業化產品的光電效率自1970s以來也有長足進步，近年以達約12﹪。這項技術成果，相對而言，是多數薄膜技術所不及之處。
硅太阳能电池-制造工艺
PV的意思：它是英文单词Photovoltaic的简写，中文意思是“光生伏特”（简称“光伏”）。在物理学中，光生伏特效应（简称为光伏效应），是指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象
硅太阳能电池制造工艺流程图
1、硅片切割，材料准备：
工业制作硅电池所用的单晶硅材料，一般采用坩锅直拉法制的太阳级单晶硅棒，原始的形状为圆柱形，然后切割成方形硅片（或多晶方形硅片），硅片的边长一般为10~15cm，厚度约200~350um，电阻率约1Ω.cm的p型（掺
硼）。
2、去除损伤层：
硅片在切割过程会产生大量的表面缺陷，这就会产生两个问题，首先表面的质量较差，另外这些表面缺陷会在电池制造过程中导致碎片增多。因此要将切割损伤层去除，一般采用碱或酸腐蚀，腐蚀的厚度约10um。
3、制绒：
制绒，就是把相对光滑的原材料硅片的表面通过酸或碱腐蚀，使其凸凹不平，变得粗糙，形成漫反射，减少直射到硅片表面的太阳能的损失。对于单晶硅来说一般采用NaOH加醇的方法腐蚀，利用单晶硅的各向异性腐蚀，在表面形成无数的金字塔结构，碱液的温度约80度，浓度约1~2%，腐蚀时间约15分钟。对于多晶来说，一般采用酸法腐蚀。
4、扩散制结：
扩散的目的在于形成PN结。普遍采用磷做n型掺杂。由于固态扩散需要很高的温度，因此在扩散前硅片表面的洁净非常重要，要求硅片在制绒后要进行清洗，即用酸来中和硅片表面的碱残留和金属杂质。
5、边缘刻蚀、清洗：
扩散过程中，在硅片的周边表面也形成了扩散层。周边扩散层使电池的上下电极形成短路环，必须将它除去。周边上存在任何微小的局部短路都会使电池并联电阻下降，以至成为废品。目前，工业化生产用等离子干法腐蚀，在辉光放电条件下通过氟和氧交替对硅作用，去除含有扩散层的周边。
多晶硅薄膜太阳能电池的研制及发展趋势
1 引 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。
太阳能电池的技术发展及应用
太阳能电池是目前最为环保、最为高效的一种绿色能源，其技术一直在不断发展和改进，应用也越来越广泛。对于推动我国可再生能源发展，促进国家节能减排，具有十分重要的意义。本文将从太阳能电池的历史发展、技术原理、应用及前景等方面进行探讨。
历史发展
早在1839年，法国科学家贝克勒尔就发现了太阳能电池效应，但一直未能实现应用。20世纪50年代，瓦特发明了第一个具有实用性的太阳能电池，仅仅只有4%的转化效率。此后，太阳能电池技术得以飞速发展。20世纪70年代，随着日益加强的环保意识，太阳能电池开始得到广泛关注，尤其在应用于宇航领域中，成功地应用于阿波罗11号登月计划，并使得这次任务圆满完成。80年代，太阳能电池已经开始被大面积应用于通讯、测量、导航、农业灌溉、车载电器、机器人等新兴领域。
技术原理
太阳能电池是将太阳能光线直接转化为电能的装置。它利用了半导体物理特性，使得在半导体中受光的电子能够跃迁到导带，并形成电荷。通俗的说，太阳能电池的工作原理就类似于照相机，只不过后者是将光线转换成影像信号，而前者则是将光线转换成电能。太阳能电池的核心是太阳能电池芯片，它是由两层不同掺杂电荷的半导体材料（通常是硅）组成，并且在这两层之间形成PN结。中午阳光映照在太阳能电池的硅晶片上，电子通过PN结后进入电路，产生电流，这就是太阳能电池的发电原理。在不断地研究和实践中，太阳能电池芯片不断进行优化和改进，使得其效率得以不断提高。
应用及前景
随着逐渐逐渐成熟和完善的太阳能电池技术，其应用范围越来越广泛，并且产业不断壮大。太阳能电池在国家发展战略中扮演着越来越重要的角色。首先，在地面上，太阳能电池已经成功应用于电力领域中，既可用于居民家庭储能，又可以为城市电网制造新的绿色能源；其次，在农业领域，太阳能电池也得到了广泛应用，可用于提供动力，为相对无电区域的农民们提供基础能源；再者，在工业领域，太阳能电池可以应用于工地施工、仿生机器人和无人机等领域，为其提供必要的动力支持。未来，太阳能电池的应用范围还将不断拓展，随着太阳能电池技术的不断进步，推动着整个太阳能电池行业的持续发展。
