薄膜太阳能电池的制备和性能研究

多晶硅太阳电池制备中氧化铝薄膜的疏水性研究

随着能源需求不断增加和对环境保护的要求越来越高，太阳能作为一种清洁、可再生的能源获取方式越来越受到关注。多晶硅太阳电池是目前应用最广泛的太阳能电池类型之一，其制备过程中重要的一步是在硅片表面沉积一层氧化铝薄膜，这种薄膜能够提高太阳能电池的性能。

目前，氧化铝薄膜的疏水性能在多晶硅太阳电池制备中受到广泛关注。疏水性能可以通过测量薄膜表面接触角来评估，接触角越大，薄膜越疏水。一个理想的太阳能电池应该具有良好的疏水性能，这样可以减少表面污染物的附着，提高太阳能的利用效率。

研究人员通过改变沉积氧化铝薄膜的工艺参数和添加不同的添加剂来调控氧化铝薄膜的疏水性能。研究表明，添加一些有机试剂，如正辛醇和正庚醇，可以增强氧化铝薄膜的疏水性能。这是因为有机试剂中的烷基链能够与氧化铝表面形成一层疏水层，阻止水分子进入薄膜表面。

此外，研究人员还发现，在氧化铝薄膜制备过程中，控制氧化铝晶粒的生长和排列方式也可以影响薄膜的疏水性能。例如，采用特殊的沉积工艺，可以在薄膜表面形成微米级别的纳米颗粒，增加表面的粗糙度，从而提高疏水性能。此外，通过调节氧化铝薄膜的晶粒尺寸和排列方式，也可以实现在不同界面的均一性，减少界面能量，提高太阳能电池的转换效率。

总的来说，研究氧化铝薄膜的疏水性是多晶硅太阳电池制备过程中的重要研究方向之一、通过改变沉积工艺和添加剂，可以调控氧化铝薄膜的疏水性能，进而提高太阳能电池的性能。然而，目前对于氧化铝薄膜疏水性的研究还比较有限，需进一步深入研究。

实验八、薄膜太阳能电池基本特性测定实验

薄膜太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电

二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个

电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途

的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池

就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。

薄膜太阳能电池根据所用材料的不同，可分为：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、纳米晶太阳能电池四大类，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。

硅太阳能电池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。

单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为23%,规模生产时

的效率为15%。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其

成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。

多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效

率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主

导地位。

非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于

其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。

太阳能的利用和太阳能电池的特性研究是21世纪的热门课题，许多发达国家正投入大量人力物力对

太阳能接收器进行研究。我们开设此太阳能电池的特性研究实验，通过实验了解太阳能电池的电学性质

和光学性质，并对两种性质进行测量。该实验作为一个综合设计性的物理实验，联系科技开发实际，有

２０１２年６月　光源与照明　２０１２年第２期　

有机薄膜太阳电池　

邓隐北刘勇张忠辉编译河南森源电气股份有限公司（郑州４５００１６）　

摘要文章阐述了有机薄膜太阳电池的工作原理，旨在提高光电转换效率的最新研究。为了推进有机薄膜太阳电池的实用化　不仅要降低成本，而且应不断提高效率和耐久性，　力求达到综合性能和性价比最佳的目的。　关键词太阳电池；有机薄膜；聚合物；整块异质结（ｂｍｋ　ｈｅｔｅｒｏ）；多叠层（ｓｔａｃｋ）结构；光电转换效率；耐久性　

０前言　

随着全世界的经济发展和人口的增加，人类消　

耗能量的速度也急剧增加，目前，全球的耗能约　

为１０　Ｔｗ（１　ＴＷ＝１０”Ｗ），预计到２０５０年将扩大至　

３０　Ｔｗ，如何考虑到持续性、安全性等问题，要填补　

这一巨大的电力“缺口”，除了依赖可再生资源（太阳　

能、风电、水电等）的积极开发以外，目前似乎没有　

其他更佳的途径。　

在利用太阳能方面，发电的成本极其重要，当前　

的结晶硅太阳电池发电成本估计为４元／ｋＷ・ｈ，如果　

用太阳能发电弥补上述的能源缺口，按照目前的电　

费标准，大约为１．８元／ｋＷ・ｈ相比显然偏高，为此，应　

力求接近甚至低于原发电设施的发电成本（约为　

０．６元／ｋＷ・ｈ），这样才具有市场潜力。　

由于科学技术的发展和制造工艺的进步，有机薄　

膜太阳电池可不断实现低成本化，引起人们的日益重　

视。但是在太阳电池的选择中，光电转换的效率也是　

很重要的因素。单位的制造成本若下降一半，效率也　

为一半的话，那么在成本上是无竞争力的。所以，有　

机薄膜（以及无机薄膜）太阳电池的效率达不到１０％　

以上的话，就无法与原有的太阳电池竞争，而且，其　

耐久性也会导致发电成本的反弹。　

结晶硅太阳电池的耐久性（使用寿命）约为３０年，　

因此，如果只考虑价格便宜，仍无法保证有机薄膜太　

阳电池形成未来大规模太阳能发电的主流。重要的是：　

综合成本、转换效率、使用寿命应达到总的性能提高。　

在这种场合下，有机薄膜太阳电池由于其使用的柔性　

CIGS薄膜太阳能电池的研究及制备

摘要：CuIn1-xGaxSe2（CIGS）薄膜太阳能电池以其效率高、稳定性强、耐辐射、耗材少等众多优点成为近些年太阳能电池领域的研究热点。这种电池的性能主要由吸收层 CIGS薄膜的质量决定，目前其主要制备方法有：共蒸发法、金属预置层后硒化法、电沉积法和喷雾高温分解法等，然而由于 CIGS 薄膜结构复杂，结晶成膜要求条件较高，以共蒸发法和金属预制层后硒化法为主的制备方法还存在着各种各样的问题，阻碍了其产业化的进程。 本文利用磁控溅射方法制备了 CIGS 薄膜太阳能电池各层薄膜，研究了溅射的工艺参数以及退火温度对薄膜结构和各种性能的影响。

关键词：CIGS薄膜太阳能电池,磁控溅射,合金靶,固态硒源,硒化

1 引言

能源和环境是二十一世纪面临的两个重大问题，据估纠¨，以现在的能源消耗速度，可开采的石油资源将在几十年后耗尽，煤炭资源也只能供应人类使用约200年。随着全球经济的发展，尤其是中国、印度等新兴国家经济的快速增长，整个世界正在以前所未有的速度消耗自然资源，这也是世界原油、煤炭价格飙升的一种基本因素。2004年，世界一次能源消费构成中煤炭占27．2％、石油占36．8％、天然气23．7％、水电占6．2％、核电占6．1％；同期中国一次能源消费成中煤炭占69．0％、石油占22．3％、天然气占2．5％、水电占5．4％和核电占O．82％。随着一次性能源走向枯竭；未来人类将无可选择地依赖太阳能、风能、核能等清洁能源；尤其是取之不尽的太阳能。正因为如此，即便在成本高企的现状下世界各国政府依然未雨绸缪，在政策上给予大力的支持，推动光伏产业的高速发展。

因此，太阳能光伏发电成为了世界上各种能源中发展最快的能源之一，世界光伏产业在上世纪80年代至90年代中期，年平均年增长率为15％左右。90年代后期，世界市场出现了供不应求的局面，发展更加迅速。1997年世界太阳电池光伏组件生产达122MW(太阳能电池的峰值功率，通常可用Wp表示)，比1996年增长了38％，是4年前的2倍，是7年前的3倍，超过集成电路工业。发展速度，超出光伏界专家最乐观的估计。1998年全球的光伏组件生产就已经达到157．4MWp，市场份额为晶硅电池87％，非晶硅电池为12％，CdTe(镉碲薄膜)电池1％。光伏发电累计总装机容量达到800MW。仅2001--2006的五年时间，全球太阳能电池产量就从386MW增至2500．3 MW，增长了5．48倍，年均增长45％左右。