能源工學(xué)小論文硅基太陽能電池-文庫吧
2025-05-15 13:04 本頁面
【正文】 能夠 在 p 型硅和 n 型硅中將電子從共價(jià)鍵中激發(fā) ,產(chǎn)生電子一空穴對(duì)。界面層附近的電子和空穴在復(fù)合之前 ,將通過內(nèi)建電場的作用被相互分離。電子向帶正電的 n 區(qū)運(yùn)動(dòng) ,空穴向帶負(fù)電的 p 區(qū)運(yùn)動(dòng)。最后造成 n區(qū)有大量負(fù)電荷 (電子 )積累 ,p區(qū)有大量正電荷 (空穴 )積累。這樣 ,在 p 一 n結(jié)附近形成了一個(gè)電場 ,稱為光生電場。光生電場的方向與內(nèi)建電場相反 ,因此它的一部分可與內(nèi)建電場相抵消 ,其余部分則可使 p 區(qū)帶正電 ,n 區(qū)帶負(fù)電 。這樣就在 n 區(qū)與 p 區(qū)之間的產(chǎn)生了一單晶硅太陽能電池生產(chǎn)工藝的研究個(gè)電動(dòng)勢(shì) ,稱為光生伏特電動(dòng)勢(shì) ,當(dāng)外電路接通時(shí) ,即可產(chǎn)生電流 。 對(duì)于太陽能電池來說 ,太陽能或其它光能到電能的轉(zhuǎn)換僅在界面層附近才有效。這取決于光線在界面層周圍被吸收和盡可能地將光子能量傳輸給晶體。因此 ,太陽電池的光線入射的一面應(yīng)該相對(duì)做得薄一些 ,以便光線可以幾乎無衰減地到達(dá)界面層。 通過分析 ,太陽能電池的發(fā)電過程可概述為 4 步 : 太陽光或其它光照射在太陽能電池的表面上。 太陽能電池吸收具有一定能量的光子激發(fā)出非平衡載流子 (光生載流子 ),即電子一空穴對(duì) ,它們的壽命要足夠長 ,以確保它們?cè)诒环蛛x之前不會(huì)復(fù)合。 電子一空穴對(duì)在 p一 n結(jié)內(nèi)建電場的作用下被分離 ,電子與空穴分別集中 n區(qū)和 p區(qū) ,p一 n 結(jié)兩邊的異性電荷的積累形成光生電動(dòng)勢(shì)。 在太陽能電池兩側(cè)引出電極并接上負(fù)載形成電路 ,即在電路中獲得了光生電流。這樣 ,太陽能電池就完成了將太陽能 (或其它光能 )直接轉(zhuǎn)換為了電能。只要太陽光照持續(xù)不斷 ,負(fù)載上就一直有電流通過。 四、研究進(jìn)展 根據(jù)硅片厚度的不同， 我們 可 以把硅基太陽能電池 分為晶體硅太陽能電池和薄膜硅太陽能電池兩大類。 1） 單晶硅太陽能電池 硅系列太陽能電池中，單晶硅大陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。高性能單晶硅電池是建立在高質(zhì)量單晶硅材料和相關(guān)的成熱的加工處理工藝基礎(chǔ) 上的?，F(xiàn)在單晶硅的電地工藝己近成熟，在電池制作中，一般都采用表面織構(gòu)化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術(shù)，開發(fā)的電池主要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電極單晶硅電池。提高轉(zhuǎn)化效率主要是靠單晶硅表面微結(jié)構(gòu)處理和分區(qū)摻雜工藝。在此方面，德國夫朗霍費(fèi)費(fèi)萊堡太陽能系統(tǒng)研究所保持著世界領(lǐng)先水平。該研究所采用光刻照相技術(shù)將電池表面織構(gòu)化，制成倒金字塔結(jié)構(gòu)。并在表面把一 13nm。厚的氧化物鈍化層與兩層減反射涂層相結(jié)合．通過改進(jìn)了的電鍍過程增加?xùn)艠O的寬度和高度的比率：通過以上制得的電池轉(zhuǎn)化效率超過 23%，是大值可達(dá) 23． 3％。Kyocera公司制備的大面積（ 225cm2）單電晶太陽能電池轉(zhuǎn)換效率為 19． 44%，國內(nèi)北京太陽能研究所也積極進(jìn)行高效晶體硅太陽能電池的研究和開發(fā)，研制的平面高效單晶硅電池（ 2cm X 2cm）轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 %，刻槽埋柵電極晶體硅電池（ 5cm X 5cm）轉(zhuǎn)換效率達(dá) %。 單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率無疑是最高的，在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位， 雖然其轉(zhuǎn)換效率高，但是制作單晶硅太陽能電池需要大量的高純度硅材料，且工藝復(fù)雜，電耗很大 池工藝影響， 且太陽能電池組件平面利用率低， 致使單晶硅成本價(jià)格居高不 下 。 要想大幅度降低其成本是非常困難的。為了節(jié)省高質(zhì)量材料，尋找單晶硅電池的替代產(chǎn)品，人們進(jìn)行了多方面的試驗(yàn)和研究，發(fā)現(xiàn)并開發(fā)了多晶硅（低等級(jí)半導(dǎo)體級(jí)多晶硅和鑄造多晶硅 ） 、多晶硅薄膜和非晶硅薄膜材料用于太陽能電池的生產(chǎn)。 2） 多晶硅太陽能電池 目前，太陽能使用的多晶硅材料，多半是含有大量單晶硅顆粒的集合體，或用廢棄單晶硅材料和冶金基硅材料熔化澆筑而成，其工藝過程是選擇電阻率為 100300cm 的多晶塊料或單晶硅頭尾料，經(jīng)破碎，用 1:5 的氫氟酸液混合進(jìn)行適當(dāng)?shù)母g，然后用離子水沖洗呈中性，并烘干，用石 英坩堝裝好許多硅料，加入適當(dāng)硼硅，放入澆鑄爐，在真空狀態(tài)下加以熔化，熔化后保持約 20min,然后注入石墨鑄模中，慢慢冷卻后即基硅錠，然后切片加工成太陽能電池片，即多晶硅太陽能電池。 與單晶硅太陽能電池相比，多晶硅太陽能電池成本較低，而且轉(zhuǎn)換效率與單晶硅太陽能電池比較接近，因此，多晶硅太陽能電池是未來地面應(yīng)用發(fā)展的方向之一。一般商品多晶硅太陽能電池組件的轉(zhuǎn)換效率為 12%~14%。商品多晶硅太陽能電池的產(chǎn)量占硅太陽能電池的50%左右。它是太陽能電池的主要產(chǎn)品之一。 3）硅基薄膜太陽能電池 薄膜太陽電池可 以使用其他材料當(dāng)基板來制造，薄膜厚度僅需數(shù)μ m 量級(jí) ，較傳統(tǒng)太陽能電池大幅減少原料的用量。目前光伏發(fā)電的成本與煤電的差距還是比較大，其中主要的一項(xiàng)就是原材料即的價(jià)格。薄膜太陽電池消耗材料少，降低成本方面的巨大潛力。薄膜太陽能電池的種類包括： 非晶硅 (aSi)、多晶硅 (polySi)、化合物半導(dǎo)體 IIIV 族 [CdS、 CdTe(碲化鎘 )、 CuInSe2]、色素敏化染料 (DyeSensitized Solar Cell)、有機(jī)導(dǎo)電高分子 (Organic/polymer solar cells) 、 CIGS (銅銦硒化物 )等。如果要將太陽電池大規(guī)模應(yīng)用為生活生產(chǎn)提供能源，那么必須選擇地球上含量豐富，能大規(guī)模生產(chǎn)并且性能穩(wěn)定的半導(dǎo)體材料，硅基薄膜電池的優(yōu)越性由此凸顯。 非晶硅 (aSi)薄膜太陽電池 非晶硅太陽電池是上世紀(jì) 70 年代中期發(fā)展起來的一種薄膜太陽電池，它制備溫度低，用材少，便于工業(yè)化生產(chǎn)，價(jià)格低廉，因而受到高度重視?，F(xiàn)階段非晶硅太陽電池的轉(zhuǎn)換效率已從 1976年的 1%~2%提高到穩(wěn)定的 12~14%，其中 10cmХ 10cm電池的轉(zhuǎn)換效率為 %.小面積的單結(jié)的電池轉(zhuǎn)換
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