能源工學小論文硅基太陽能電池-全文預覽
【正文】 PECVD技術制備的 aSi:H 膜中含有約 10%的 H，而用化學退火法制備的 aSi:H 膜的含 H 量小于 9%，用熱絲法制備的 aSi:H 膜的含 H量只有 1%~2% 。非晶硅太陽電池光衰退的主要因素是 I 層的 SW 效應。 （ 5）具有透光性，而且組件能更好 的融合于建筑，在光伏建筑一體化（ BIPV）上具有 很大的優(yōu)勢。 非晶硅太陽電池應用優(yōu)勢具體如下： （ 1） 材料和制造工藝成本低。目前常規(guī)的疊層電池結構包括aSi/aSiGe,aSi/aSi/aSiGe,aSi/aSiGe/aSiGe,aSiC/aSi/aSiGe 等。為減少串聯(lián)電阻，通常用激光器將 TCO膜、非晶硅 (Asi)膜和鋁 (Al)電極膜分別切割成條狀， 如圖 2 所示。如果要將太陽電池大規(guī)模應用為生活生產(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)定的半導體材料，硅基薄膜電池的優(yōu)越性由此凸顯。 3）硅基薄膜太陽能電池 薄膜太陽電池可 以使用其他材料當基板來制造，薄膜厚度僅需數(shù)μ m 量級 ，較傳統(tǒng)太陽能電池大幅減少原料的用量。 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用發(fā)展的方向之一。 單晶硅太陽能電池轉換效率無疑是最高的，在大規(guī)模應用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導地位， 雖然其轉換效率高，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， 致使單晶硅成本價格居高不 下 。該研究所采用光刻照相技術將電池表面織構化，制成倒金字塔結構。高性能單晶硅電池是建立在高質(zhì)量單晶硅材料和相關的成熱的加工處理工藝基礎 上的。這樣 ,太陽能電池就完成了將太陽能 (或其它光能 )直接轉換為了電能。 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。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)工藝的研究個電動勢 ,稱為光生伏特電動勢 ,當外電路接通時 ,即可產(chǎn)生電流 。電子向帶正電的 n 區(qū)運動 ,空穴向帶負電的 p 區(qū)運動。這樣 ,在 p 一 n 結交界面附近就出現(xiàn)一個 p 區(qū)一側為負 ,n 區(qū)一側為正的空間電荷區(qū) ,電荷區(qū)的正負電荷形成一個內(nèi)建電場 ,其方向由 n 區(qū)指向 p 區(qū) I39。而如果在硅晶體中摻入能夠釋放電子的雜質(zhì) ,如磷、砷或銻等 ,則變成 了電子型半導體 ,簡稱 n型半導體。當有外來能量激發(fā) (如受到太陽能輻射 )時 ,最外層的電子即可擺脫原子核的束縛而變成自由電子 ,與此同時 ,此電子原來所在地方形成一個“空位” ,此“空位”可看成一個正電荷 ,被稱之為“空穴”。即太陽光或其它光照射半導體 p 一 n 結時 ,就會在 p 一 n 結的兩邊出現(xiàn)電壓 ,叫做光生電壓。目前已經(jīng)有多家國內(nèi)外公司對外宣稱到 2021年年底其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)轉換效率單晶將達到 18%，多晶將超過 17%。 1972年到 1985年是第二個發(fā)展階段，背電場電池（ BSF）技術、 “淺結 ”結構、絨面技術、密柵金屬化是這一階段的代表技術，電池效 率提高到 17%，電池成本大幅度下降。根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池可分為： 以非晶硅、多晶硅和單晶硅為材料的硅太陽能電池 以 Ⅲ Ⅴ 族化合物半導體多元化合物為材料的太陽能電池 以銅銦硒為材料生產(chǎn)的太陽能電池 以其它材料（ 如 Ⅱ Ⅵ 族半導體，塑料 ， 有機材料）生產(chǎn)的太陽能電池；另外，鍺單晶也是重要的太陽能電池材料。光伏發(fā)電主要在航天、通信、導航、農(nóng)業(yè)灌溉等領域作為補充能源。 1958 年 , 太陽電池首先在人造衛(wèi)星上得以應用 , 從此開始了研究、利用太陽能發(fā)電的新階段。太陽電池的歷史可以追溯到 19 世紀。在太陽能有效利用當中，太陽能光電利用是近年來發(fā)展最快，也是最具活力的研究領域 。 1941 年 ,Ohl 提出了硅 p2n 結光伏器件 , 在此基礎上 , 美國貝爾實驗室于 1954 年制造出 第一個實用的硅擴散 p2n 結太陽電池 , 并很快將光電轉換效率提高到 10 %。但在 20 世紀 80 年代以前 , 由于發(fā)電成本過高 , 太陽電池的應用并不廣泛。 制作太陽能電池主要是以半導體材料為基礎，其工作原理是利用光電材料吸收光能量后發(fā)生光電轉換效應。 圖 1電池效率發(fā)展路程圖 1954年貝爾實驗室 Chapin等人開發(fā)出效率為 6%的單晶硅太陽能電池到 1960年為第一發(fā)展階段，導致效率提升的主要技術是硅材料的制備工藝日趨完善、硅材料的質(zhì)量不斷提高使得電池效率穩(wěn)步上升，這一期間電池效率在 15%。目前相當多的技術、材料和設備正在逐漸突破實驗室的限制而應用到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)當中來。太陽能電池工作原理是基于半導體 p 一 n 結的光生伏特效應。單晶硅原子共有三個電子層 ,最外電子 層中有 4 個電子 ,這 4 個電子都有著固定的位置且受原子核的約束。但如果在硅晶體中摻入能夠俘獲電子的雜質(zhì) ,如硼、鋁、嫁或錮等 ,就變成了空穴型半導體 ,簡稱 p 型半導體 。對于 n 區(qū) ,電子離開后 ,留下不可移動的帶正電荷的施主離子。界面層附近的電子和空穴在復合之前 ,將通過內(nèi)建電場的作用被相互分離。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)帶負電 。因此 ,太陽電池的光線入射的一面應該相對做得薄一些 ,以便光線可以幾乎無衰減地到達界面層。 在太陽能電池兩側引出電極并接上負載形成電路 ,即在電路中獲得了光生電流。 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
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