提高太陽電池的轉(zhuǎn)換效率的途徑(存儲版)
【正文】 此要提高硅片質(zhì)量；采用基體電阻符合要求的硅片；要求金屬柵窄和厚；減少對光的遮檔；控制好擴散溫度和時間；電極的歐姆接觸良好等都可以減小串聯(lián)電阻。 4 改善太陽能電池效率的 途徑 尋找 合適的 材料 研究人員發(fā)現(xiàn)，像氮化銦這類半導(dǎo)體，它的禁帶比原先認為的明顯要小，低于 0． 7 eV。 減 少反射損失 可以采用 對光照面使用減反射膜，表面蝕刻減少反射，增加光在電池中的光路以及背反射膜等 措施。由該圖可見，各種方向入射的太陽光經(jīng)過多次反射后都能進入到太陽能電池中去，從而增加入射的太陽光量。 H. Morikawa 等人采用區(qū)熔再結(jié)晶技術(shù)制備了高效率多晶 Si 薄膜太陽電池 , 并利用 H+注入實現(xiàn)了對薄膜中缺陷進行鈍化。 T. Matsui 等人利用表面織構(gòu)的 ZnO/Ag/SnO2/玻璃作為襯底 , 以 SiH4 作為反應(yīng)氣體 , 采用超高頻等離子體化學(xué)氣相沉積( VHFPECVD) 方法分別制作了單結(jié)和具有 pin 結(jié)構(gòu)的多晶 Si 薄膜太陽電池。希望在 GaAs 和 Ge 之問再加入另一級帶隙寬度 1． 0 eV 左右的子電池，構(gòu)成四結(jié)級聯(lián)電池，由于材料等限制，四結(jié)級聯(lián)電池遠低于預(yù)期的水平。這種結(jié)構(gòu)的柵線寬度僅為 15～ 20m，而刻槽的深、寬比可達到 5： 1。因此有人預(yù)見，未來的發(fā)電模式應(yīng)該是“價廉物美的聚光光學(xué)元件 +高轉(zhuǎn)換效率太陽電池”。 這種光伏發(fā)電站的太陽能電池板就像向日葵一樣隨著太陽的移動而轉(zhuǎn)變方向 。 目前太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率還不是十分令人滿意 。 5 結(jié)語 本文 圍繞著太陽電池的轉(zhuǎn)換效率問題， 對影響轉(zhuǎn)換效率的因素進行分析，詳細介紹 了 十余種 提高電池光電轉(zhuǎn)換效率的 途徑。 轉(zhuǎn)動式太陽能光電板 由于地球的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)， 太陽能光電板在一天中每個時段所能接收的最大太陽光因而不同，無法保持在最大值，因此 可以設(shè)計出隨著太陽的方向、角度而轉(zhuǎn)動的太陽能光電板，比固定式太陽能光電板更有效地接收 太陽光，達到最大的發(fā)電效益。采用特制不銹鋼網(wǎng)布，細柵部分 100％開孔，柵線線寬 50um，網(wǎng)版壽命可達 6 萬次， 且 能 實現(xiàn)高度均勻、高的高寬比的柵線； 與普遍尼龍網(wǎng)布網(wǎng)印刷的電極相比， 鋼網(wǎng)印刷的串聯(lián)電阻有了明顯下降 ，降低了 12％，太陽電池的轉(zhuǎn)換效率提高了 0． 12％。太陽電池電極的制作過程是太陽電池制造中非常重要的環(huán)節(jié)，該過程采用的金屬化工藝的優(yōu)劣，決定了遮光面積、串聯(lián)電阻損失。 級聯(lián)太陽電池 級聯(lián)太陽電池就是把不同光譜響應(yīng)的半導(dǎo)體材料制成的子電池集成到一起，充分利用太陽光譜的各段波長。在這種結(jié)構(gòu)中 , 由于 i 層的加入 , 可以顯著提高 pn 界面電荷載流子的收集效率 , 并使其有效遷移率進一步增加 , 從而使太陽電池的開路電壓和短路電流等特性參數(shù)大幅度提高。 目前 ,主要有兩種方法可用于多晶 Si 薄膜太陽電池的鈍 化 , 一種是在表面生長高質(zhì)量的介質(zhì)膜層 , 使其同時達到表面鈍化和減少表面反射的效果 , 其中SiNx 膜就是一種典型的表面鈍化層 , J. Y. Lee 等人的研究證實 , 當(dāng)單獨采用SiO2 膜和 SiNx 膜進行鈍化時 ,其載流子壽命分別為 306μ s 和 898μ s, 而當(dāng)采用 SiO2/SiNx 復(fù)合層進行鈍化時 , 其載流子壽命可達 1361μ s, 因此大幅度提高了多晶 Si 薄膜太陽電池的性能 , 其開路電壓為 V, 短路電流密度為 mA/cm2。如表面用腐蝕等方法處理成具有很多金字塔型的絨面狀結(jié)構(gòu)或具有倒金字塔型的溝槽結(jié)構(gòu)，或具有 V 型的溝槽結(jié)構(gòu)。通過捕捉住外覆硅藻層的薄膜太陽能電池納米小孔中的光線，這種電池可獲取更多的人射光子，因而大幅提高了發(fā) 電效率。如果電池厚 度不足夠大，某些能量合適能被吸收的光子可能從電池背面穿出， 這就是透射損失 。 (2)歐姆損失 光生電流在電池中的傳輸過程中，由 于太陽電池內(nèi)部的串聯(lián)電阻轉(zhuǎn)化為熱 能造成的損失稱為 歐 姆損失。 載流子復(fù)合的基本機制 以下有四種。所以要提高太陽電池的轉(zhuǎn)換效率，必須保證有更多的太陽光入射到太陽電池中去， 同時不讓由光伏效應(yīng)所產(chǎn)生的電子和空 穴 由于再結(jié) 合 而消失掉，而且 要把電子和空穴兩種載流子有效地分別收集 到 正負電極中擊。 伏安特性測量電路圖見圖 5。 太陽能電池 的 性能 參數(shù) （ 1） PN 結(jié)光照下的 電流 電壓 特性 具有 PN 結(jié)的太陽能電池在不受光照時，相當(dāng)于一個二極管 。但是，非晶硅太陽能電池的穩(wěn)定性較差，國際先進水平為 10％左右，且不夠穩(wěn)定，常有轉(zhuǎn)換 效率衰降的現(xiàn)象 。其構(gòu)成如圖 2 所示。半導(dǎo)體硅中摻有 +3 價雜質(zhì)元素硼之后， 會 多余一個空穴， 產(chǎn)生 P 型半導(dǎo)體。 太陽光是取之不盡、用之不竭的清潔能源 , 在外太空探測的過程中，太陽能 是 航天器能獲得的唯一的可再生能源 。提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率一直是人們研究的重點。目前太陽能的轉(zhuǎn)換效率僅有 10％ 20％， 其余均以熱能形式散發(fā)。這樣，在 P— N 結(jié)兩端便產(chǎn)生了電動勢，這種現(xiàn)象就是上面所說的“光生伏打效應(yīng)’’。單晶硅太陽能電池是開發(fā)最 早也 是 最快的一種太陽能電池， 多晶硅半導(dǎo)體材料的價格 相對于單晶硅 比較低廉 ,相應(yīng)的電池單元成本低，因此多晶硅太陽能
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