能源工學小論文硅基太陽能電池-文庫吧資料
2025-06-12 13:04本頁面
【正文】 硅薄膜，并且可得到具有較大顆粒尺寸的多晶硅薄膜，工藝簡單，效率較高，易于實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化。另外一個制約因素就是再結晶的速度 , 再結晶速度如果過快 ,則薄膜缺陷態(tài)密度大大提高 , 如何在保證薄膜質(zhì)量的前提下提高結晶速度仍是個問題。由于這些襯底通常含有較多的雜質(zhì) , 為防止在高溫下雜質(zhì)向活性層擴散 , 需要在襯底和活性層之間有大于 1μ m 厚的有效阻擋層 。由于此過程溫度要超過硅的熔點1435 ℃ , 該過 程對襯底的熱膨脹系數(shù)有相當高的要求。當硅薄膜通過熱 CVD 沉積到非硅襯底上時 , 得到的顆粒通常非常小 , 大約在幾個微米左右。它利用 CVD 技術在玻璃襯底上生長 2nm 厚的非晶硅薄膜，然后在氫原子氣氛中進行重結晶，不斷重復上述過程，直到底層完全晶化，再在已晶化的底層上沉積多晶硅薄膜。 對于襯底的選擇： (1)非硅襯底多晶硅薄膜太陽電池 非硅襯底可以大幅度降低成本，但是所獲得的多晶硅薄膜晶粒較小，工藝要求比較高。多晶硅薄膜太陽電池保持了晶體硅太陽電池的穩(wěn)定性，大幅度降低了硅料的用量，還可以生長在廉價的襯底材料上，明顯地降低了電池成本 。 多晶硅 (polySi)薄膜太陽電池 多晶硅薄膜由許多大小不等，具有不同晶面取向的小晶粒構成。 與傳統(tǒng)硅基太陽電池相比較，非晶硅太陽電池穩(wěn)定性差，轉(zhuǎn)換效率在光照下會衰減，但是制造成本低，在光伏建筑上有極大的優(yōu)勢；多晶硅膜太陽電池，從制備方法上看，低溫沉積，質(zhì)量差，薄膜晶粒尺寸小，電池效率低；高溫沉積，能耗高。比如，用常規(guī) 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% 。方法如下：采用分室沉積技術和高真空反應室消除雜質(zhì)污染；在制備方法方面分別采用了電子回旋共振化學氣相沉積 (ECR 一 CVD)、氫根化學氣相沉積 (HR 一 CVD)、熱絲 (HW)法沉積和三極管系統(tǒng)；在制備工藝方面采用了 H 等離子體化學退火法、 H2 稀釋法、 He 稀釋法和摻氟法。非晶硅太陽電池光衰退的主要因素是 I 層的 SW 效應。 對于 非晶硅 薄膜 太陽電池 的缺點，我們采取的方法 主要是要降低其衰減程度。 （ 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。 （ 3）具備弱光發(fā)電的性能，該性能使得非晶硅薄膜電池受風沙、雨雪等天氣的影響很 小，發(fā)電時間延長。 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。如果原料氣體中混入硅烷 (B2H6)即能生成 P 型非晶硅 ,混入磷烷 (PH3)即能 生成 N 型非晶硅。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。采用分波段利用太陽能光譜 的疊層電池結構則是比較有效提高光電轉(zhuǎn)換效率的方法。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。現(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 %.小面積的單結的電池轉(zhuǎn)換效率已超過 13%。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。薄膜太陽電池消耗材料少，降低成本方面的巨大潛力。 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。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。 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用發(fā)展的方向之一。為了節(jié)省高質(zhì)量材料，尋找單晶硅電池的替代產(chǎn)品，人們進行了多方面的試驗和研究，發(fā)現(xiàn)并開發(fā)了多晶硅（低等級半導體級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)。 單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率無疑是最高的，在大規(guī)模應用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導地位， 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 。厚的氧化物鈍化層與兩層減反射涂層相結合．通過改進了的電鍍過程增加柵極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 23． 3％。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。提高轉(zhuǎn)化效率主要是靠單晶硅表面微結構處理和分區(qū)摻雜工藝。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。 四、研究進展 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。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。 電子一空穴對在 p一 n結內(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 結兩邊的異性電荷的積累形成光生電動勢。 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。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 。這樣 ,在 p 一 n結附近形成了一個電場 ,稱為光生電場。電子
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