能源工學(xué)小論文硅基太陽(yáng)能電池-在線瀏覽
2024-07-31 13:04本頁(yè)面
【正文】 區(qū)擴(kuò)散 ,電子從 n 區(qū)向 p 區(qū)擴(kuò)散。對(duì)于 n 區(qū) ,電子離開后 ,留下不可移動(dòng)的帶正電荷的施主離子。7]。界面層附近的電子和空穴在復(fù)合之前 ,將通過(guò)內(nèi)建電場(chǎng)的作用被相互分離。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。光生電場(chǎng)的方向與內(nèi)建電場(chǎng)相反 ,因此它的一部分可與內(nèi)建電場(chǎng)相抵消 ,其余部分則可使 p 區(qū)帶正電 ,n 區(qū)帶負(fù)電 。 對(duì)于太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō) ,太陽(yáng)能或其它光能到電能的轉(zhuǎn)換僅在界面層附近才有效。因此 ,太陽(yáng)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(wú)衰減地到達(dá)界面層。 太陽(yáng)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(zhǎng) ,以確保它們?cè)诒环蛛x之前不會(huì)復(fù)合。 在太陽(yáng)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。只要太陽(yáng)光照持續(xù)不斷 ,負(fù)載上就一直有電流通過(guò)。 1） 單晶硅太陽(yáng)能電池 硅系列太陽(yáng)能電池中，單晶硅大陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。現(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。在此方面，德國(guó)夫朗霍費(fèi)費(fèi)萊堡太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所保持著世界領(lǐng)先水平。并在表面把一 13nm。Kyocera公司制備的大面積（ 225cm2）單電晶太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率為 19． 44%，國(guó)內(nèi)北京太陽(yáng)能研究所也積極進(jìn)行高效晶體硅太陽(yáng)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) %。 要想大幅度降低其成本是非常困難的。 2） 多晶硅太陽(yáng)能電池 目前，太陽(yáng)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(guò)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(yáng)能電池片，即多晶硅太陽(yáng)能電池。一般商品多晶硅太陽(yáng)能電池組件的轉(zhuǎn)換效率為 12%~14%。它是太陽(yáng)能電池的主要產(chǎn)品之一。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(yáng)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。 非晶硅 (aSi)薄膜太陽(yáng)電池 非晶硅太陽(yáng)電池是上世紀(jì) 70 年代中期發(fā)展起來(lái)的一種薄膜太陽(yáng)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。 圖 1 非晶硅太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu) 圖 2 非晶硅太陽(yáng)電池組件 非晶硅太陽(yáng)電池主要是以玻璃、不銹鋼等為襯底的薄膜太陽(yáng)電池，結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。 圖 3 非晶硅太陽(yáng)電池組件結(jié)構(gòu) 圖 4 非晶硅太陽(yáng)電池制備過(guò)程 由于太陽(yáng)光譜分布較寬，現(xiàn)有的半導(dǎo)體材料只能在一有限波段轉(zhuǎn)換太陽(yáng)能量，所以單結(jié)太陽(yáng)電池不能充分利用太陽(yáng)能。疊層太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)見圖 3。 圖 4 是非晶硅太陽(yáng)電池制備方法示意圖，把硅烷 (SiH4)等原料氣體入真空度保持在 10— 1000Pa 的反應(yīng)室中，射頻 (RF)電場(chǎng)產(chǎn)生輝光放電，原料氣體被分解，在玻璃或者不銹鋼等襯底上形成非晶硅薄膜材料。為得到性能良好的太陽(yáng)電池，避免反應(yīng)室內(nèi)壁和電極上殘存的雜質(zhì)摻入到電池中，一般都利用隔離的連續(xù)等離子反應(yīng)制造裝置，即 P,I,N 各層分別在專用的反應(yīng)室內(nèi)沉積。 （ 2）易于大規(guī)模生產(chǎn)。 （ 4）非晶硅電池工作中不受環(huán)境的影響，而晶體硅電池如果其中一小部分被遮擋，會(huì) 產(chǎn)生孤島效應(yīng)，這將極大的降低整個(gè)組件的功率輸出。 非晶硅太陽(yáng)電池主要缺點(diǎn)有兩個(gè) .一是它的不穩(wěn)定性，即光電轉(zhuǎn)換效率會(huì)隨著光照時(shí)間的延續(xù)而衰減，另外光電轉(zhuǎn)換效率也比較低，一般在８％到１０％之間。非晶硅及其合金的光暗電導(dǎo)率隨光照時(shí)間加長(zhǎng)而減小，經(jīng) 170~200 ℃溫度 2h，又可恢復(fù)原狀，這種現(xiàn)象稱為 SW 效應(yīng)。因此要提高非硅太陽(yáng)電池的穩(wěn)定效率，首先要獲得高穩(wěn)定性的 I 層的 aSi:H 材料。采用這些制備技術(shù)和制備工藝的主要目的都是為了減少非晶硅膜中的 H 含量和缺陷態(tài)密度，使其形成穩(wěn)定的 SiSi鍵和 SiH鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 另外與微晶硅結(jié)合生成非晶硅／微晶硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池也是目前非晶硅薄膜電池研究的主要方向，這種電池不僅繼承了非晶硅電池的優(yōu)點(diǎn)，而且可以延緩非晶硅電池的效率隨光照衰減的速度。但是它保持了晶體硅太陽(yáng)電池的高性能和穩(wěn)定性，而且材料的用量大幅度下降 ，又明顯地降低了電池成本。其晶粒尺寸一般約在幾十至幾百納米級(jí)，大顆粒尺寸可達(dá)微米級(jí)。多晶硅薄膜電池的研究重點(diǎn)有兩方面，一是電池襯底的選擇，二是制備方法。圖 4 所示的日本 Kaneka 公司的 STAR 太陽(yáng)電池就屬于這類電池。 STAR 太陽(yáng)電池的效率達(dá)到10． 1％。為了得到較大顆粒的硅薄膜 , 需要將細(xì)小顆粒轉(zhuǎn)化成較大顆粒 , 硅薄膜通常要經(jīng)加熱熔化后再冷卻過(guò)程即液相晶化過(guò)程來(lái)增大薄膜顆粒。適宜的襯底僅有極少數(shù) , 如耐高溫的石墨片 , 重?fù)诫s的硅帶 , 某些陶瓷材料如 SiC, Si
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