薄膜太阳能电池的研究与发展趋势

2016-06-14 08:09 [新能源论文] 来源于：互联网作者：互联网

导读：摘要：作为一种新生代的能源，薄膜太阳能电池正得到不断的研究与发展，并取得了很大的进展。主要介绍了非晶硅、多晶硅薄膜太阳能电池，通过比较这两种薄膜太阳能电池的特点总结出一般薄膜太阳能电池的特色，同时阐述薄膜太阳能电池的发展趋势。关键词：薄膜

　　摘要：作为一种新生代的能源，薄膜太阳能电池正得到不断的研究与发展，并取得了很大的进展。主要介绍了非晶硅、多晶硅薄膜太阳能电池，通过比较这两种薄膜太阳能电池的特点总结出一般薄膜太阳能电池的特色，同时阐述薄膜太阳能电池的发展趋势。

　　关键词：薄膜太阳能电池光电效应

　　中图分类号：TK51　文献标识码：A　文章编号：1007-3973(2011)004-030-01

　　 1　引言

　　随着人们对物质、精神生活的要求不断提高，薄膜太阳能电池作为薄膜技术和光电子技术相互交叉的产物，早在2009年IBM公司公布的“IBM未来五年的五项创新”(IBM Next Five in Five)中，就包括了薄膜太阳能电池的普及应用。近年来，许多科学工作者正在进行光电薄膜材料的研究与开发，其中包括：Ge和si单晶和以它们为基的掺杂体以及CdTe，ZnSe、HgSe、PbS，PbSe、InP、InAs、GaAs等化合物半导体。光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，也就是光能转换成电能。这类光致电变的现象被人们统称为光电效应。光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏特效应。薄膜太阳能电池就是利用光伏效应原理所制造的。由于薄膜太阳能电池无污染，易于使用推广，正受到许多国家的青睐，由此可以解决当今世界的能源短缺问题。

　　2　薄膜太阳能电池

　　目前薄膜太阳能电池可分为非晶硅(a-Si)、微晶硅、化合物半导体II―IV族[cdS、CdTe、CulnSe2]、色素敏化染料(Dye-Sensi，tized Solar Cell)、有机导电高分子(0rganic／polymer solar cells)、CIGS(铜铟硒化物)等。当前太阳电池的主导材料是硅材料，在成品太阳电池成本份额中，由于非晶硅太阳电池的厚度不到lμm，不足单晶硅太阳电池厚度的1／100，这就大大降低了生产成本，又由于非晶硅太阳电池的制造温度很低(～200℃)、容易实现大面积生产等优点，使其在薄膜太阳电池中占据着非常重要的地位。但由于非晶硅薄膜太阳能电池存在光致衰减效应，阻碍了其进一步的发展。在研究人员的努力下，研发出了多晶硅薄膜太阳能电池，其成本低且具有高迁移率，还没有光致衰减效应。

　　a-Si：H薄膜非晶硅薄膜制造太阳能电池的成本明显比单晶硅的成本低很多，而且其具有诸多优点令之成为光电薄膜光伏器件中的优良产品。(1)作为太阳能电池，由于非晶硅薄膜的光吸收系数大，从而使其所需厚度较小：(2)生产过程简单，消耗能量少；(3)可成批生产：(4)可采用玻璃、不锈钢片、塑料等材料作为衬底，生产成本降低。由于非晶硅薄膜太阳能电池的生产成本低，使之被越来越多的国家重视并被列入许多国家的重要研发项目。非晶硅薄膜太阳能电池的制造方法有电子回旋共振法、光化学气相沉积法、直流辉光放电法、射频辉光放电法、溅谢法和热丝法等。

　　通过几年的研究发现，叠层太阳能电池能使较窄能隙材料电池吸收波长较长的光，同时使最外边的窄隙材料电池吸收波长最短的光，从而最佳的提高光能转化为电能的效率。另外非晶硅薄膜太阳能电池仍存在需要解决的问题：(1)光致衰减效应造成电池的转化效率降低；(2)沉积速率低，加工困难，使非晶硅薄膜太阳能成批生产量降低：(3)在薄膜沉积过程中会有杂质出现，如02、Nz、C等，对薄膜的性能产生不良影响。

　　Poly-Si薄膜多晶硅太阳能电池是兼具非晶硅薄膜电池的材料制备工艺相对简化以及单晶硅电池的长寿命和高转换效率等优点的新一代电池，其转换效率一般为12％左右，并且可以在廉价衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜电池。多晶硅薄膜太阳电池是将多晶硅薄膜生长在衬底材料上，用相对薄的晶体硅层作为太阳电池的激活层，不仅保持了晶体硅太阳电池的稳定性和高性能，而且材料的用量明显下降，降低了成本。按成膜过程可将制备方法分为两类：一类是直接在衬底上沉积多晶硅薄膜：另一类是先制备非晶态材料，再固相晶化为多晶硅。

　　3　特色

　　(I)功率温度系数较好：(2)光传输性能较好；(3)累积发电量较高；(4)所需硅原料较少；(5)厚度薄：(6)材料资源丰富：(7)可与建材整合性运用。

　　4　发展趋势

　　有机薄膜太阳能电池作为一种新型光伏电池，其制各工艺简单、价格低廉、柔性、质轻，为人类解决能源问题提供了一种崭新的途径。据报道，此前的有机薄膜太阳能电池是把两层有机半导体的薄膜接合在一起，其太阳能到电能的转换率约为1％。新型有机薄膜太阳能电池在原有的两层构造中间加入一种混合薄膜，变成三层构造，这样就增加了产生电能的分子之间的接触面积，从而大大提高了太阳能转换率。相信在不久，有机薄膜太阳能电池将会逐步成为太阳能电池的主导。

　　5　结语

　　综上所述，可知，由于a-Si薄膜太阳能电池存在光之衰减效应，虽然其成本相对较低，但其效率不高，难以成为最终适用的产品。多晶硅薄膜太阳能电池集聚了单晶硅和非晶硅各自的优点，且制备方法较多，有利于成批产业化生产。在不久的将来，薄膜太阳能电池会逐步取代传统的能源，成为人们日常生活中不可或缺的一部分。

　　参考文献：

　　[1]钟迪生.硅薄膜太阳能电池研究的进展[J].应用光学，2001,(03).

　　[2]张力，薛钰芝.非晶硅太阳电池的研发进展[J].太阳能，2004，(2)，24.

　　[3]郭建锦.非晶硅太阳能电池[J].现代物理知识，1997,(03).

　　[4]倪嘉，鲍田，王芸.a-Si：H薄膜太阳能电池[J].建材世界，2009,(05).

　　[5]Izabela Kuzma，Guy Beaucarne，JefPoortmans.提高薄膜太阳能电池的效率[J].集成电路应用，2008，39.

（编辑：韩语）

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