硅太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介

太陽(yáng)能電池是通過(guò)光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。太陽(yáng)能電池按結(jié)晶狀態(tài)可分為結(jié)晶系薄膜式和非結(jié)晶系薄膜式兩大類(lèi)，而前者又分為單結(jié)晶形和多結(jié)晶形。以光電效應(yīng)工作的薄膜式太陽(yáng)能電池為主流，而以光化學(xué)效應(yīng)工作的濕式太陽(yáng)能電池則還處于萌芽階段。硅太陽(yáng)能電池分為單晶硅太陽(yáng)能電池、多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池和非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池三種。

一、單晶硅太陽(yáng)能電池

單晶硅大陽(yáng)能電池在硅系列太陽(yáng)能電池中轉(zhuǎn)換效率zui高，技術(shù)也zui為成熟。高性能單晶硅電池是建立在高質(zhì)量單晶硅材料和相關(guān)的成熱的加工處理工藝基礎(chǔ)上的?，F(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(kāi)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。提高轉(zhuǎn)化效率主要是靠單晶硅表面微結(jié)構(gòu)處理和分區(qū)摻雜工藝。國(guó)內(nèi)北京太陽(yáng)能研究所積極進(jìn)行晶體硅太陽(yáng)能電池的研究和開(kāi)發(fā)，研制的平面單晶硅電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到19.79%，刻槽埋柵電極晶體硅電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)8.6%。單晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率zui高使其在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)供應(yīng)中占據(jù)著主導(dǎo)地位，但由于受單晶硅材料價(jià)格及相應(yīng)的繁瑣的電池工藝影響，致使單晶硅成本價(jià)格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困難的。為了節(jié)省高質(zhì)量材料，尋找單晶硅電池的替代產(chǎn)品，現(xiàn)在發(fā)展了薄膜太陽(yáng)能電池，其中多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池和非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池就是典型代表。

二、多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池

通常的晶體硅太陽(yáng)能電池是在厚度350－450μm的高質(zhì)量硅片上制成的，這種硅片從提拉或澆鑄的硅錠上鋸割而成。因此實(shí)際消耗的硅材料更多。為了節(jié)省材料，人們從70年代中期就開(kāi)始在廉價(jià)襯底上沉積多晶硅薄膜，但由于生長(zhǎng)的硅膜晶粒大小，未能制成有價(jià)值的太陽(yáng)能電池。為了獲得大尺寸晶粒的薄膜，人們一直沒(méi)有停止過(guò)研究，并提出了很多方法。目前制備多晶硅薄膜電池多采用化學(xué)氣相沉積法，包括低壓化學(xué)氣相沉積和等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝。此外，液相外延法和濺射沉積法也可用來(lái)制備多晶硅薄膜電池。液相外延法的原理是通過(guò)將硅熔融在母體里，降低溫度析出硅膜。中國(guó)光電發(fā)展技術(shù)中心采用液相外延法在冶金級(jí)硅片上生長(zhǎng)出硅晶粒，并設(shè)計(jì)了一種類(lèi)似于晶體硅薄膜太陽(yáng)能電池的新型太陽(yáng)能電池，稱(chēng)之為“硅粒”太陽(yáng)能電池，但有關(guān)性能還不是很清楚。由于多晶硅薄膜電池所使用的硅遠(yuǎn)較單晶硅少，又無(wú)效率衰退問(wèn)題，并且有可能在廉價(jià)襯底材料上制備，其成本遠(yuǎn)低于單晶硅電池，而效率高于非晶硅薄膜電池，因此多晶硅薄膜電池不久將會(huì)取代單晶硅電池在太陽(yáng)能電地市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。

三、非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池

提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本是開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能電池的兩個(gè)關(guān)鍵。由于非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的成本低，便于大規(guī)模供應(yīng)，普遍受到人們的重視并得到迅速發(fā)展。非晶硅作為太陽(yáng)能材料盡管是一種很好的電池材料，但由于其光學(xué)帶隙為1.7eV，使得材料本身對(duì)太陽(yáng)輻射光譜的長(zhǎng)波區(qū)域不敏感，這樣一來(lái)就限制了非晶硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。此外，其光電效率會(huì)隨著光照時(shí)間的延續(xù)而衰減，即所謂的光致衰退S一W效應(yīng)，使得電池性能不穩(wěn)定。解決這些問(wèn)題的這徑就是制備疊層太陽(yáng)能電池，疊層太陽(yáng)能電池是由在制備的p、i、n層單結(jié)太陽(yáng)能電池上再沉積一個(gè)或多個(gè)P-i-n子電池制得的。疊層太陽(yáng)能電池提高轉(zhuǎn)換效率、解決單結(jié)電池不穩(wěn)定性的關(guān)鍵問(wèn)題在于它把不同禁帶寬度的材科組臺(tái)在一起，提高了光譜的響應(yīng)范圍；頂電池的i層較薄，光照產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度變化不大，保證i層中的光生載流子抽出；底電池產(chǎn)生的載流子約為單電池的一半，光致衰退效應(yīng)減??；疊層太陽(yáng)能電池各子電池是串聯(lián)在一起的。

單結(jié)非晶硅太陽(yáng)能電池的zui高轉(zhuǎn)換效率是在小面積（0．25cm2）電池上取得的。南開(kāi)大學(xué)的耿新華等采用工業(yè)用材料，以鋁背電極制備出面積為20X20cm2、轉(zhuǎn)換效率為8．28％的a－Si/a－Si疊層太陽(yáng)能電池。非晶硅太陽(yáng)能電池因其較高的轉(zhuǎn)換效率和較低的成本及重量輕等特點(diǎn)，有著極大的潛力。但同時(shí)由于它的穩(wěn)定性不高直接影響了它的實(shí)際應(yīng)用。如能進(jìn)一步解決穩(wěn)定性問(wèn)題及提高轉(zhuǎn)換率，非晶硅太陽(yáng)能電池必將成為太陽(yáng)能電池的主要發(fā)展產(chǎn)品之一。