薄膜太阳能电池的发展动态

本文由天地之霸880322贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。维普资讯节睡近年来世界上太阳能电池总产量以每年超过３％０１非晶硅（－ｉａｓ）薄膜电池的速度增长，２００５年世界光伏系统总装机容量达２０ＭＷ，年发电量约为３亿ｋ２００Ｗｈ。目前，太阳能电非晶硅薄膜太阳能电池的成本低，便于大规模生产，因此普遍受到重视并得到迅速发展。早在上个世纪７年代，０国外就开始了对非晶硅电池的研制工作，近些年它的研制工作得到了迅速发展，目前世界上已有池产业仍然以晶体硅太阳能电池为主，大约占全部光伏电池的９％，其中多晶硅电池占２３全球光伏行业０／。迅猛增长引起全球太阳能级多晶硅需求的快速扩张，然而，目前全球的太阳能级多晶硅产量仅为２ｔ万，远。低于市场的需求。预计，到２０年以前，太阳能级多０８晶硅仍将处于供不应求的状态。为了适应太阳能电池。许多家公司在生产该种电池产品。一条年产５ＭＷ柔性衬底非晶硅薄膜太阳能电池的示范生产线已经在我国天津建成投产。这条生产线是国内生产规模最大、也是唯一可制造双结非晶硅太阳电池的生产线。它的建高效率、低成本、规模化发展的宗旨，最有效的办法就成投产，使我国非晶硅薄膜太阳电池初步实现产业化生产。是不采用由硅原料、硅锭、硅片到电池的工艺路线，而直接由原材料到电池的工艺，即发展薄膜太阳能电池技术。目前比较成功的薄膜太阳能电池技术主要有非晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电池、铜铟硒电池和碲化镉电池。非晶硅的光学带隙为１７Ｖ，材料本身对太阳辐．ｅ其射光谱的长波区域不敏感，因而限制了非晶硅太阳能电池的转换效率。此外，其光电效率会随着光照时间的延长而衰减，即所谓的光致衰退ｓｗ效应，使得电—薄膜电池的发展动态刘玉萍，陈枫，郭爱波，李斌，但敏，刘明海，胡希伟（中科技大学电气与电子工程学院，湖北武汉４０７）华５０４摘要：对目前嘲内外研究得最热的儿种薄膜电池：非晶硅（ｓ）多品砖ａｉ，（ｏＹＳ）ｐｌｉ，铜锢俩（ｕｎｅＩ）ＣＩＳ：ＣＳ，碲化镉（ｄｒ）Ｃｅ薄膜电池的技术发欣溉况及商、化生产情况作ｒ介，鼹ｊ薄膜太能电池的发腱ｆ景。【ｋ１ｉ『关键词：薄膜太阳能电池；非品硅；多品硅；铜铟硒；碲化镉池性能不稳定。人们采用了制备叠层太阳能电池来解决这一问题。叠层太阳能电池就是在制备的ｐ、ｎ、ｉ层单结太阳能电池上再沉积一个或多个ｐｉｎ子电池制——得的，各子电池串联在一起。叠层太阳ｚ－日电池把不同禁￣ｐｂ，带宽度的材科组合在一起，高了光谱的响应范围；其提顶电池的ｉ层较薄，光照产生的电场强度变化不大，保证ｉ层中的光生载流子抽出；底电池产生的载流子约为单电池的一半，光致衰退效应减小，从而提高了电池的转换效率、解决了单结电池的不稳定性。非晶硅薄膜的制备方法有很多，如等离子体增强ＣＶＤ法甚高频等离子体增强ＣＶＤ法，微波电子回旋共振ＣＶＤ法，热丝ＣＶＤ法等。反应原料气体为Ｈ，２０．．１?０６Ｎｏ１月刊维普资讯研究搽门稀释的Ｓｌ，衬底主要为坡璃和锈钢片，制成的怍ｉ晶硅薄膜经过不同的电池工艺过程一分别制得单结电池和叠层电池。日本中央研究院制得的非晶硅电池的转换效率已达ｌ．％。国内南丌大学薛俊明等采用射３２频等离子体增强化学气相沉积技术制备非品硅顶电池，采用甚高频等离了体增强化学气相沉积技术制备微品能量的太ｌ光＿，有更高的转换效率极限，５『具Ｈ．而且ｐｌｏｙ—ｓ薄膜没有光致衰退效应。理沦计算表明，ａ—ｉｉＳ／ｐｌｏｙ—Ｓ鲁层电池的效率Ｈ达２％。ｐｌＳ薄ｉＪ８‘ｏｙｉ膜的制备进一步提高了硅基薄膜人阳能电池性能。Ｋａｅａ司设讣的ＳＡＲ结构的多晶硅薄膜电池，ｎｋ公Ｔ效率已达１．％，厚度＜５ｔｍ，无光致衰降现象；另０７且ａ一硅底电池，研制出了面积为１０ｍ．ｃ，效率达９８％的．３种ＳＯ结构的多晶硅薄膜电池１０ｍＩ０ｃ，获得了高达ｌ．２的效率。Ｈ．ｒｋｗａ等制备出了效率高达４２％Ｍｏｉａ１％的多晶硅薄膜电池。日本三菱公司用该法制备电６薄膜非晶硅／微晶硅叠层太阳电池。非品硅太阳能电池由于具有较高的转换效率和较低的成本及重量轻等特点，有着极大的潜力。但同时由于它的稳定性／高，ｆｉ直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性及提高转换率问题，那么，晶硅非大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。池，效率达１．２６４％。德国费莱堡太阳能研究所采用区域再结晶技术在Ｓ衬底卜得的多晶硅电池转换效率ｉ制为ｌ％。９理论和实践均表明，多晶硅薄膜太阳能电池很有町能成为２世纪最有前途的一种薄膜太阳能电池。ｌ２多晶硅（ｏｙ—Ｓ）电池ｐｌｉ薄膜多晶硅（ｏｙＳ）膜是由许多大小不等，具有ｐｌｉ薄不『晶面取向的小晶粒构成的。其晶粒尺寸一般约在百ｌ几十至几百ｉ级，人颗粒尺寸町达ｔｍ级。多晶硅ｉ＿ｍａ薄膜在长波段具有高光敏性，能有效吸收叮见，具有与晶体硅一样的光照稳定性，因此被公认为是高效、３铜铟硒（ｓ系薄膜电池ｃｌ）ＣＳ薄膜是一种Ｉ一Ⅲ一Ⅵ族化合物半导体，具Ｉ有黄铜矿、闪锌矿两个同素异形的晶体结构，掺入镓Ｇａ即形成为化合物ＣＧＳＩ。铜铟薄膜太ｍ能电池属丁技术集成度很高的化合物半导体光伏器件，由低耗的理想光伏材料。多晶硅薄膜电池只有晶体硅电池厚度的３％左右。要得到同样的转换效率，埘薄膜材料的质量，数载流子的扩散长度，少要求仅是对硅片要求的１３。在制造工艺上，多品硅薄膜电池集电池和／０在玻璃或廉价的衬底Ｌ积多甚薄膜『沉斫构成。薄膜总厚度约２～３ｔｍ，具有高转换效率、低成本、无衰退ａ等综合性能。德国、美国和日本已经完成ｒ铜钢硒薄膜太阳能电池中试开发，开始进入大规模产业化技术攻关。日组件十一体，从而人大降低了生产成本。为了获得大尺寸品粒的薄膜，目前制备多晶硅薄膜电池多采用等离子增强化学气相沉积和低压化学气相沉积＿。此外，液相外延法和溅射沉积法也可用Ｔ艺本Ｈ和石油公司创下了这种ＣＳ系薄膜太阳能电池转ｆｊＩ换效率的最高世界记录。面积为８４ｍ６ｃ的转换效率为ｌ．％，面积为３６ｃ的转换效率为ｌ．％。泼公刮４３５０ｍ３４中央研究室完成ｒ使用该太阳能电池的日本第一个ｌｋ太阳能发电系统，０Ｗ使该太阳能电池的实用化向前迈进了一大步。在国内，此项日已经列入＿国家能源战略性ｒ寄科技发展项目，“五”期间的８３十６可再生能源众多项来制备多品硅薄膜电池。化学气相沉积主要是以Ｓｌ２１、ＳＨＣ３ｉ１或Ｓｌ为反应气体，在一定ｉＣ２ｉ１、ＳＣ４ｉ的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在加热的衬底上，衬底材料一般选用Ｓ、ＳＯ、Ｓ等。但是在非硅衬ｉｉ２ｉＮ４底上很难形成较大的晶粒，且容易在晶粒问形成空并隙。为了解决这－ｒ题，研究发现先用ＬＣｑ］ＰＶＤ法在衬底上沉积一层较薄的非晶硅层，再将这层非晶硅层退火，可以得到较大的晶粒，然后再在这层籽晶上沉目中投资强度排在首位。南开大学研制开发的电池光电转换效率已经达到１％，已接近世界先进水。目前４该项目的实验室技术基本成熟，开始进人中试技术开发阶段，预计２００６年底完成中试，２０年开始进行０７积厚的多晶硅薄膜。利用这样的多晶硅薄膜制得的太阳能电池转换效率明显提高。Ｈｏｙ—Ｓ薄膜代替ａ—Ｌｅ作底电池，其带ｉｌｐｉＳＧ隙可做到１１ｅ，ａ－ｉＳＧ．２ｖ与Ｓ／ａｉｅ／ａ—ＳＧ薄ｉｅ膜电池相比，ａ—ｉｏｙＳ薄膜电池能吸收更小Ｓ／ｐｌｉ２０．０６Ｎｏ?玛＝｝Ｕ５ＭＷ生产线的技术开发。南开大学已与天津保税区签署合作协．【义，将在保税区建设我国第一条铜铟硒薄膜太阳能电池中试线，使我国成为继德、美、日之后的第四个开展这种电池中试开发的围家，并将形成具备自维普资讯有知产权ｎ铜钠硒薄膜人阳能电池产、。勺ｌ刈操作人贯健康的害足小忽Ｉ。找ｆＪ能，Ｉ（Ｊ『获取清能源的时，义埘人体手人炎生Ｊ１新的危害。ｒ｝符闺均人御究，］）ｒ『ｆ：境造成制备ＣｌＳｕｎｅ薄膜的方法彳：反应溅射、真蒸丁皮．，法（源、舣源、ｉ）、喷射热解法、化学池沉积源法、电沉积、封窄阃的化学气卡输运、ｎ化学气卡沉ｎ积、分千束外延有机金属化学气十沉积等。Ｈ』述川题不：久将会逐个珩决，从Ｉ使啼化铺薄膜电池成为水军ｍ会新的能源成分之?。制钢硒（Ｉ）Ｃｓ系薄膜太阳能电池是未来的太阳能电池主流产品之一，可ｒ泛应用于大太ｌ能电站、节能楼５【］宇玻璃肢航空航等军事用途，有营巨大的市场需求。５结束语纵太ｌ能电池这些午的速发展，尢【足材料、５｝｛仑结构的卜，还是制箭Ｊ岂的改进，都是为＿富ｒ降低成４碲化镉（Ｔ）Ｃｄｅ薄膜电池碲化午足一鬲种化合物半导体，其带隙最适合丁光本，提高转换效半。ｌ符／投人人的人、ｌ１＝ｆ州｝物力、财研发太ｌｆ池，定本Ｉ５ＬｌＬ制冶皂的发腱计划，从ｌＪｌＪ速太能电池的夫规模实｝化进程。美同、德平ｌ｝｛ｕ电能量转换。用这种半导体做成的太阳电池有很高的理论转换放牢。碲化镉容易沉积成大面积的薄膜，沉积速率也高。ＣＴ薄膜太阳电池通常以ＣＳ／ＣＴｄｅｄｄｅ异质结为荩础。管ＣＳ［ｄｅ¨ｄ￣ＣＴ干品格常数相差１％，Ｊ０世它ｆ组成的质结电学能优，制成的人ｌ电池『Ｊ５几ｆ小除ｒ传统晶体硅电池的研究＿，上止在…界１ｆＩｌ１：自歹】ＨＩ，在薄膜１阳能电池的ＪＪ也较为领。德人十】已经建成ｒ世界卜＋仓部宋这种电池来提供能第源的建筑。Ｈ本水…公司也叶划建造ｕ大批节ｄ＊薄Ｊ－．：Ｊ的填充Ｉｎ岛Ｆ０７。达Ｆ．５Ｃｃｄｒ器件通常在玻璃衬城上制造，玻璃上一层为透Ｉ判电极，其后的薄甚为ＣＳｄｅ背电极，喜ｄ、ＣＴ和背电极ｌ以足碳浆料或金属薄Ｌ。Ｃ电池要求光滑ｎＪｄＦｅ的ＴＣＯ表面，这样。Ｊ以ｕ能减小ＣＳ厚度，提高Ｊ。ｄＣＳ和Ｃｒ的结品顷量，使ＣＳ与Ｃｅ能形成ｄｄｒｅｄｄＦ性能优良的质结。ＣＴｉ帆方法也多，Ｉｄｅ５电沉、膜人能电池板的１Ｊ。：－‘找，锡尚德等公Ｊ＿Ｊ也－ｆ进行着埘这电池技术的研究。｛：薄膜太能电池的低成本增ｒ它ｆ人Ｉ能一体ｊＩＩｆ竞争的实力。｝削备技术ｌ艺的改进，近儿池｝｛：午来其光电转换效率断提高，术求尤伏ｆ￣；ｔＨ发展中必然有赫地侮。ＰＣＩ征薄帻材料制箭方而ＥＶ。）有独特的优势，圳是与其它技术（特如趟雾化）的联、近距离外华崩，沉积的薄膜成分方便州，｝ｌ以层计，Ｊ』＿『他成为多功能复合材料，常适合川薄膜人…能电卜池材料的带Ｊ。我们课题组【备使川陔技术进行ＳＳｎ近离蒸气转运法、喷涂法、丝网刷法、ＭＯＣＶＤ千Ｅ等等。ＣＴ的ＪｕＡＬｄｅ度通常为１５ｍ，ｉ．～３ｆｒｉＣＴｄｅ对。光的吸收，１５Ｉ就足够了。ｊ．ｎ薄膜太『能电池材料圳箭的研究ｒ，十关结果将陆５Ｈ作¨续十道。然，要使薄膜太能电池真Ｔ成为种新｛乏ｆ＝能源，在民经济主战场Ｌ发挥重要Ｉ，除卜ＩＩＪ需晏进一一碲化镉薄膜人阳电池的制造成夺低，足应前持最好的新，人阳电池，它已经成为美、德、口、意等同研究开发的土要对象。目前，已获得的最高效率为ｌ．％。６５四川人学太阳能材料与器件研究所在冯良柯教授的带步提高效率，降低生产成本，还要解决人觇摸生产巾的关键｝术。相信薄膜太阳能电池的发展将会更快支的推动“色电力”的实现。■绿参考文献：［］阁怀恩，１陈光华朱秀红，．丝辅助ＭＧＶ等热ＷＥｇＣＤ技术高速沉积高质量氢化非晶硅薄膜『．Ｊ人工晶体学报，０５４５：］２０ｊ（）４７１４７４领下，率先在找【开展Ｊ化镉薄膜太Ｉ电池的研究。玉Ｉ碲３几“九”期间，承担了科技部资助的科技攻关计划课题：“ⅡⅥ族化合物半导体多晶薄膜人阳电池的研制”。阳川人学已经ｌＪ出的碲化镉薄膜太阳电池转换带箭ｌ效率达１．％，进入了世界先进行列。１６高转换效率、低成本和高稳定性的人ｍ能电池一直是研究人员追求的日。此，以ＣＴ，ＣｌＳ，ｄｅｕｎｅ［］薛俊明，２麦耀华，颖，．膜非晶硅／微晶硅叠县太阳赵等薄电池的研究［．阳能学报，０５２（）１６９Ｊ太］２０，６４：６１６『］ａｓｕ，．ｌｕａＲ．Ｈｙ，．ｔｙｏｃｔＣＤｐｌＳｆｓ５ＭｔｍｒＨ，ｋ，，ｅａＡＳｕｎａ—Ｖｏｉｉｕａｉｄｄｙｌｍｆｒｏａｃｌｐｌａｉｎｏｓｌｒｅｌｐｉｔｏａｃ、ｏ＆ＥｅｇｙＳｌｒｎＭａ：ｒａｓ＆ｄｏａＣｅｌｒｌｉｌｎＳｌｒｌｅｓ多晶硅喊和Ｉｆ硅膜为代表的薄膜人阳电池倍受关沣。￣Ｈ：ｔＣＴ薄膜太阳