太阳能电池的分类

太阳能电池的分类太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式(以下表示为a-)两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形。按材料可分为硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机膜形，而化合物半导体薄膜形又分为非结晶形(a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等)、ⅢV族(GaAs,InP等)、ⅡⅥ族(Cds系)和磷化锌(Zn3p2)等。太阳能电池根据所用材料的不同，太阳能电池还可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。（1）硅太阳能电池硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。（2）多元化合物薄膜太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。砷化镓（GaAs）III-V化合物电池的转换效率可达28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率,抗辐照能力强,对热不敏感，适合于制造高效单结电池。但是GaAs材料的价格不菲,因而在很大程度上限制了用GaAs电池的普及。铜铟硒薄膜电池（简称CIS）适合光电转换，不存在光致衰退问题，转换效率和多晶硅一样。具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向。唯一的问题是材料的来源，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展又必然受到限制。（3）聚合物多层修饰电极型太阳能电池以有机聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制造的研究方向。由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本底等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研究探索。（4）纳米晶太阳能电池纳米TiO2晶体化学能太阳能电池是新近发展的，优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在10％以上，制作成本仅为硅太阳电池的1/5～1/10．寿命能达到2O年以上。但由于此类电池的研究和开发刚刚起步，估计不久的将来会逐步走上市场。（5）有机太阳能电池有机太阳能电池，顾名思义，就是由有机材料构成核心部分的太阳能电池。大家对有机太阳能电池不熟悉，这是情理中的事。如今量产的太阳能电池里，95％以上是硅基的，而剩下的不到5％也是由其它无机材料制成的。晶硅太阳能电池的种类及特点太阳能电池是利用半导体的光生伏特效应，许多材料都可以用来做太阳能电池，因而太阳能电池的种类很多。一般希望太阳能电池具有以下特性：•转换效率高；•制造能耗少；•制造成本低；•原材料丰富；•电池使用寿命长；•无公害；下面就主要的几种太阳能电池进行介绍，包括它们的制备、结构和特点。一、单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池的特点：•作为原料的硅材料在地壳中含量丰富，对环境基本上没有影响。•单晶制备以及pn结的制备都有成熟的集成电路工艺作保证。•硅的密度低，材料轻。即使是50μm以下厚度的薄板也有很好的强度。•与多晶硅、非晶硅比较，转换效率高。•电池工作稳定，已实际用于人造卫星等方面，并且可以保证20年以上的工作寿命。单晶硅太阳能电池因为资源丰富，转换效率高，所以是现在开发得最快的太阳能电池。但因其制造工艺复杂，需消耗大量的能源，所以有成本高，能源回收周期长的缺点。能源回收期=制造太阳能电池所需的能量/太阳能电池一年产生的电能1、如何制备单晶硅材料Togetsiliconinsingle-crystalstate,wefirstmeltthehigh-puritysilicon.Wethencauseittoreformveryslowlyincontactwithasinglecrystalseed.Thesiliconadaptstothepatternofthesinglecrystalseedasitcoolsandsolidifiesgradually.Notsuprisingly,becausewestartfromaseed,thisprocessiscalledgrowinganewingotofsingle-crystalsiliconoutofthemoltensilicon.Severalspecificprocessescanbeusedtoaccomplishthis.ThemostestablishedanddependablemeansaretheCzochralskimethodandthefloating-zone(FZ)technique.CzochralskiprocessThemostwidelyusedtechniqueformakingsingle-crystalsiliconistheCzochralskiprocess.IntheCzochralskiprocess,seedofsingle-crystalsiliconcontactsthetopofmoltensilicon.Astheseedisslowlyraised,atomsofthemoltensiliconsolidifyinthepatternoftheseedandextendthesingle-crystalstructure.2、单晶硅太阳能电池的制备过程在得到硅单晶片后，就可以开始制备太阳能电池。其中pn结的形成可采用POCl3的气相扩散法，TiO2或SiO2、P2O5的涂敷扩散法以及直接掺杂P+的离子注入法等。由于其制造过程复杂、电能耗费大，所以成本较高，目前正在研究用自动化、连续化使成本下降.三紫外光太阳能电池紫外光太阳能电池是为了防止太阳能电池的表面（受光面）由于载流子的复合而使效率减小的电池。常规制备的电池是用普通扩散法制造的pn结硅太阳能电池，其结深约0.5μm，扩散电阻R约为35Ω/左右，以n+p结为例，n+磷扩散杂质分布不是典型的余误差函数分布，在表面附近具有几乎恒定的浓度，其值取决于在磷扩散温度下磷在硅中的固溶度。因而表面是极薄的重掺杂层。由于重掺杂效应及严重的晶格缺陷和畸变，使该层少子寿命极低，所以称该层为“死层”。通常一次扩散的结越深，则“死层”越厚。一般太阳能电池n+层的厚度在0.3-0.5μm，当用化学腐蚀法使膜厚变为0.1-0.2μm，就能减少“死层”，防止在n+层表面附近的载流子的复合，提高光生空穴的收集几率，使转换效率提高。这就是紫外光太阳能电池设计的出发点，即采用“浅结”技术。四无反射太阳能电池通信卫星无反射太阳能电池，即CNR（ComsatNonReflectiveSolarCell)电池，具有防止光在太阳能表面反射而使效率减小的结构。下面我们来介绍一些防反射技术。减少表面光学反射的技术我们已经介绍过，硅对入射太阳光的反射损失高达30%以上。为了提高转换效率，减少这种反射损失，可以采用以下技术：第一类是采用减反膜技术。硅太阳能电池常用的单层减反膜有SiO2、Ta2O5、Nb2O5、TiOx等。双层减反膜可以用Ta2O5、TiO2等薄膜。第二类是在(100)硅片的进光面上，采用各向异性化学腐蚀，制得特殊表面结构：如绒面、微槽面等。绒面或V型槽结构是用化学腐蚀方法在电池表面上得到许多有极小（1-2微米）的金字塔状或V型的凹凸层，在这种微结构表面上，入射光受表面第一次反射后，又得到第二次入射进硅衬底的机会，提高了光能利用率。CNR太阳能电池的最高转换效率可达18%。背面反射镜技术背面反射镜技术（BackSurfaceReflector，简称BSR）是在n+p太阳能电池的里面用铝等金属作成镜面反射镜，这样使长波长的光不会透射出电池。其效果还是相当明显的。表面钝化技术1984年，澳大利亚的研究小组研制出了转换效率达18.7%的金属-超薄绝缘层-np结（Metal-Insulator-npJunction，简称MINP）硅太阳能电池和转换效率达19.1%的钝化发射极（PassvatedEmitterSolarCell简称PESC）硅太阳能电池。MINP光电池：通常的电池光电流收集电极金属与半导体直接结合，这样，在半导体表面复合几率增大。MINP结构中引入了2-3纳米厚的极薄SiO2层，使得在n+表面的光生电子-空穴对的复合减少。同时，由于氧化膜很薄，电流可以通过隧穿效应流过，所以对短路电流的影响很小。PESC光电池：PESC电池的构造基本上与MINP的构造相似，只是在表面电极的构造上略有区别。硅衬底是用高质量的掺B的低电阻率FZ-Si片，然后在800-950度下进行磷扩散，形成浅结。在其上再形成10纳米厚的SiO2层作为钝化层起到防止光生载流子复合的作用。为了避免隧穿效应的影响，在钝化层中利用光刻技术刻出一个个接触微窗（小于接触电极面积），使金属与n+-Si直接接触以提高光电流的收集效率。同时也可减少金属电极的覆盖率。钝化发射极和背面定域扩散硅太阳能电池：在上述PESC电池的基础上，人们又提出了一种双面钝化的钝化发射极和背面定域扩散硅太阳能电池，即PERL（PassivatedEmitterandRearLocalDiffused）硅太阳能电池。在这种电池结构中，为了进一步减少受光面的界面复合和光学损失，采用了倒金字塔型减反结构，并在其上加上极薄SiO2层，再在其上覆盖双层减反膜以达到最佳减反效果。同时，在里电极上也加入极薄氧化层进行钝化以减弱背面复合，在钝化膜上刻出引入电极的窗口，利用窗口进行定域B扩散形成背电场，再将电极金属覆盖上形成PERL电池。这种结构的太阳能电池达到了单晶硅太阳能电池的最高转换效率，在AM1.5的光照下效率可达24%左右。点接触型太阳能电池：1986年美国的研究小组设计并研制出点接触型太阳能电池，它是目前世界上效率最高的硅聚光电池，在100个太阳照度下，转换效率达27.5%。在这种电池结构中，有以下特点：1、采用高电阻（100-400欧姆厘米）的掺B区熔p-Si单晶片。比常规低电阻率硅材料有更好的晶体完整性和更高的少子寿命值。高阻材料引起的电池体电阻增大，可由强聚光注入产生的光生载流子的调制而降低下来。2、结构新颖。正面无电极，因而栅极电极遮光损失C=0，同时，正面有绒面，并覆盖双层减反膜。基区薄（112-152μm），背面引出点式负电极及连通基区的正电极。3、工艺上采用氧化、光刻、磷和硼扩散及铝合金等集成电路微加工技术。工艺成熟，可靠性强。4、设计的pn结阵列，大大减小结面积，以此减小反向饱和电流，达到提高开路电压的目的。点图进入相册◆硅料5N-11N瓦克、德山、MEMC、DC等国内外品牌◆硅锭/棒◆硅片◆电池片◆组件◆太阳能硅材料废料点图进入相册◆硅料5N-11N瓦克、德山、MEMC、DC等国内外品牌◆硅锭/棒◆硅片