硅基薄膜太阳电池（一）

概述了硅基薄膜太阳电池所涉及的关键材料及其结构、电学和光学特性,同时结合高效率电池发展的趋势,对多结硅基薄膜太阳电池的结构设计、子电池带隙选择和影响其效率的隧穿结和陷光等方面进行了深入阐述,拟为获得高效率的硅基薄膜多结电池提供一定的技术资料。     

硅薄膜太阳电池制备技术发展概况

薄膜太阳电池是缓解能源危机的新型光伏器件。作为应用最为广泛的硅基薄膜太阳电池,本文主要总结硅薄膜电池的制备工艺和制备方法,讨论了不同陷光结构对太阳电池性能的影响,介绍了最新高效太阳电池的制备方法,并展望硅薄膜太阳电池的发展趋势。     

硅基薄膜太阳电池(九)

三单结硅基薄膜太阳电池的结构和工作原理1硅基薄膜太阳电池结构在常规的单晶和多晶太阳电池中,通常用p-n结结构。但对于硅基薄膜电池,所用的材料通常是非晶和微晶材料,由于非晶硅内存在大量尾态和悬挂键等缺陷态,载流子的迁移率很低,扩散系数也很低。如果采用通常的p-n结的电池结构,光生载流子在n型和p型中性掺杂区的扩散运动非常小,将直接影响短路电流。此外,由于非晶硅p-n结耗尽层内也存在着大量的缺陷态,会导致势垒区内光生载流子的大量复合。为此,硅基薄膜电池     

硅基薄膜太阳电池(十四)

2绒面透明导电膜绒面透明导电膜是实现光管理不可或缺的重要材料,是薄膜电池研究中的重点课题,尤其在对有源层材料的研究近乎日臻完善的状况下,光利用就成为提高效率的重要手段。不仅如此,对过去很少关注的掺杂层和透明导电层自身的光吸收问题也已经提上日程,说明效率的提高已经到了需要精益求精的程度。这与单晶硅电池研究后期正     

硅基薄膜太阳电池的生产工艺及设备

介绍了国内外薄膜太阳电池工业化生产的现状,分析了瑞士欧瑞康（Oerlikon）太阳电池公司的硅基薄膜太阳电池模块生产工艺和设备,总结等离子增强化学气相沉积的物理化学过程。通过非晶硅／微晶硅叠层太阳电池的SEM图和Ｉ-Ｖ特性,揭示出叠层太阳电池实现高效、高稳定、低成本的原因;并归纳出硅基薄膜太阳电池性能的研究热点及提高转换效率的核心技术。     

硅基薄膜太阳电池技术的发展

本文综述了硅基薄膜太阳电池技术的发展历程。在分析光伏产品现状基础上指出硅基薄膜太阳电池当前面临的挑战主要是稳定效率较低,面临大幅降价的晶硅电池,其发电成本不具备优势,导致其市场份额不高。详细分析了影响硅基薄膜太阳电池效率的原因,阐述了提高硅基薄膜太阳电池稳定效率的主要技术途径是:发展新型高吸收系数宽带隙和窄带隙光伏材料、采用多结叠层电池结构和光管理设计。     

薄膜太阳电池系列讲座(14) 硅基薄膜太阳电池(六)

下面分别对a-SiC:H、a-SiO:H和a-SiGe:H三种合金材料进行介绍。(1)非晶硅碳(a-SiC:H)合金硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)和甲烷(CH4)或乙烯(C2H4)等气源在等离子放电环境中,将发生化学反应生成非晶硅碳合金(a-SiC:H)。它主要通过掺杂获得p型的a-SiC:H,用作硅基薄膜叠层太阳电池的顶电池窗口层。根据使用气源性质的不同,在相同沉积条件下获得膜中的C含量与在气体中的含C气源流量比并不相同,反映了含C气源分解反应的     

薄膜太阳电池系列讲座(21) 硅基薄膜太阳电池(十三)

其中,Iblackbody(hω)为式(39)中若n=1时所描述的真空中光子能量为hω的能量流密度。这是因为均分定理保证无论是在外部黑体中还是在折射率为n的介质内,各个光子态上具有相等的占据几率,而由于在介质(n>1)内光子的态密度要比真空(n0=1)中的高出n2倍,因此式(39)描述了介质中的光能量密度比真空(黑体)中高n2(折射率的平方)倍。如果一束准直的光从设为     

薄膜太阳电池系列讲座(13) 硅基薄膜太阳电池(五)

上述光诱导的衰退经过150℃、几个小时或250℃、几分钟的热退火处理,对新产生的悬挂键进行钝化后,又会回到其起始值[23]。退火后的状态称为退火(annealing)态。退火态类似于刚沉积的材料,即未经受光诱导蜕化前所处的状态。一种简单的有实验证实的模型认为,新产生的悬挂键与悬挂键愈合(或钝化)之间,即使在较低的温度下也会达到动态平衡。光强越大,产生新悬挂键的     

硅太阳电池稳步走向薄膜化

考察了硅太阳电池在光伏产业中所处的地位,分析了薄膜硅太阳电池的发展趋势。指出硅太阳电池在未来15a仍将保持优势地位,并继续沿着晶硅电池和薄膜硅电池两个方向发展。在此发展过程中,两个发展方向的主流很可能会汇合到一起,共同促使低成本、高效率、高可靠薄膜晶硅电池的诞生和产业化,从而继续保持硅太阳电池的优势地位。     

薄膜太阳电池系列讲座(12) 硅基薄膜太阳电池(四)

图16为以等离子体内SiH3为生长前驱物模式的硅薄膜沉积示意图。此模型中假设在SiH3离子落向衬底之前,表面将被H覆盖。首先SiH4在等离子体内与电子发生碰撞,(1)电子将自己的动能给予SiH4,使其分解成SiH3和H原子;(2)SiH3附着于衬底表面;(3)SiH3在表面覆盖有H的帮助下,在衬底表面运动以寻找合适的成键位置;(4)最后在能量最低处与表面硅的悬键键合生成表面Si层上的原子之一;(5)上式分解出的原子H或表面覆盖的H,反过来也可能与     

薄膜太阳电池系列讲座(15) 硅基薄膜太阳电池(七)

(3)非晶硅氧(a-SiO:H)合金[34,35]以H稀释硅烷添加CO2作混合气源,控制衬底温度、沉积气压及CO2浓度比CO2/(CO2+SiH4)(其中硅烷用氢稀释浓度比SiH4/(SiH4+H2)表示),在等离子体放电作用下,CO2、SiH4、H2之间将产生以下反应:SiH4+CO2+H2→a-SiO:H,生成非(或微)晶硅氧合金薄膜。硅氧(SiO:H)合金可以是非晶态,也可以是含微晶相的。由Si的无规网络(图34a)与SiO2网络(图34b)之间融合状态的不同,硅氧合金的原子构     

硅基薄膜太阳电池（十）

单结硅基薄膜太阳电池的Ｖoc、Jsc。与带隙之间的实验结果如图48所示。由图中可知,晶体材料基本符合Green的半经验极限,据Kiess的理论数值有一个近乎平行的整体位移,而薄膜电池中多晶CdTe电池离Green极限有一定差距,而无定形非晶硅电池则差距较大,这与薄膜材料的结构、性能、制备工艺成熟程度明显相关。该数据对非晶硅电池的数据显得陈旧,目前Koc达到1V并非难事。     

薄膜太阳电池系列讲座(19) 硅基薄膜太阳电池(十一)

热动力学损失:光照产生的光生非平衡载流子,即使电子和空穴回到其能带底或顶的稳定位置,但系统仍处于非平衡态,系统将通过载流子的产生、输运、复合才达到动态平衡。此时的状态使用电子或空穴的最大化学势μe和μh来描述。最大化学势可在开态下得到,即(μe+μh)oc=eVoc,它与电子空穴对的自由能之比即为热动力学损失,记作ηthermodynamic=。eVoc<εe+εh>能量传递损失:系统处于开路或短路对外并不做功,只能算是能量储存器。电池对外做功的最大输出与其极端状态(开路电压与短路电流)下所做最大功(Voc×Isc)的比值,即为其对外输出能量的传递损失FF=JmpVmp/JscVoc。     

薄膜太阳电池系列讲座(11) 硅基薄膜太阳电池(三)

4非晶硅中氢(H)的作用(1)钝化悬挂键实际上早期采用蒸发方法制备的非晶硅材料并不含有氢(H),所以写成a-Si。缺陷态密度很高,很难制备出性能优良的器件。自从1969年Chitick等人发明了用辉光放电法(GD)制备氢化非晶硅(a-Si:H)[15],以非晶硅作有源层的器件才成为可能。     

快速汽相沉积法制备硅薄膜太阳电池

对在重掺杂抛光单晶硅衬底上用ＲＴＣＶＤ法形成硅薄膜太阳电池进行了研究。衬底为〈１００〉晶向ｐ＋ ＋ 型重掺硅片,电阻率为５×１０－ ３Ωｃｍ 。主要工艺过程为：在衬底上生长一层硅薄膜同时掺硼,膜厚３８μｍ ,扩磷制备ｐ－ｎ 结,背面蒸Ａｌ及Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｇ 制背电极,正表面在扩散后生长一层ＳｉＯ２ ,前面用光刻剥离法制备Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｇ 电极,制成的１ｃｍ ２ 太阳电池,开路电压ＶＯＣ＝ ６１２．８ｍ Ｖ,短路电流ＩＳＣ＝ ２９．３ｍ Ａ,填充因子ＦＦ＝ ０．７５７９,效率η＝ １３．６１。对一些影响电池特性的因素进行了研究,发现硅薄膜的掺杂浓度、发射层的掺杂浓度以及减反射层都对太阳电池的特性有较大影响。     

低纯度颗粒硅带上硅薄膜太阳电池

采用廉价国产硅粉拉制的低纯度颗粒硅带（SSP）作为衬底，利用快速热化学气相沉积（RTCVD）方法外延多晶硅薄膜并制作了转换效率达4．5％的薄膜太阳电池，对衬底和薄膜特性，相关工艺及进一步的研究方向做了探讨。     

薄膜太阳电池系列讲座(10) 硅基薄膜太阳电池(二)

2掺杂问题掺杂是决定材料和器件电学性能的关键之一,希望材料的电导特性能够有序调制,即能够按照需要调节导电类型及其电导率,以满足器件性能要求。在晶体硅器件中,它的基本材料是事先预定的,随后掺杂形成的p-n结,也有成熟的工艺予以调制,因此器件的重复性可得到保证。但在薄膜硅基器件中,器件的形成伴随着材料的生长同步完成。因此其变数在各层材料形成的过程中,加之硅     

薄膜太阳电池系列讲座(16) 硅基薄膜太阳电池(八)

调制材料的光电性能对于吸收层更为重要。CO2浓度比与缺陷态密度及带隙宽度的关系见图38a[35]。带隙宽度最大可达到2.02eV,而缺陷态从1016cm3增加到2.5×1017cm3左右,增加了一个多数量级(缺陷态的测量通过CPM测量得到)。可见,O的加入在加宽带隙的同时,将带来更多的悬挂键缺陷态。鉴于O为二配位,而Si是四配位,配位数的差异造成悬挂键的增加不难理解。     

硅基异质结太阳电池的研究现状与前景

简要介绍了当前低成本太阳电池的现状,对硅基异质结太阳电池的构成进行简要分析,筒述了如HIT、a—C／c—Si、a—C／C60／c—Si以及nc—Si／mc—Si等几种高效硅基异质结太阳电池的研究,并介绍了太阳模拟软件对硅基异质结电池工艺参数的模拟结果。最后介绍了Si／Ge／Si双异质结太阳电池的制备技术,并对基于硅基异质结高效低成本太阳电池的发展进行展望。