《非晶硅太阳能电池.》.pdfVIP

三、非晶硅太阳能电池 尽管单晶硅和多晶硅太阳能电池经过多年的努 力已取得很大进展，特别是转换效率已超过20% ，这 些高效率太阳能电池在空间技术中发挥了巨大的作 用。但在地面应用方面，由于价格问题的影响，长 久以来一直受到限制。 太阳能电力如果要与传统电力进行竞争，其价 格必须要不断地降低，而这对单晶硅太阳能电池而 言是很难的，只有薄膜电池，特别是下面要介绍的 非晶硅太阳能电池最有希望。因而它在整个半导体 太阳能电池领域中的地位正在不断上升。从其诞生 到现在，全世界以电力换算计太阳能电池的总生产 量的约有1/3是非晶硅系太阳能电池，在民用方面其 几乎占据了全部份额。 1、非晶态半导体 与晶态半导体材料相比，非晶态半导 体材料的原子在空间排列上失去了长程有序 性，但其组成原子也不是完全杂乱无章地分 布的。由于受到化学键，特别是共价键的束 缚，在几个原子的微小范围内，可以看到与 晶体非常相似的结构特征。所以，一般将非 晶态材料的结构描述为：“长程无序，短程 有序”。 用来描述非 晶硅的结构模型很 多，左面给出了其 中的一种，即连续 无规网络模型的示 意图。可以看出， 在任一原子周围， 仍有四个原子与其 键合，只是键角和 键长发生了变化， 因此在较大范围 内，非晶硅就不存 在原子的周期性排 列。 在非晶硅材料中，还包含有大量的悬挂键、空 位等缺陷，因而其有很高的缺陷态密度，它们提供了 电子和空穴复合的场所，所以，一般说，非晶硅是不 适于做电子器件的。 1975 年， 研究人员通过辉 光放电技术分解 硅烷，得到的非 晶硅薄膜中含有 一定量的氢，使 得许多悬挂键被 氢化，大大降低 了材料的缺陷态 密度，并且成功 地实现了对非晶 硅材料的p 型和n 型掺杂。 电导激活能的变化说明了材料的费米能级随着掺杂浓度的 变化而被调制，表明确实可以对非晶硅进行掺杂以控制它 的导电类型和导电能力。 2、非晶硅太阳能电池的特点及发展历史 It wasnt until 1974 that researchers began to realize that amorphous silicon could be used in PV devices by properly controlling the conditions under which it was deposited and by carefully modifying its composition. Today, amorphous silicon is commonly used for solar-powered consumer devices that have low power requirements (e.g., wrist watches and calculators). 非晶硅太阳能电池的特点 非晶硅太阳能电池之所以受到人们关注和重视，是因 为它具有以下优点： 1、非晶硅具有较高的光吸 收系数。特别是在0.3- 0.75µm 的可见光波段，它的 吸收系数比单晶硅要高出一 个数量级。因而它比单晶硅 对太阳辐射的吸收效率要高