太阳能120924.ppt

5 太 阳 电 池 发 展 史 太阳电池的发展，最早可追溯自1954年由Bell实验室的发明，当时研发的动机是希望能提供偏远地区供电系统的能源，那时太阳电池的效率只有6%。 接着从1957年苏联发射第一颗人造卫星开始，一直到1969年美国航天员登陆月球，太阳电池的应用可说是充分发挥。 5 太 阳 电 池 发 展 史 目前所知的太阳能电池的制造工艺有下列的区分： (1) 硅制造工艺程（silicon processing）(2) 薄膜制造工艺（thin-film processing）(3) 高分子制造工艺（polymer processing）(4) 纳米粒制造工艺（nanoparticle processing）(5) 透光导体（transparent conductors）? 6 太阳能电池工作原理 当太阳光照射到这 P-N 结时，P 型和 N 型半导体因吸收太阳光而产生电子－空穴对。由于耗尽层所提供的内建电场，可以让半导体内所产生的电子在电池内流动，因此若经由电极把电流引出，就可以形成一个完整的太阳能电池。 ? 制造方式是以电浆强化化学蒸镀法（PECVD）制造硅薄膜。基材可以使用大面积具弹性而便宜材质，比如不锈钢、塑料材料等。 其制造工艺采取roll-to-roll的方式，但因蒸镀速度缓慢，以及高品质导电玻璃层价格高，以至其总制造成本仅略低于晶型太阳能电池。 至于多层式堆栈型式，虽可提升电池效率，但同时也提高了电池成本。 在1980年代，非晶硅是唯一商业化的薄膜型太阳能电池材料。非晶硅的优点在于对于可见光谱的吸光能力很强，而且利用蒸镀或是化学气相沉积方式在玻璃或金属基板上生成薄膜的生产方式成熟且成本低廉，材料成本相对于其它化合物半导体材料也便宜许多； 非晶硅薄膜半导体应用技术中，能否通过掺杂来控制材料的导电类型和导率是决定半导体材料能否实用化的关键因素之一。 由于非晶硅与单晶硅在带结构和网络结构上有较大差异，因此其掺杂机制也有所不同。 硼是唯一能非晶硅材料中实现浅受主掺杂的受主掺杂元素[l]，然而其掺杂效率仅10%[2]，较单晶硅中100%的掺杂效率为低，许多学者对此给予了不同的解释，至今尚统一。 另外，多晶硅薄膜中重掺硼能抑制硅晶粒的生长、降低晶粒尺寸，其理也有待澄清。非晶硅在成功实现掺杂之前的很长一段时间内，一直得不到好的发展。但自从975年Spear等在非晶氢硅中实现可控掺杂后，非晶硅迅在半导体器件中实用化，而非晶半导体理论领域也因此有了突破性的进展。此后二十年间，大面积、低成本的掺杂非晶硅在薄膜PN结和肖特基势垒半导器件以及光电探测、显示器件中获得广泛应用。例如，轻掺非晶硅可以用作中红外探测器的光敏层，也可以用作液晶光阀空间光调制器的光电响应层，通过硼掺杂可以调节膜层电导率进而与整体器件的各个功能薄膜层形成较好的阻抗匹配。 非晶硅薄膜太阳能电池领域，也是目前非晶硅领域内应用最广的也是研最为深入的一个领域。从1976年美国RCA实验室制成了世界上第一个非晶太阳电池，1980年日本三洋电器公司利用非晶硅太阳电池制成袖珍计算器之非晶硅薄膜太阳电池获得了长足进展。电池成本不断下降，效率不断提高(超过10%)，工业化生产规模逐渐扩大，电池组件广泛应用于各种领域。一般在阳能光谱可见光波长范围内，非晶硅的吸收系数比晶体硅大将近一个数量级，其本征吸收系数高达1O5cm-1。而且非晶硅太阳能电池的光谱响应的峰值与太阳能光谱值接近。这就是非晶硅材料首先被用于太阳能电池的原因。同时，非晶硅材料高吸收系数，导致太阳能电池的厚度可以小于1娜就可以充分的吸收太阳能，这个厚度不及单晶硅薄膜厚度的1%，可以明显的节省昂贵的半导体材料，这很大程度上促进了非晶硅太阳能电池的开发与研究。最近的发展情况显示:采用等离子体化学气相沉积(PECVD)技术制备非晶硅薄膜，因其成膜温度低，在可见光内有较高的吸收系数，光电转换效率高，容易实现掺杂，可以大面积制备，便于产业化推广等优点，将要成为未来太阳能电池的主要竞争者。但是由于非晶硅本身的光致衰退(S一w)效应，非晶硅太阳电池性能不稳定、寿命较短，使其发展受到限制。然而目前由于硅料短缺制约，生产成本的相对低廉，加上各种光衰解决方案的实施，使得非晶硅成为目前市场主流薄膜太阳能电池材料。 解决非晶硅太阳能电池现存问题的途径主要有以下两种: 第一，在非晶硅太阳能电池制备中，通过探索使用新的原材料比如宽带非晶硅材料来使电池性能得到改善。宽带隙窗口层材料的使用，会使得更多的太阳光透过p层进入本征i层，增加光谱响应范围，使得太阳能电池短路电流以及开路电压得到一定提高。目前探索的宽带隙材料主要有非晶硅碳、非晶硅氧、微晶硅、微晶硅碳等。其中非晶硅碳窗口层材料是目前最容易为人们所接受，且工艺相对简单的一项技术。其研究具