新能源技术3章太阳能电池(2580KB).pptVIP

双叠层结构有两种：一种是两层结构使用相同的非晶硅材料；另一种是上层使用非晶硅合金，下层使用非晶硅锗合金以增加对长波光的吸收，三叠层与双叠层类似。上层电池使用宽能隙的非晶硅合金做本征层，吸收蓝光光子，％的中等带隙的非晶硅锗合金以吸收红光。中间层用含锗约15玻璃衬底的非晶硅太阳电池，光从玻璃面入射，电流从透明导电膜和电极铝引出。不锈钢衬底非晶硅电池同单晶硅c—si电池类似，在透明导电膜上制备梳状银电极，电池电流从银电极和不锈钢引出。 非晶硅太阳电池的应用 非晶硅电池厂房 非晶硅电池板 3.4.2 非晶硅太阳电池的制备工艺 非晶硅是由气相沉积法制备的，气相沉积法可分为辉光放电分解法、溅射法、真空蒸发法、光化学气相沉积(Photo CVD)和热丝法等。等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)已经普遍被应用，在PECVD沉积非晶硅的方法中，PECVD的原料气一般采用SiH4和H2，制备叠层电池时用Sil 和GeH ，加入SiH4和 GeH4 可同时实现掺杂。SiH4和 GeH4 在低温等离子体的作用下分解产生a—Si或a—SiGe薄膜。PECVD法具有许多优点，如低温工艺和大面积薄膜的生产等，适合于大面积生产。 制备工艺 把硅烷(SiH4)等原料气体导入真空度保持在10-1000Pa的反应室中，由于射频(RF)电场的作用,产生辉光放电，原料气体被分解，在玻璃或者不锈钢等衬底上形成非晶硅薄膜材料。此时如果原料气体中混入硅烷(B2H6)即能生成P型非晶硅,混入磷烷(PH3)即能生成N型非晶硅。仅仅用变换原料气体的方法就可生成pin结，做成电池。为了得到重复性好、性能良好的太阳电池，避免反应室内壁和电极上残存的杂质掺入到电池中，一般都利用隔离的连续等离子反应制造装置，即p,i,n各层分别在专用的反应室内沉积。下图为非晶硅太阳能电池制备方法示意图。 非晶硅太阳能电池制备方法示意图 3.4.3 提高非晶硅太阳电池转换效 率的措施 （1）改进P型窗口材料及其前后界面特性 用P型a-SiC:H材料代替P型a-Si:H材料。前者具有较高的光学带隙，能提高电池的短路电池。常规的P型a-SiC:H窗口B2H6以一定的配比（一般的流量比为SiH4 : CH4 : B2H6 =1:1:0.01)的混合气体经辉光放电分解沉积而成。 （2）采用陷光结构以增加太阳电池的短路电流光入射到太阳电池的表面时总会有反射损失，即使光进入i层有源区，也会由于吸收系数和i层厚度的限制造成部分光的透射损失。为了减少损失，一般在太阳电池的加一层减反射膜或采用多层背反射电极。 （3）获得高质量的i层 i层是非晶硅太阳电池的有源区，因此其光电特性对太阳电池的转换效率有决定性的影响。 （4） 为了进一步提高电池的开路电压和填充因子，出来提高P层的掺杂浓度外，还需要提高n层的掺杂浓度，以进一步增加内建电势和减少串联电阻。为了提高掺杂效率，人们层采用各种方法生长微晶化硅材料，如提高衬底温度Ts，加大rf功率，加大H2稀释率等。 （5）采用叠层电池结构以扩展光谱响应范围 对叠层电池结构，需要调节电池各层材料的带隙、各个异质结之间的带隙匹配、异质结过渡以及各子电流i层的厚度等，以获得最大的能量输出，达到提高转换效率的目的。 3.4.4 非晶硅电池的特性 非晶硅电池是目前最适于进行大面积自动化生产的薄膜电池，它具有以下优点： (1)在可见光范围内，非晶硅比单晶硅有更大的吸收系数，电池活性材料厚度为0.3-0.45mm，是常规电池的1/10~1/100，可节约大量材料； (2)可直接沉积出薄膜，没有切片损失； (3)可采用集成技术在电池制备过程中一次完成组件，省去材料、器件、组件各自单独的制作过程； (4)可采用多层技术，降低对材料品质要求等; (5)非晶硅电池由于适合于沉积在不锈钢、塑料薄膜等衬底上，所以在与建筑物一体化(BIPV)方面也会有很大的作为。 非晶硅电池的缺点 (1)效率较低 引起效率低的主要原因是光诱导衰变或称Staebler-Wronski效应；用氢稀释硅烷方法生长的a-Si和a-SiGe薄膜可以有效地抑制光诱导衰变，提高效率。 (2)沉积速率低 目前主要采取以下措施提高沉积速率：a.适当地提高射频(rf)功率；b.适当控制加工气的保持时间；c.提高衬底温度，可提高沉积速率，但同时会降低太阳电池的效率。