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太阳能的使用—薄膜太阳电池

本站为您提供的太阳能的利用—薄膜太阳电池,硅太阳电池的应用日趋广泛, 但昂贵的原材料成为发展的瓶颈. 薄膜太阳电池由于只需使用一层极薄的光电材料,材料使用非常少。并可使用软性衬底,应用弹性大,如果技术发展成熟,

硅太阳电池的运用日趋广泛, 但贵重的原资料成为开展的瓶颈. 薄膜太阳电池因为只需运用一层极薄的光电资料,资料运用非常少。并可运用软性衬底,运用弹性大,假如技能开展老练,其市局势将恰当宽广。本文就迄今被人们广为注重的薄膜太阳电池, 即非晶硅薄膜太阳电池,微(多)晶硅薄膜太阳电池,铜铟硒薄膜太阳电池,碲化镉薄膜太阳电池,染料敏化薄膜太阳电池和有机薄膜太阳电池的开展概略,技能难点和优缺陷进行论说.

  1 导言

  新动力和可再生动力是21世纪国际经济开展中最具决议性影响的技能范畴之一。光伏电池是一种重要的可再生动力,既可作为独立动力, 亦可完成并网发电, 而且是零污染排放。硅太阳电池因为本钱原因, 开端只能用于空间, 跟着技能开展和出产工艺老练, 其本钱日趋下降, 运用也逐步扩展. 面临今日的动力供给状况和日益严重的环境污染, 以致危及人类自身生计的实际, 开发新动力和可再生动力的理念已被国际各国广泛承受. 发电才能超越100兆瓦的超大型光伏发电站相继在国际遍地制作, 发电才能为几十兆瓦的大型光伏发电站更不在少数(在建的和已建成的). 大规划的开展使得上游原资料的出产求过于供, 问题日益突出, 许多太阳电池芯片出产厂家和组件出产厂家因原资料问题而不得不常常处于停产状况, 原资料的供给和价格成了约束当时太阳电池出产的瓶颈.

  大力开展薄膜型太阳电池不失为当时最为正确的挑选, 薄膜电池的厚度一般大约为0.5至数微米, 不到晶体硅太阳电池的1/100, 大大下降了原资料的耗费, 因而也下降了本钱. 薄膜电池可堆积在玻璃、不锈钢片或聚脂薄膜等廉价的衬底上, 能够曲折乃至能够卷起来, 便于带着.

  薄膜太阳电池的研讨始于20世纪60年代, 现在从国际上的开展趋势看首要对错晶硅 (a-Si:H) 薄膜太阳电池, 微(多)晶硅薄膜太阳电池, 铜铟硒 (CuInSe,CIS) 薄膜太阳电池, 碲化镉(CdTe)薄膜太阳电池, 染料敏化薄膜太阳电池(DSSC), 有机薄膜太阳电池. 以下别离概述各类薄膜太阳电池的研制状况.

  2非晶硅薄膜太阳电池

  2.1 首要开展

  非晶硅薄膜太阳电池在20世纪70年代国际动力危机时取得了敏捷开展, 它在下降本钱方面的巨大潜力, 引起了国际各国研讨单位、企业和政府的遍及注重, 其首要特色是

  (1) 重量轻,比功率高

  在不锈钢衬底和聚脂薄膜衬底上制备的非晶硅薄膜电池, 重量轻、柔软,具有很高的比功率.在不锈钢衬底上的比功率可达1000W/Kg,在聚脂膜上的比功率最高可达2000W/Kg. 而晶体硅的比功率一般仅40-100W/Kg. 因为衬底很薄,能够弯曲、裁剪, 便于带着, 这关于下降运输本钱特别是关于空间运用非常有利.

  (2) 抗辐照功用好

  因为晶体硅太阳电池和砷化镓太阳电池在遭到宇宙射线粒子辐照时, 少子寿数显着下降. 如在1Mev电子辐射通量1&TImes;1016e/cm2时, 其输出功率下降60%, 这关于空间运用来说是个严重问题. 而非晶硅太阳电池则表现出杰出的抗辐射才能, 因宇宙射线粒子的辐射不会(或很小)影响非晶硅太阳电池中载流子的搬迁率, 但却能大大削减晶体硅太阳电池和砷化镓太阳电池中少子的分散长度, 使电池的内量子功率下降. 在相同的粒子辐照通量下, 非晶硅太阳电池的抗辐射才能 (功率10%, AM0条件下) 远大于单晶硅太阳电池的50倍, 具有杰出的安稳性. 多结的非晶硅太阳电池比单结的具有更高的抗辐照才能.

  (3) 耐高温

  单晶硅资料的能带宽度为1.1eV, 砷化镓的能带宽度为1.35eV, 而非晶硅资料的光学带隙大于1.65 eV, 有相对较宽的带隙, 所以非晶硅资料比单晶硅和砷化镓资料有更好的温度特性. 在相同的作业温度下, 非晶硅太阳电池的饱和电流远小于单晶硅太阳电池和砷化镓太阳电池, 而短路电流的温度系数却高于晶体硅电池的1倍, 这非常有利在较高温下坚持较高的开路电压(Voc)和曲线因子(FF). 在盛夏,太阳电池外表温度到达60-70度是常有的, 杰出的温度特性是非常重要的.

  据报道在空间运用时, 因为辐照和高温的原因,初始安稳功率为9%的非晶硅太阳电池, 其功用优于初始功率为14%的单晶硅太阳电池.

  非晶硅太阳电池经过30多年的开展, 在技能上已取得很大开展, 首要是用非晶碳化硅薄膜或微晶碳化硅薄膜来替代非晶硅薄膜做窗口资料, 以改善电池的短波方向光谱呼应; 选用梯度界面层, 以改善异质界面的输运特性; 选用微晶硅薄膜做n型层, 以削减电池的串联电阻; 用绒面二氧化锡替代平面氧化铟锡; 选用多层背反射电极, 以削减光的反射和透射丢失, 前进短路电流; 选用激光刻蚀技能, 完成电池的集成化加工; 选用叠层的电池结构, 以扩展电池的光谱呼应规划, 前进光电转化功率; 选用分室接连堆积技能, 以消除反响气体的穿插污染, 前进电池的功用. 上述技能的选用使非晶硅薄膜太阳电池的光电转化功率从2%前进到13.7%.

  跟着非晶硅太阳电池光电转化功率的前进, 其工业化进程也取得令人瞩意图开展. 因为非晶硅资料优胜的短波呼应特性, 使其在核算器、手表等荧光灯下作业的微功耗电子产品中占有很大优势, 不仅在80年代的10年中取得了数十亿美元的赢利, 而且至今仍具有很大的消费市场。从核算器、手表等弱光运用到各种消费品乃至功率方面的运用, 如收音机、太阳帽、庭院灯、微波中继站、航空帆海信号灯、气候监测、光伏水泵及小型独立电源等运用范畴不断扩展, 产值敏捷上升. 国际上出现了若干MW级的出产线和许多非晶硅薄膜太阳电池的企业. 到80年代中, 整个非晶硅薄膜太阳电池的年销售量添加很快, 构成了非晶硅薄膜、多晶硅和单晶硅的三分全国的局势.

  2.2 开展中出现的问题和应对办法

  虽然非晶硅薄膜太阳电池具有上述许多长处, 然而在开展中也显现出一些显着的问题. 首要是电池的光电转化功率在强光效果下呈逐步阑珊的态势, 这一问题是阻止非晶硅薄膜太阳电池进一步开展的首要妨碍. 初期产品的光电转化功率本来就低(仅4-5%), 再加上30%左右的阑珊率, 使非晶硅薄膜太阳电池的低本钱的优势被较低的功率所抵消. 这样就形成了非晶硅薄膜太阳电池的产值从80年代末到90年代初期间处在停滞不前的徜徉阶段. 对此学术界自90年代起环绕怎么前进非晶硅薄膜太阳电池光电转化功率安稳性的问题, 从资料、器材结构等多个层面进行研讨. 特别针对光电转化功率在强光效果下阑珊的机理进行了不懈的探究, 开端结论是本征非晶硅资料的S-W效应. 为了提醒S-W效应的原因, 在理论上人们提出了各种微观模型: 如Si-Si 弱键模型; 电荷转移模型; 再杂化双位模型; Si-H弱键模型以及桥键模型等.

  为了削减资猜中的氢的含量, 最老练的技能是在堆积薄膜的进程顶用氢气稀释反响气体法。因为这种办法,工艺简略易行,而且效果显着,因而是当时遍及选用的技能。研讨标明,用氢气稀释法制备的本征非晶硅的太阳电池,其光电转化功率的阑珊率从25%以上降到20%。

  除上述经过改善非晶硅资料的S-W效应来前进电池的光电转化功率的安稳性以外, 人们还从电池结构上采纳办法, 其间最重要的便是选用多带隙叠层电池结构, 即多个不同带隙的p-i-n结叠加的结构, 这样可减薄每个子电池的i层厚度, 使每个电池的内电场增强, 然后添加了每个子电池的载流子搜集功率.

  经过十几年的不断探究, 现在在前进非晶硅薄膜太阳电池的功率安稳性方面取得了很大的前进, 其光电转化功率的阑珊率已到达小于15%. 光电转化功率自身也有显着的前进, 如小面积的已到达13%, 大面积的已超越10%, 组件的到达7.1%.

  技能上的打破与前进带来了更大规划的开展, 如九十年代中期, 国际上先后树立了数条5-10MW的薄膜太阳电池组件出产线, 出产才能添加了25MW. 出产流程完成了全自动化, 组件面积为平方米量级, 选用新式封装技能, 产品组件寿数到达10年以上.

  我国自70年代末开端研讨非晶硅薄膜太阳电池, 到80年代末小面积电池功率到达11.2%, 大面积电池功率超越8%, 均到达国际先进水平. 然而在工业化方面落后于国外, 至今没有一条具有自主知识产权的非晶硅薄膜太阳电池出产线.

  现在研讨、开发和出产非晶硅基太阳电池的大企业首要是:

  (1)日本的Kaneka公司。开展a-Si太阳电池有20多年前史,1999年到达规划出产,他们最早开发了在200℃堆积a-Si/μc-Si叠层电池结构,並申请了专利。这种a-Si/μc-Si叠层电池的本钱(按40MWp/年来核算), 只及c-Si太阳电池的一半。2002年其出产才能达25MWp/年,出口15MWp,2003年将增至40MWp. 他们出产的a-Si太阳电池组件功率为8%,並确保在20年内功率不会低于本来的80%。2005年出产的功率达12%,体系价格120万日元/3KWp;2006年出产的功率达13%,体系的价格为100万日元/3KWp。

  (2)日本三菱重工。2002年投产a-Si太阳电池,产值达10MWp/年,单结太阳电池功率达8%(初始为10%,3-4月后安稳在8%),寿数可达20-25年。2005年他们运用μc-Si/a-Si 叠层电池结构改善功率到达12%。其组件面积3600cm2,有50-100V的高压,功率输出24-100Wp,100日元/Wp。

  (3)日本三洋公司。75年开端研制a-Si,80年构成规划出产才能,出产用于核算器的a-Si太阳电池。现在他们的a-Si太阳电池组件出产才能为5MWp/年。

  (4)美国的United Solar 公司。该公司是ECD公司和BESS Europc合资经营的。2001年销售3。8MWp不锈钢衬底的a-Si/a-SiGe/a-SiGe三结叠层太阳电池,2002年曾经的年产值为5MWp。 2002年6月24日开典的新厂,出产才能为30MWp/a,出产高度自动化,可一起在6卷不锈钢带上出产非晶硅太阳电池,每卷1。5英里。

  2004年全国际薄膜太阳电池(包含a-Si、CdTe、CIS)组件约为63MWp,仅佔太阳电池产值的5%,其间美国约佔36。5%,日本约佔27。7%。a-Si薄膜太阳电池佔了整个薄膜太阳电池的74。6%,其间日本佔37。2%,美国佔29。7%。

  2005年全球薄膜太阳电池添加4成,达88MWp,美再生动力试验室予测2009年,全球薄膜太阳电池的年产值可扩展到280MWp,美国为最高达166MWp,其间非晶硅的年产值为55MWp。

  3. 微(多)晶硅薄膜太阳电池

  现有的非晶硅薄膜太阳电池的光致不安稳性是由非晶硅资料的微结构的亚稳态特色所决议的, 因而也是不易彻底战胜的. 为了前进功率及其安稳性, 近年来又出现了微晶硅(μc-Si) 薄膜电池和多晶硅 (poly-Si) 薄膜电池. 试验证明用微晶硅和多晶硅薄膜来替代非晶硅薄膜制作太阳电池的有源层, 在长时刻强光照射下没有任何阑珊现象. 因而开展晶化的硅薄膜太阳电池是完成高安稳、高功率、低本钱最有出路的办法. 现在研讨的焦点是怎么运用低本钱工艺技能, 取得大面积优质的晶体硅薄膜, 以及新式薄膜电池结构的优化规划. 制备晶体硅薄膜的技能许多, 根本可分红两大类, 一类是高温技能, 温度高于600℃, 另一类是低温晶化技能, 温度低于600℃ . 现在制备多晶硅薄膜的办法首要有:

  (1)低压化学气相堆积(LPCVD)

  这是一种直接生成多晶硅的办法。 LPCVD是集成电路中遍及选用的规范办法,具有成长速度快,成膜细密、均匀、装片容量大等特色。多晶硅薄膜可选用硅烷气体经过LPCVD法直接堆积在衬底上,典型的堆积参数是:硅烷压力为13.3~26.6Pa,堆积温度Td=580~630℃,成长速率5~10nm/min。因为堆积温度较高,如一般玻璃的软化温度处于500~600℃,则不能选用廉价的一般玻璃而有必要运用贵重的石英玻璃作衬底。

  该法成长的多晶硅薄膜,晶粒具有择优取向,描摹呈“V”字形,内含高密度的微挛晶缺陷,且晶粒尺度小,载流子搬迁率不够大,使其在器材运用方面遭到必定约束。虽然削减硅烷压力有助于增大晶粒尺度,但往往伴跟着外表粗糙度的添加,对载流子的搬迁率与器材的电学安稳性发作晦气影响。

  (2)固相晶化(SPC)

  所谓固相晶化,是指非晶固体发作晶化的温度低于其熔融后结晶的温度。这是一种直接生成多晶硅的办法,先以硅烷气体作为原资料,用LPCVD办法在550℃左右堆积a-Si:H薄膜,然后将薄膜在 600℃以上的高温下使其熔化,再在温度稍低的时分出现晶核,跟着温度的下降熔融的硅在晶核上持续晶化而使晶粒增大转化为多晶硅薄膜。运用这种办法,多晶硅薄膜的晶粒巨细依赖于薄膜的厚度和结晶温度。退火温度是影响晶化效果的重要因素,在700℃以下的退火温度规划内,温度越低,成核速率越低,退火时刻持平时所能得到的晶粒尺度越大;而在 700℃以上,因为此刻晶界移动引起了晶粒的彼此吞并,使得在此温度规划内,晶粒尺度随温度的升高而增大。经许多研讨标明,运用该办法制得的多晶硅晶粒尺度还与初始薄膜样品的无序程度密切相关,初始资料越无序,固相晶化进程中成核速率越低,晶粒尺度越大。因为在结晶进程中晶核的构成是自发的,因而, SPC多晶硅薄膜晶粒的晶面取向是随机的。相邻晶粒晶面取向不同将构成较高的势垒,需求进行氢化处理来前进 SPC多晶硅的功用。这种技能的长处是能制备大面积的薄膜,晶粒尺度大于直接堆积的多晶硅。可进行原位掺杂,本钱低,工艺简略,易于构成出产线。因为SPC是在非晶硅熔融温度下结晶,归于高温晶化进程,温度高于 600℃,一般需求1100℃左右,退火时刻长达10个小时以上,不宜用玻璃为基底,基底资料选用石英或单晶硅,用于制作小尺度器材,如液晶光阀、摄像机取景器等。

  (3)准分子激光晶化(ELA)

  激光晶化相关于固相晶化制备多晶硅来说更为理想,其运用瞬间激光脉冲发作的高能量入射到非晶硅薄膜外表,仅在薄膜表层100nm厚的深度发作热能效应,使a-Si薄膜在瞬间到达1000℃左右,然后完成a-Si向p-Si的改动。在此进程中,激光脉冲的瞬间(15~50ns)能量被a-Si薄膜吸收并转化为相变能,因而,不会有过多的热能传导到薄膜衬底,合理挑选激光的波长和功率,运用激光加热就能够使a-Si薄膜到达熔化的温度且确保基片的温度低于450℃. 能够选用玻璃基板作为衬底,其首要长处为脉冲宽度短(15~50ns),衬底发热小。经过挑选还可取得混合晶化,即多晶硅和非晶硅的混合体。

  ELA法制备的多晶硅薄膜晶粒大、空间挑选性好,掺杂功率高、晶内缺陷少、电学特性好、搬迁率高到达 400cm2/v.s,是现在归纳功用最好的低温多晶硅薄膜。工艺老练度高,已有大型的出产线设备,但它也有自身的缺陷,晶粒尺度对激光功率灵敏,大面积均匀性较差。重复性差、设备本钱高,保护杂乱.

  (4)快速热退火(RTA)

  一般来说,快速退火处理进程包含三个阶段:升温阶段、安稳阶段和冷却阶段。当退火炉的电源一翻开,温度就跟着时刻而上升,这一阶段称为升温阶段。单位时刻内温度的改动量是很简略操控的。在升温进程完毕后,温度就处于一个安稳阶段。最终,当退火炉的电源关掉后,温度就跟着时刻而下降,这一阶段称为冷却阶段。用含氢非晶硅作为初始资料,进行退火处理。平衡温度操控在600℃以上,纳米硅晶粒能在非晶硅薄膜中构成,而且所构成的纳米硅晶粒的巨细跟着退火进程中的升温快慢而改动。在升温进程中,若单位时刻内温度改动量较大时(如100℃/s),则所构成纳米硅晶粒较小(1.6~15nm);若单位时刻内温度改动量较小(如1℃/s),则纳米硅粒较大(23~46nm)。进一步的试验标明:延伸退火时刻和前进退火温度并不能改动所构成的纳米硅晶粒的巨细;而在退火时,温度上升快慢直接影响着所构成的纳米硅晶粒巨细。

  RTA退火法制备的多晶硅晶粒尺度小,晶体内部晶界密度大,资料缺陷密度高,而且归于高温退火办法,不适合于以玻璃为衬底制备多晶硅。

  (5)等离子体增强化学反响气相堆积(PECVD)

  经过加大氢气稀释和微量掺硼能够取得微晶硅薄膜.这种工艺技能与非晶硅薄膜的制作技能相同,属低温工艺,便于大面积出产,因而遭到遍及注重. 现在用这种技能制备的太阳能电池功率已到达8.5%. 该技能的缺陷是薄膜成长速率较低(约1à/S), 晦气于下降制作本钱. 当时前进微晶硅成长速率的办法首要是添加等离子体的激起频率, 如用超高频技能(UHF)可使微晶硅成长速率前进到10à/S, 并已取得7.2%的电池功率. 不过这种微晶薄膜的晶粒尺度太小,一般不超越50nm, 晶内缺陷多, 晶界也多.

  关于选用 PECVD技能制备多晶体硅薄膜的晶化进程,现在有两种首要的观念:一种认为是活性粒子先吸附到衬底外表,再发作各种搬迁、反响、解离等外表进程, 然后构成晶相结构.因而,衬底的外表状况对薄膜的晶化起到非常重要的效果;另一种认为是空间气相反响对薄膜的低温晶化起到更为重要的效果, 即具有晶相结构的颗粒首先在空间等离子体区构成, 然后再分散到衬底外表长大成多晶膜。

  (6)金属横向诱导法(MILC)

  20世纪90年代初发现a-Si中参加一些金属如Al,Cu,Au,Ag,Ni等堆积在a-Si∶H上或离子注入到a-Si∶H薄膜的内部,能够下降a-Si向p-Si改动的相变能量.之后对Ni/a-Si:H进行退火处理以使a-Si薄膜晶化,晶化温度可低于500℃。但因为存在金属污染未能在薄膜晶体管(TFT)中运用。随后发现Ni横向诱导晶化能够防止孪晶发作,镍硅化合物的晶格常数与单晶硅附近、低互溶性和恰当的相变能量,运用镍金属诱导a-Si薄膜的办法得到了横向结晶的多晶硅薄膜。横向结晶的多晶硅薄膜的外表滑润,具有长晶粒和接连晶界的特征,晶界势垒高度低于SPC多晶硅的晶界势垒高度,因而,MILC TFT具有优秀的功用而且不必要进行氢化处理。

  该法制备多晶硅薄膜具有均匀性高、本钱低, 成长温度在500℃等特色。可是MILC现在它的晶化速率依然不高,而且跟着热处理时刻的添加, 速率会下降。有人选用MILC和光脉冲辐射相结合的办法,完成了 a-Si薄膜在低温环境下快速横向晶化,得到高搬迁率、低金属污染的多晶硅带。

  (7)其他办法

  除了上述几种制备多晶硅薄膜的首要办法外,还有超高真空化学气相堆积(UHV/CVD)、电子束蒸发等。用UHV/CVD成长多晶硅,当成长温度低于550℃时能生成高质量细颗粒多晶硅薄膜,不必再结晶处理,这是传统CVD做不到的,因而该法很适用于低温多晶硅薄膜晶体管制备。别的,日立公司研讨指出,多晶硅还可用电子束蒸发来完成,温度低于 530℃。因而,咱们信任跟着上述几种多晶硅制备办法的日益老练和新的制备办法的出现,多晶硅技能的开展必将跨上一个新的台阶,然后推进整个半导体工业和相关职业的开展。

  总的来说,高温技能晶化的资料具有较大的晶粒尺度,用这种资料制备的电池功率在10%以上.其缺陷是能耗高、工艺杂乱,衬底资料本钱高. 低温晶化技能制备的薄膜晶粒尺度小, 电池功率也低, 但其最大的长处是便于选用玻璃等廉价资料作衬底,工艺较简略,能耗低. 如将微晶硅薄膜或多晶硅薄膜作为窄带隙资料与非晶硅薄膜组成叠层电池结构, 则可更充分地运用太阳光谱. 因微晶硅薄膜和多晶硅薄膜比非晶硅锗(a-SiGe)具有更窄的带隙(1.12eV),用a-Si/μc-Si和a-Si/poly-Si叠层结构替代a-Si/a-SiGe/a-SiGe三结叠层结构,可将太阳电池光谱呼应的长波限从现在的0.9μm扩展到 1.1μm, 这样可前进10% 的太阳能的运用率. 现在非晶硅和微晶硅叠层太阳电池的安稳功率已达12%. 理论上a-Si/poly-Si叠层电池的功率可达28%. Kaneka公司规划的STAR结构的多晶硅薄膜电池, 功率已达10.7%, 且无光致阑珊现象; 另一种SOI结构的多晶硅薄膜电池10cmχ10cm, 取得了14.22%的功率, H.Morikawa 等制出了功率为16% 的多晶硅太阳电池. 理论和试验均标明多晶硅太阳电池很可能成为21世纪最有出路的一种薄膜太阳电池.大面积多(微)晶硅薄膜的取得及与非晶硅的最佳优化规划,将使硅基薄膜太阳电池性质跃上新的台阶.

  4.铜铟硒(CIS)薄膜和铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池

  铜铟硒薄膜是一种Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物半导体,具有黄铜矿闪锌矿两个同素异形的晶体结构.掺入镓即构成四元化合物.

  铜铟硒薄膜和铜铟镓硒薄膜的制备办法许多,大致有物理办法和化学办法两种. 经过多年的研讨和开发, CdS/CuInSe2电池组件的功率已达11%, CdS/CuInGaSe2 电池组件的功率已达18%, 並已树立起了工业化出产线. 该电池的首要长处是: 资料具有较高的光吸收(∝>105cm-1), 所需资料厚度小于1μm, 90% 以上的光子可被吸收; 出产本钱低, 仅为硅太阳电池的1/3-1/2, CIGS资料跟着铟镓含量不同, 其光学带隙可从1.02eV变至1.68eV, 这点关于制作多结叠层太阳电池极为有利; 电池的光电转化功率比较高. 首要问题是: 制作进程比较杂乱; 要害质料如铟的供给, 其天然储量恰当有限; 太阳电池中的缓冲层资料 CdS是必不可少的, 其毒性对环境的损害, 极大地影响了它的广泛运用. 美国的Shell Solar公司正在进行这种电池的商业化出产, 树立了国际上第一条CIS薄膜太阳电池出产线,组件功率达11%。2001年销售CIS组件0。4MWp,出产才能达25MW/年,2002年出口15MWp,2003年添加到40MWp。 ISET公司提出了运用纳米技能以相似油墨的制作进程, 制备层状结构, 已获成功, 能否开展成规划化的制作进程, 还有待时刻. 别的美国的NREL公司亦成功地开发了一种三级制作进程, 在试验室取得了19.2% 的光电转化功率. 不过其制作进程太杂乱,花费亦大,扩大亦不易.

  5.碲化镉(CdTe)薄膜太阳电池

  这种太阳电池系由CdTe、CdS和Ⅱ-Ⅵ族化合物经过相对简略且本钱低的工艺堆积在衬底上经枯燥和烧结而成,其研讨前史悠久.1982年Kodak公司做出了转化功率超越10%的电池,现在试验室的功率到达16.5%, 中试线的功率到达10%, 已由试验室的研讨阶段走向规划化工业出产. 典型的CdTe太阳电池结构是由约2μm层的p型碲化镉层和0.1μm厚的n型硫化镉构成, 光子吸收发作在碲化镉层, 光的吸收系数大于105cm-1, 因而数微米厚的资料可吸收大于90%的光子.

  现在已开发了多种CeTe薄膜的制作工艺, 如溅射法、 化学气相反响法、原子层外延法、 网印法、 电流堆积法、 化学喷塗法、密堆积进步法等. 其间电流堆积法是最廉价的, 也是现在工业出产的首要办法. 堆积时温度较低,所耗费的碲元素也最少.

  这种薄膜太阳电池难以大批量出产的原因是:鎘的毒性会对环境形成的损害; 组件和衬底资料本钱太高, 占总本钱的53%, 而半导体资料只占5.5%; 碲的天然储量有限.

  6.染料敏化太阳电池(DSSC)

  此类太阳电池源自19世纪照相技能的概念. 直到1991年瑞士科学家Gratzel选用纳米结构的电极资料, 以及配以恰当的染料, 做出了光电转化功率大于7%的太阳电池. 尔后该范畴的开发研讨才引起人们的注重. 这种概念的太阳电池彻底不同于传统的半导体光伏发电原理, 可说是第三代太阳电池。 其原理是借助于染料作为吸光资料, 染猜中的价电子受光激起跃迁到高能态, 然后传导到纳米多孔二氧化钛半导体电极上, 经由电路引至外部, 失掉电子的染料则经由电池中的电解质取得电子, 电解质是含碘的有机溶剂.

  这类电池的结构一般有两种, 试验室制备的一般为三明治结构, 上下均为玻璃, 玻璃内侧涂有TCO, 傍边包含含有染料的二氧化钛以及电解质. 为运用已较老练的薄膜太阳电池制作技能, Gratzel等于1996年研讨出三层式的单片电池结构, 用碳电极替代一层TCO薄膜, 各层的制备可直接堆积在另一层的TCO薄膜上. 玻璃並非为必定的基材, 其他可挠性通明资料均可运用, 因而roll-to-roll的制作工艺亦可运用于此. 德国的 ISE公司已开宣告丝网印刷方法的出产工艺, 制作进程非常简略.

  染料敏化太阳电池如要成为具有商业竞争力,乃至到达具有高的市场占有率, 如下几点是必需考虑:

  1)太阳电池自身的长时刻安稳性,虽然有一些测验,*估推算出运用十年没问题, 但毕竟缺少长时刻运用的实测数据.

  2)关于大面积的制作技能仍有待开发.

  3)对全体电池组件的研讨开发仍有许多作业要做.

  用光安稳性更好的半导体资料替代多孔的二氧化钛理论上应较易取得更耐久的染料太阳电池, 有关这方面的研讨有部分研讨单位正在活跃投入. 此外开发新式染料来替代迄今公认的最佳染料有机钌金属亦是一项抢手研讨课题, 如获成功则可革除运用贵金属钌, 染料本钱可大幅下降.

  7.有机薄膜太阳电池

  有机薄膜太阳电池是把两层有机半导体薄膜结合在一起, 其光电转化功率约为1% .近期日本工业技能归纳研讨所宣告已开宣告一种新式的有机薄膜太阳电池, 即在原有的二层结构中心参加一种混合薄膜变成三层结构 ,这样就添加了发作电能的分子之间的触摸面积, 然后大大前进了太阳电池的转化功率, 到达4%, 比本来二层结构的前进了4倍.

  有机薄膜太阳电池运用塑料等质轻柔软的资料为基板,有机小分子光电转化资料自身具有低本钱,能够加工成大面积,组成、表征相对简略,化学结构简略润饰,可根据需求增减功用基团,可经过不同的方法相互组合,以到达不同的意图。因而对它的有用化等待很高, 研讨人员表明, 经过进一步研讨有望开宣告光电转化功率达20% 的可投入有用的有机薄膜太阳电池, 或许在不久的将来, 塑料资料的太阳电池将出现在人们的日常日子中.

  与无机光伏资料比较,有机光伏资料的激子结合能大,不简略天然别离成正负电荷,这样吸收光就不必定发作光电流;电子不是经过能带,而是经过能级间的跃迁而传输,电子搬迁率显着较低;许多资料在氧和水的环境下不安稳;温度改动对光电流的发作有很大影响。这些问题约束了有机太阳电池的开展。最近有人提出充分运用有机资料和无机资料的长处制备有机/无机资料的复合器材,成为当时研讨的一个新热门。

  8.结语

  从以上所述的各类薄膜太阳电池的开展状况, 不难发现努力前进光电转化功率和大幅下降太阳电池的本钱是各类薄膜太阳电池的一起课题. 当时太阳电池工业出现35% 的年添加率. 薄膜太阳电池亦开展很快, 但传统硅太阳电池的技能开展已日臻老练, 其首要本钱来自硅晶体资料, 能进一步紧缩本钱的空间非常有限. 而薄膜太阳电池则否则, 许多新资料、新技能、新工艺的选用使它在下降本钱前进功率方面还有很大的斡旋地步. 此外薄膜太阳电池一般来说, 其制作时的能耗不及传统硅晶体太阳电池的一半, 即所耗费动力的回偿时刻较短,传统硅晶体的约为20年, 而薄膜的则小于10年. 部分薄膜的乃至小于5年, 如非晶硅薄膜太阳电池与染料敏化太阳电池. 加上薄膜太阳电池所运用的资料较少, 全体而言薄膜太阳电池是较为环保、动力功率较高的产品.

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