硅基太阳能电池的发展及应用

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1、..硅基太阳能电池的发展及应用摘要：太阳能电池是缓解环境危机和能源危机一条新的出路，本文介绍了硅基太阳能电池的原理，综述了硅基太阳电池的优点与不足，以及硅基太阳能电池和其他太阳能电池的横向比较，硅基太阳能电池在光伏产业中的地位，并展望了发展趋势及应用前景等。关键词：硅基太阳能电池转换效率1引言二十一世纪以来，全球经济增长所引发的能源消耗达到了空前的程度。传统的化石能源是人类赖以生存的保障，可是如今化石能源不仅在满足人类日常生活需要方面捉襟见肘，而且其燃烧所排放的温室气体更是全球变暖的罪魁祸首。随着如今全球人口突破70亿，能源的需求也在过去30年间增

2、加了一倍。特别是电力能源从上世纪开始，在总能源需求中的比重增长迅速。中国政府己宣布了其在哥本哈根协议下得承诺，至2020年全国单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40%--45%，非化石能源占一次能源消费的比重提高至少15%左右【6】。目前太阳能电池主要有以下几种：硅太阳能电池，聚光太阳能电池，无机化合物薄膜太阳能电池，有机化合物薄膜太阳能电池，纳米晶薄膜太阳能电池，叠层薄膜太阳能电池等，其材料主要包括产生光伏效应的半导体材料，薄膜衬底材料，减反射膜材料等【5】。（图1：太阳能电池的种类）太阳电池的基本工作原理是：在被太阳电池吸收的光子中

3、，那些能量大于半导体禁带宽度的光子，可以使得半导体中原子的价电子受到激发，在p区、空间电荷区和n区都会产生光生电子左穴对，也称光生载流子。这样形成的光生载流子由于热运动，向各个方向迁移。光生载流子在空间电荷区中产生后，立即被内建电场分离，光生电子被推进n区，光生空穴被推进p区。因此，在p-n结两侧产生了正、负电荷的积累，形成与内建电场相反的光生电场。这个电场除了一部分要抵消内建电场以外，还使p型层带正电，n型层带负电，因此产生了光生电动势，这就是光生伏特效应(简称光伏)。图1典型的晶体硅太阳电池结构图【6】由于太阳能能源有如此优越的特性，因此，大力

4、发展可再生能源成为了当今世界的热门研究领域，从长远角度来看，在各种可再生能源技术光伏发电自20世纪90年代后半期进入了快速发展时期，最近10年和最近5年的太阳电池的年均增长率都达到了爆发性的水平。我国太阳能光伏产业的发展在世界光伏市场的拉动下快速发展起来。2007年我国太阳电池产量达到了1088MW，占世界总产量的27.2%，超过了日本(920MW)和欧洲(1062.8MW)，成为世界太阳电池的第一大生产国。到了2010年中国光伏电池产量己超过全球总产量的50%，目前己有数十家公司在海外上市，行业年产值超过3000亿人民币。太阳能光伏发电技术具有可

5、持续发展的特点;最丰富的资源来源(太阳)和最洁净的发电过程【4】。由于太阳电池研究涉及的学术与技术内容过于广泛，而且据近几年市场数据分析，硅基太阳能电池占太阳能电池总产量的98%，故本文只对当前生产化主要的硅基太阳能电池材料进行论述。2硅基太阳能电池的原理与特点根据硅片厚度的不同，可分为晶体硅太阳能电池和薄膜硅太阳能电池两大类。本文主要论述以下几种硅基太阳能电池的基本原理：单晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池，多晶硅薄膜太阳能电池，非晶硅薄膜太阳能电池，微晶硅薄膜太阳能电池。晶体硅的发电过程大致如下：P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P-N结，当光

6、线照射到硅晶体的表面时，一部分光子被硅材料吸收，光子的能量传递给硅原子，使电子发生跃迁，成为自由电子，在P-N结两侧聚集，产生电位差。当外部接通电路时，在该电压的作用下，将有电流流过外部电路产生一定的输出功率。　2.1单晶硅太阳能电池　　硅系列太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成热的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅的电地工艺己近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。提高转化效率主要是靠单晶

7、硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。并在表面把一13nm。厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合．通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的电池转化效率超过23%，是大值可达23．3％。Kyocera公司制备的大面积（225cm2）单电晶太阳能电池转换效率为19．44%，国内北京太阳能研究所也积极进行高效晶体硅太阳能电池的研究和开发，研制的平面高效单晶硅电池（2cmX2cm）转换效率达到19.79%，刻槽埋栅电

8、极晶体硅电池（5cmX5cm）转换效率达8.6%。2.1.1单晶硅的优点和不足　　单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在