三结太阳能电池

《三结太阳能电池》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、TripleJunctionsolarcell三结太阳能电池前言发现柔性的艺术FlexiblesolarPV三结柔性电池一非晶硅合金太阳电池的结构二三叠层太阳电池的设计三三叠层太阳电池的生产一、非晶硅合金太阳电池的结构Uni-solar电池结构1.1非晶硅合金电池A-Si（一）非晶硅合金太阳电池有很多种不同的结构。单层结构最简单，在基底上预先沉积背反射层，再沉积n-i-p三层膜。双叠层结构有两种：一种是两个电池使用相同的非晶硅合金材料；另一种是上层电池使用非晶硅合金，下层电池使用非晶硅锗合金，以增加对长波光的吸收。三叠层结构与双叠层结构相似：上层电池用宽带隙的非晶硅合金作为本征层，

2、吸收蓝色光子；中间层用含锗约10-15％的中等带隙的非晶硅锗合金吸收绿光；底层采用锗含量更高的窄带隙的非晶硅锗合金吸收红光。1.2效率记录保持者（USSC）太阳电池的活区最高稳定转换效率是由美国联合太阳能系统公司(USSC)取得的。这些数据全都是转换效率的最新世界纪录：单层结构的最高转换效率是9.3％；使用相同带隙涂层的双叠层结构最高转换效率为10.1％，底层电池中加入锗使双叠层结构最高转换效率增加为11.2％；三带隙三叠层结构最高转换效率为13％。上述最高转换效率是在小面积(0.25cm2)电池上取得的。将研究开发室的结果应用到大面积电池时，有很多因素会影响转换效率。阴影和栅格造

3、成的电损失可达7％；封装损失一般为4％；质量最好的电池一般是在约0.1nm／s的沉积速率下制得的，沉积速率增大时，一般会造成10％的效率损失；将小面积电池的结果应用到大面积电池，平均至少要造成10—15％的损失。可见，要满足转换效率最低不低于8％的用户要求，三叠层结构电池是最有可能的。二﹑三叠层太阳电池的设计■三叠层结构太阳电池具有最高转换效率是与其结构分不开的。2.1a-Si:H/a-SiGe:H/nc-Si:H叠层2.2分层吸收更加科学上层电池采用光带隙约为1.8eV的本征层，有利于捕获蓝色光子；中间层使用含锗约15％的非晶硅锗合金作为本征层，其光带隙约为1.6eV，非常适合于

4、吸收绿光；底层采用锗含量约40—50％的非晶硅锗合金作为本征层，其光带隙约为1.4eV，适合于吸收红光和红外光。2.3光子的能量一般用波长（符号为λ）或相对应的能量（符号为E）来描述一个光子的特性。光子的能量与波长之间存在反比例关系，方程如下：E=hc/λ其中h是普朗克常数，c表示光速。它们以及其它常用的常数的数值都显示在常数页.上面的反比例关系表示，由光子组成的光的能量越高（比如蓝光），波长就越短。能量越低（如红光），波长越长。在电池中没有被吸收的光，将从银／氧化锌背反射层反射回来。背反射层通常是绒面状结构，有助于散射光线的多次内反射；背反射层必须具有高的反射率，且能以大于总的内

5、反射临界角的角度散射光线。常用银来得到高的反射率，但由于银硅两种元素之间的相互混合，其界面处的反射率并不高，因此沉积氧化锌缓冲层以防止相互混合。最佳散射效果所需的绒面组织一般通过在100～400℃高温下沉积银和氧化锌得到。2.4Back-Reflecting背反射层2.5Ag/Zno的好处使用银和氧化锌背反射层后，不锈钢基底上的短路电流密度(Jsc)明显提高。对于300nm厚的非晶硅锗合金本征层电池，电流密度(Jsc)的增加量可达6—7mA／cm2。理论计算表明，若总的内反射在反射面上没有损失，电流密度可进一步提高4—5mA／cm2，但实际上在绒面结构表面存在内部损失，故不能提高到

6、这一数值。为进一步改善光的捕获，有必要对这一现象作进一步的研究。2.6叠层结构电池的本征层和掺杂层多层叠层结构电池要求组成电池具有高的转化效率，这就需要高质量的本征层和掺杂层。对气体混合物进行氢稀释是改善本征层质量的有效方法，用氢稀释硅烷生长的薄膜对防止光诱导退化有改善作用。沉积过程中过量的氢会钝化生长表面，沉积下来的粒子不能立即找到合适的位置，在合并之前会在表面上移动，这有助于改善膜的结构，提高材料的质量。目前，世界上很多实验室都采用这种方法制备用于太阳电池的非晶硅合金和非晶硅锗合金。非晶硅锗合金通常由硅烷和锗烷沉积。由于硅烷和锗烷在射频等离子体中的分解速率很不一样，USSC采用

7、Si2H6和GeH4的气体混合物沉积非晶硅锗合金，这虽然改善了材料的质量，但非晶硅锗合金的传输性能仍低于非晶硅合金。为克服这一缺点，包括带隙剖面在内的加工技术已成功地用于促进空洞的输运。掺杂层的作用是为本体材料提供自建高势场和减少相邻电池之间的电阻损失。就光电转换而言，掺杂层是非活性的，因此，在光学上要求它应透明。通常，硼掺杂的非晶硅合金对光的吸收很强，电导率很低，在p型和n型层之间引起很大的连续损失。USSC开发的低光学损失微晶p型层，具有高的电导率，可提供内建高势