薄膜太阳能电池的研究进展

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1、薄膜太阳能电池的研究进展1.论述太阳能电池的简介太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。能源危机引起了全世界各国的有识之士的密切关注，人们开始向可再生能源（风能、潮汐能、太阳能等）投入大量的人力物力来解决能源危机问题。其中，太阳能是最理想的可再生能源之一。据估算，太阳每年照在地球表面上的能量大约在3×1024焦耳，人类目前一年所消耗的能源仅为它的十万分之一，也就是说太阳每年照射到地球表面上的能量是我们人类目前消耗量的一万倍，如果把照射到地球表面的太阳能的千分之一，按照百分之十的转化率，

2、也就是万分之一转化成电，就能满足人类目前能源消耗量[1]。2.太阳能电池的发展历史据记载，人类利用太阳能已有3000多年的历史。将太阳能作为一种能源和动力加以利用，只有300多年的历史。而从真正的对太阳能的研究始于1839年法国物理学家E.Becquerel对液体光伏效应的发现。随后在1877年W.G.Adams和R.E.Day研究了硒（Se）的光伏效应，并制作第一片硒太阳能电池，给人们指明了太阳能电池的研究方向[2]。直到1954年贝尔实验室研究人员D.M.Chapin、C.S.Fuller和G.L.Pear

3、son报道了4.5%转化效率的单晶硅太阳能电池的发现，几个月后转化效率达到了6.5%，使太阳能电池真正的得到广泛的应用。今天，世界太阳能电池年产量超过760MW，德国研发的晶体硅太阳能电池效率最高达到了20%[3]。我国早在1958年就开始研制太阳能电池，1959年我国中科院半导体所研制成功了具有实用价值的太阳能电池，并在1971年3月在我国发射的第二颗人造卫星——科学试验卫星实践一号上首次应用太阳能电池。现在，我国的太阳能电池组件产量在10MW/年以上，我国已成为世界重要的光伏工业基地之一，初步形成一个以光伏

4、工业为源头的高科技光伏产业链[4][5]。3.薄膜太阳能电池的种类3.1硅薄膜太阳能电池开发太阳能电池的两个关键问题是提高效率和降低成本[6]。单晶硅太阳能电池是在厚度350-450μm的高质量硅片上制成，受单晶硅价格及相应繁琐的制备工艺影响，其价格居高不下，为节省高质量材料，发展了薄膜太阳能电池，其中非晶硅薄膜太阳能电池和多晶硅薄膜太阳能电池是其中典型代表。3.1.1非晶硅薄膜太阳能电池非晶硅薄膜太阳能电池是用非晶硅半导体材料在玻璃、特种塑料、陶瓷、不锈钢等为衬底制备的一种薄膜电池。非晶硅薄膜太阳能电池的制备

5、方法有反应溅射法、低压化学气相沉积法(LPCVD)等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)。为生产高质量的非晶硅，对非晶硅材料制备方法也进行了研究，等离子体化学气相沉积法特别是RF辉光放电法已经广泛应用[7]，并提出H2稀释PECVD法。非晶硅薄膜成本低是一种很好的太阳能电池材料,但由于其光学带隙(1.7eV)与太阳光光谱不匹配，所以限制了非晶硅太阳能电池的转化效率并且其光电效率会随光照时间增加而衰减[8]。3.1.2多晶硅薄膜太阳能电池　　多晶硅薄膜太阳能电池是将多晶硅薄膜生长在低成本衬底材料上。用相对薄的晶

6、体硅层作为太阳能电池的激活层，不仅保持了晶体硅太阳能电池的高性能和稳定性。而且材料的用量大幅下降，成本明显降低。多晶硅薄膜太阳能电池的制备方法有化学气相沉积法、液相外延法、金属诱导晶体法、非晶Si薄膜固相晶化法、激光晶化法和等离子喷涂法。目前多晶硅薄膜太阳能电池的转化效率接近单晶硅太阳能电池的转化效率。如日本三菱公司在SiO2衬底上制备的多晶硅薄膜太阳能电池光电效率达16.5%。德国费来堡太阳能研究采用区熔再结晶技术制得多晶硅电池转化效达19%[9]。3.2多元化合物薄膜太阳能电池　　硅基薄膜太阳能电池的转化效

7、率提高潜力有限,近年来开发出了以Cd-Te、Cu-In-Se和Ga-As等为代表的新型无机多元化合物薄膜太阳能电池。3.2.1Cd-Te薄膜太阳能电池Cd-Te薄膜太阳能电池属于多晶薄膜太阳能电池，由于Cd-Te基电池结构简单，成本相对较低，成为近年来国内外研究的热点。Cd-Te存在自补偿效应，制备高电导率同质结很困难，实用的电池多为异质结结构。Cd-S的结构与Cd-Te相同，晶格常数差异小，是Cd-Te基电池最佳的窗口材料。Cd-Te/Cd-S薄膜太阳能电池制备技术主要有真空蒸镀法、溅射法、电化学沉积法等。目

8、前Cd-Te/Cd-S薄膜太阳能电池的实验室转化率已达到16.5%[10]。关于Cd-Te薄膜在太阳能电池中的应用，AlessioBosio等[11]对制备高效Cd-Te/Cd-S太阳能电池的方法进行了综述，指出Cd-Te薄膜技术是大面积组件产品的关键。随着实验室研究和工业生产工艺研究的不断探索，Cd-Te基薄膜太阳能电池有望成为市场主角。3.2.2CIS薄膜太阳能电池CuInSe2是