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1、建材世界2009年第30卷第5期a-SiH薄膜太阳能电池倪嘉,鲍田,王芸(中国建材国际工程有限公司研发中心,蚌埠233018)摘要:a-SiH薄膜太阳能电池作为一种新的能源材料正得到迅猛发展,该文阐述了a-SiH薄膜太阳能电池的原理、结构、研究进展及应用前景。关键词:非晶硅;太阳能电池;薄膜a-SiHThinFilmSolarCellNIJia,BAOTian,WANGYun(ResearchandDevelopmentCenterofCTIEC,Bengbu233018,Chi
2、na)Abstract:Asakindofnewenergymaterials,thea-SiHthinfilmsolarcellisintherapiddevelopment,thispaperde-scribesthetheory,structure,progressandprospectofthea-SiHthinfilmsolarcell.Keywords:amorphoussilicon;solarcell;thinfilm20世纪60年代,辉光放电法(glowdischarge)对。由于内建电场的存在,产池两侧引出电
3、极并接薄膜制备技术取得一系列重大进展,使人们认识到上负载,负载中就有光生电流通过,得到可利用的[1,2]可以将同样具有光伏效应的非结晶状态的硅以薄膜电能,这就是太阳能电池发电的基本原理。若形式镀制在廉价的玻璃基板上。在美国RCA实验把几十个、数百个太阳能电池单体串联、并联起来,室Carlson和Wronski的共同努力下,第1块a-SiH组成太阳能电池组件;在太阳光的照射下,便可获得(非晶硅)薄膜太阳能电池于1976年问世,从此拉开相当可观的电能。了薄膜光伏技术研究与发展的序幕,目前非晶硅薄2a-SiH薄膜太阳能电池的结构膜太阳能电池
4、正在进入显著的技术进步和规模化应用阶段。目前,非晶硅太阳能电池的结构类型有很多,基本的结构形式有肖特基势垒型(包括MIS)、异质结1a-SiH薄膜太阳能电池的原理构型和pin型等。其中最重要的是pin型,其典型的a-SiH薄膜太阳能电池的工作原理是基于P结构如图1所示,它是在玻璃(Glass)衬底上沉积透N结的光生伏打效应:当N型半导体与P型半导体明导电膜(TCO),然后依次用等离子体增强化学气通过适当的方法组合到一起时,在二者的交界处就相法(PECVD)沉积p型、i型、n型3层a-Si,接着再形成了PN结;由于多数载流子的扩散,形成
5、了空蒸镀金属电极铝/钛(Al/Ti)。它具有以下优点:1)间电荷区,并形成一个不断增强的从N型半导体指pin结构是利用p层和和i层形成的体结,因而能避向P型半导体的内建电场,导致多数载流子反向漂免金属和非晶硅之间的界面状态对电池特性的影移;达到平衡后,扩散产生的电流和漂移产生的电流响,这样制备电池的重复性好,性能稳定;2)电池的相等。如果光照在PN结上,而且光能大于PN各层全部由非晶硅构成,材料便宜,工艺简便且可连结的禁带宽度,则在PN结附近将产生电子-空穴续生产;3)设计的灵活性大。正因为pin结构有这4建材世界
6、2009年第30卷第5期些优点,所以近几年来人们主要集中于pin电池的究指出,a-Si光伏系统在经过1年或2年的10%初研究,出现了几种形式的pin结构,转化效率大为提始功率衰减后可望获得可靠和恒定的功率输出。目高。前,最好的电池和组件的稳定化转换效率已超过pin型结构是伴随a-SiH的发展而产生的一种10%,而稳定化效率达到10%是a-Si电池能得以大电池结构,它与c-SiH太阳能电池的主要差别是增规模应用的转折点。表1列出了最近报道的有关数加了一个本征层-i层。在a-SiH结构中,载流子据。[3,4]的扩散长度很短,
7、光生载流子一旦产生,如果该处或表1a-Si薄膜太阳能电池和组件的最高稳定效率邻近没有电场存在时,则这些光生载流子由于扩散结构面积/cm2稳定效率/%来源[5]长度的限制将会很快复合而不能被收集。根据a-Si0.259.2USSCa-SiH的这一特点,要对光生载流子产生有效的收a-Si/a-Si0.2510.1USSC集,就要求在a-SiH太阳能电池中光注入所及的整a-Si/a-SiGe0.2511.2USSC个范围内尽量布满电场,因此就设计出带有本征层的pin结构。在pin结构的电池中,由pi结和in结a-Si/a-SiGe/a-SiGe
8、0.2513.0USSC形成的内建场几乎跨越整个本征层,该层中的光生a-Si/a-Si12008.9Fuji载流子完全置于该电场之中,一旦产生即可被收
