综述太阳能电池研究与进展

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1、综述太阳能电池研究与进展专业：光学工程（工程硕士）硕士生：周丽丹指导教师：江绍基教授学号：12212224摘要太阳能光伏发电具有的许多特征使其对未来能源非常重要，正在形成一门新兴的产业，但达到大规模地面应用需要解决提高光电转换效率和降低成木这两大难题。多晶硅薄膜太阳能电池能在廉价衬底上制备，成本远低于品体硅太阳能电池，转换效率可接近晶体硅太阳电池，并且具有光电性能稳定的特点。国内外光伏界都投入了大量的人力物力研究开发，多晶硅薄膜太阳电池，取得了可喜的进展。本文综述了各类太阳能电池的优缺点和研究应用现状，介绍了多晶硅薄膜太阳能电池的基本

2、结构及制备工艺和多晶硅薄膜的各种不同制备方法及其优缺点，最后对多晶硅薄膜太阳能电池的研究及应用前景进行了展望。关键词：太阳能电池；多晶硅薄膜1引言能源和环境是二十一世纪面临的两个重大问题，据专家估算，以现在的能源消耗速度’可开采的石油资源将在儿十年后耗尽，煤炭资源也只能供应人类使用约200年。太阳能电池作为可再生无污染能源,能很好地同时解决能源和环境两大难题，具有很广阔的发展前景。照射到地球上的太阳能非常巨大，大约40min照射到地球上的太阳能就足以满足全球人类一年的能量需求⑴。因此，制备低成本高光电转换效率的太阳能电池不仅具有广阔的

3、前景,而且也是时代所需。1954年美国贝尔实验室制造出第一块实用的硅太阳电池（转换效率只有6%）,初期由于价格昂贵只能用于一些特殊的应用，如人造地球卫星上。到了20世纪60年代和70年代初期，太阳电池价格昂贵，每峰瓦价格以百美元计，只能应用在无电又特别需要电的特殊场合，如航标灯、通讯和照明等。通过半个世纪的努力，大规模生产的晶体硅太阳电池的转换效率已经达到24%~15%,太阳电池的造价和发电成本己分别降至每峰瓦3美元和每度电25美分，世界太阳电池的年产量达到了540MWo即使如此，其主要应用范围仍然是边远无电地区，解决照明、电视、冰箱

4、、录音机用电以及微波屮继站、航空航海信号灯、气象监测、光伏水泵等的用电。目前，晶体硅太阳电池因丰富的原材料资源和成熟的生产工艺而成为太阳电池研发和产业化的主要方向，但走向大规模应用需要解决两大难题：一是提高光电转换效率；二是降低生产成本。工艺成熟的晶体硅太阳电池具有相对较高的转换效率，但成木较高，硅晶体的尺寸也不能满足人面积的要求。由于制作晶体硅太阳电池的硅材料占太阳电池成本的45%以上，受晶体硅材料价格和晶体硅太阳电池制备过程的影响，若要再大幅度地降低晶体硅太阳电池成本是非常困难的。因此，要真正达到地面大规模利用太阳电池的目标，降低

5、材料的成木就成为降低太阳电池成本的主要手段。高效低成本的薄膜太阳电池代表了未来太阳电池工业的发展方向。非晶硅薄膜太阳电池虽在成本上具有一定优势，但光疲劳效应严重制约了其发展空间，一些理论问题也有待进一步探索。因此，兼具两者优势的多晶硅薄膜太阳电池成为主攻方向。多晶硅薄膜电池的厚度随着结构的不同可以从几屮n到几十啊，仅是晶体硅太阳电池厚度的1/100到1/10,省却了拉单晶（或铸多晶硅锭）、切、磨、抛等诸多繁琐，且硅材料储量丰富，无毒无污染，技术成熟，便于实现大面积、全自动化连续生产。多晶硅薄膜太阳电池能在廉价衬底上制备，成本远低于品体

6、硅太阳电池，实验室效率已达，远高于非晶硅薄膜太阳电池的效率。最新研究表明，多晶硅薄膜太阳电池的光电转换效率可接近晶体硅太阳电池，并且具有光电性能稳定的特点。2太阳能电池的种类太阳能电池种类繁多八主要有硅太阳能电池、聚光太阳能电池、无机化合物薄膜太阳能电池、有机薄月莫太阳能电池、纳米晶薄膜太阳能电池和叠层太阳能电池等几大类。乙1硅太阳能电池目前，硅太阳能电池占太阳能电池的绝大部分（94%）⑵，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。2.1.1晶体硅太阳能电池品体硅太阳能电池有单品硅（c・Si）和多品硅（p・S

7、i）太阳能电池两类,最早出现的是利用切片技术（硅片厚度约0・5mm）制备的c-Si太阳能电池，而后带状硅技术的出现’避免了切片的操作，随着丝网印刷和机械刻槽技术的出现,c-Si太阳能电池的性能得到了进一步提高。而后用p-Si代替c-Si并应用c-Si太阳能电池的一些技术，如选择腐蚀发射结、金属吸杂、腐蚀绒面、表面和体钝化、细金属栅电极等等，制备了p-Si太阳能电池。与c-Si太阳能电池相比,p-Si太阳能电池成本低’但存在明显的晶粒界面和晶格错位等缺陷而导致光电转化效率相对较低。目前c-Si和p-Si太阳能电池的应用已经进入大规模发展

8、阶段，然而,c-Si和p-Si太阳能电池的成木因需高纯Si原材料而居高不下，其发展受到了一定的限制。据报道c-Si太阳能电池最高光电转化效率已达24.7%（理论最高光电转化效率为25%）⑶；Geogia采用磷吸朵和双层减