薄膜太阳能电池研究综述.doc

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1、薄膜太阳能电池研究的现状及前景综述摘要：介绍了薄膜人阳能电池在光伏产业中的地位，并分别概述CIGSCdTe多晶硅非晶硅染料敏化等薄膜太阳能电池的研究现状及前景。通过分析这几种薄膜太阳能电池发展现状及各自的特点，找出有待解决的问题，展望薄膜太阳能电池研究的前景。关键词：薄膜太阳能电池CIGSCdTe多晶硅非品硅染料敏化1•引言太阳能是各种可再生能源中垠重要的基本能源，生物质能、风能、水能等都來源于太阳能。太阳能电池是是一种通过光伏效应将太阳能转变为电能的一种装置，是利用太阳能的--种重要形式。目前，人们根据所选用的半导体材料将太阳能电池应用技术分为晶硅和薄膜两大

2、类。晶硅太阳能电池在现阶段的大规模应用和工业生产中占据主导地位，但曲于其成本过高，限制了其发展。相比品硅等英它太阳能电池，薄膜太阳能电池具有生产成本低、原材料消耗少、弱光性能优良等优势。随着世界能源紧缺，薄膜太阳能电池作为一•种光电功能薄膜，可以有效地解决能源短缺问题，而无污染，还可以实现光伏建筑一体化，易于大面积推广。本文主要综述CIGS、CdTe、多晶硅、非晶硅、染料敏化和有机薄膜A阳能电池等的研究现状及前景。2.CIGS薄膜太阳能电池铜锢隊硒薄膜太阳能电池是20111「纪80年代后期开发出来的新型太阳能电池，典型结构为如下的多层膜结构!金属栅/减反膜/透

3、明电极/窗口层/过渡层/光吸收层/背电极/玻璃。铜钢铢硒薄膜太阳能电池是第三代太阳能电池的首选，并口是单位重杲输出功率最高的太阳能电池。所谓第三代太阳能电池就是高效/低成本/可大规模工业化生产的铜錮铢硒(CIGS)等化合物薄膜太阳能电池。CIGS具有非常优良的抗干扰、耐辐射能力，因iftj没有光辐射引致性能衰退效应，使用寿命长。CIGS是直接带隙的半导体材料，因此电池中所需的CIGS薄膜厚度很小(一•般在2um2c右)。它的吸收系数非帘高达lOW1,同时述具有很好的非常大范围的太阳光谱的响应特性。通过调节Ga/(In+Ga)可以改变CIGS的带隙，调节范围为1

4、.04eV〜1.72eV。CIGS系电池可以很方便地做成多结系统，在四个结的情况下，从光线入射方向按禁带宽度山大到小顺序排列，太阳能电池的理论转换效率极限可以超过50%⑴。制备CIGS薄膜的方法很多，包括真空蒸镀、电沉积、溅射、化学浴沉积、化学气相沉积、分子束外延、喷射热解、封闭空间气相输运法等⑵。CIGS薄膜在髙于500°C的温度下沉积在涂有的玻璃衬底丄，并II与通过化学沉积形成的CdS层，组成CdS/CIGS异质结A阳能电池。山°以掺稼的CIS(CIGS)和以CdS为缓冲层制成的A阳能电池效率已高达21.5%⑶。CTGS薄膜太阳能电池性能优异，因而一些发达

5、国家非常重视，投入了大量资金进行研究，尤其是日本、美国、徳国的研究水平已处于世界领先，并已接近和达到实际生产水平，口英性能和品质在不断地提高。美国可再生能源实验室制备的小而积CIGS薄膜太阳能电池最高光电转化效率已达19.2%叫tl本昭和壳牌石油公司已经完成技术开发，并准备建设10〜20冊级生产线.2005年向市场提供商用CIGS太阳电池,技术路线以Cu、In.Ga溅射成膜，H：Se硒化,转换效率13.4%。FI本本

6、1

7、公司也宣布完成了C1GS的产业化开发。美国的ShellSoldi公司生产的C1GSA阳电池纽.件(40W)B达到转换效率12%,技术路线也是

8、以Cu、In、Ga溅射成膜,然后硒化。徳国的WurthSolar公司在2005年一季度1.5MW的CIGS生产线己建成投产，并开始销售CIGS纽件，第二条1.5MW的生产线止在建设中，技术路线是Cu.Tn.Gd、Se共蒸发，并进行2次硒化，平均转换效率8.5%。与国际上研发力度和规模相比较，国内薄膜太阳能电池相关基础研究水平较低，国内达到的实验室最高光电转化率仅约为10%,规模化生产主要靠引进国外的设备和技术。目前大多数CIGS电池纽•件都含有CdS缓冲层，但使用CdS缓冲层也存在一些缺点。从恢复短波光生电流的观点來看，应该使用禁带宽度更宽的缓冲层,从环境的观

9、点來看，镉的毒性将对环境产生负面影响。因此近年来研究使用的缓冲层材料有ZnS、Inos3、ZnSe、ZnO、Sn02、ZnIn2Se等，以収代CdS作为缓冲层，实现制备绿色无镉高效CIGS薄膜太阳电池，同时为了节约原材料和能源，还应该考虑尽可能地减小薄膜厚度。3・CdTe薄膜太阳能电池CdTe/CdS异质结薄膜太阳能电池简称CdTe薄膜太阳能电池。它是以p型CdTe和n型CdS为异质结。一般标准的CdTc薄膜太阳能电池的结构为玻璃/TCO/n-CdS/p-CdTe/背接触层/背电极。CdTe薄膜A阳能电池具有以下儿个优点：(1)理想的禁带宽度。CdTe的禁带宽

10、度为1.45eV.CdTe的光谱响应和