太阳能光电转换材料的制备及研究进展

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1、太阳能光电转换材料的制备及研究进展陈泽伟西北工业大学11070901班摘要：本文在对太阳能电池基本原理进行介绍的基础上，综述了近年来光电转换材料的发展情况，重点对各种材料的优缺点、制备方法以及未来的发展趋势进行探讨。关键词：太阳能电池，光电转换材料，转换效率SolarphotovoltaicconversionPreparationandResearchChenZeweiNorthwesternPolytechnicalUniversity11070901classAbstract:Inthispap

2、er,thebasicprinciplesofsolarcellsaredescribed,basedonthepaper,therecentdevelopmentofphotoelectricconversionmaterials,focusingontheadvantagesanddisadvantagesofvariousmaterials,preparationmethodsandfuturetrendsarediscussed.Keywords:solarcells,photoelectri

3、cconversionmaterials,conversionefficiency.1、前言在20世纪的世界能源结构中，人类所利用的一次性能源主要是石油、天然气和煤炭等化石能源。这些化石能源本质上是数万年前甚至是更长时间以来太阳能辐射到地球上的一部分能源储存到古生物，经沧海桑田的变化而演化成今天地球上的能源矿藏。经过人类数千年，特别是近百年的消费，这些化石能源已经被消耗了相当的比例。随着经济的发展、人口的增加和社会生活水平的提高，未来世界能源消费量将持续增长，世界上的化石能源消费总量总有一天将会到达极

4、限[1]。太阳能电池作为解决人类所面临的能源与环境问题的最佳选择，具有来源广泛、使用方便、无污染等优点，在航空、航天、通讯及微功耗电子产品等领域具有广阔的应用前景［2］，因而逐渐成为研究的重点方向和主流。太阳能电池，一种利用光生伏特作用直接将太阳能转换为电能的光电池，自问世以来，受各国专家的重视，且迅速发展。因其具有众多优点，将在更多的领域中有广泛的应用。因此，对其的组成及原理的研究有着极其重要的作用。本文在对太阳能电池基本原理进行介绍的基础上，综述了近年来光电转换材料的发展情况，重点对各种材料的优缺

5、点、制备方法以及未来的发展趋势进行探讨[3]。2、太阳能电池的基本原理太阳能电池的基本原理［4］:当电池的表面受到光照时，由于减反射膜的作用，入射光线小部分被反射，大部分进入光吸收层。其中，能量大于禁带宽度的光子被吸收后，激发出光生载流子。在电池内部产生的光生电子－空穴对扩散到PN结并受结电场影响而分开。太阳能电池的PN结处存在一个由N区指向P区的内电场。在N区产生的光生空穴会向PN结扩散，进入PN结后，即被内电场推向P区;在P区产生的光生电子先向PN结扩散，进入PN结后，即被内电场推向N区;而在PN

6、结区附近产生的电子—空穴对，则立即被内电场分别推向N区和P区。因此，在N区积累了大量的光生电子，而P区积累了大量空穴，在PN结两侧出现了光生电动势。若在两边的集电极间接上负载，则会产生光生电流。如图1所示：图1太阳能电池的基本工作原理3、太阳能电池材料3.1无机半导体材料3.1.1非晶硅非晶硅用作薄膜太阳能电池起始于20世纪70年代。1976年，卡尔松等［5］利用非晶硅制备了薄膜太阳能电池，其小面积样品转换效率为2．4%。随后，非晶硅薄膜太阳能电池得到了迅速发展.非晶硅薄膜太阳能电池通常为P－I－N偶

7、及型式，如图2所示，P层和N层主要作为建立内部电场，I层则由非晶硅构成。非晶硅用作薄膜太阳能电池光电转换材料具有以下优点:（1）高光吸收能力，其吸光频率范围为1.1－1.7eV，因此，I层厚度通常小于0.5μm，相对其他材料小得多；（2）相对于单晶硅，非晶硅薄膜太阳能电池制造工艺简单，能耗少;（3）可实现大面积、连续化生产;(4)可做成叠层结构，提高效率。非晶硅薄膜材料的制备早期主要采用硅烷气体的辉光放电分解、溅射、光－化学气相沉积等方法。目前，为了提高沉积速度，采用超高频法、等离子增强CVD法、微波

8、法和微波电子回旋共振CVD法等。图2非晶硅薄膜太阳能电池的结构UnitedSolarOvonic［6］完成面积929cm2的a－Si薄膜太阳能电池，AM0转换效率达9.8%，采用减反射层可使小面积效率达12%；IowaThinFilmTechnologies［6］生产的a-Si集成太阳能电池面积达0.93m2，AM0效率达到5%;美国国家再生能源实验室［7］三结叠层(a－Si:H/a－SiGe:H/a－SiGe:H)光谱分区吸收薄膜太阳能电池AM0转换效