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非晶硅太阳能电池研究毕业论文word免费下载

2019-07-19 16:12

非晶硅太阳能电池赵准(吉首大学物理与机电工程学院湖南?吉首?)摘?要:随着煤炭、石油等现有能源的频频告急和生态环境的恶化.使得人类不得不尽快寻找新的清洁能源和可再生资源。其中包括水能、风能和太阳能而太阳能以其储量巨大、安全、清洁等优势使其必将成为世纪的最主要能源之一。太阳是一个巨大的能源其辐射出来的功率约为其中有被地球截取这部分能量约有的能量闯过大气层到达地面在正对太阳的每一平方米地球表面上能接受到kw左右的能量。目前太阳能发电分为光热发电和光伏发电两种形式。太阳能热发电是利用聚光集热器把太阳能聚集起来将一定的工质加热到较高的温度(通常为几百摄氏度到上千摄氏度)然后通过常规的热机动发电机发电或通过其他发电技术将其转换成电能。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。目前光电转换器有两种:一种是光伽伐尼电池另一种是光伏效应。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件将光伏组件串联起来再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。因为光伏发电规模大小随意、能独立发电、建设时间短、维护起来也简单.所以从年代开始光伏发电技术得到迅速非晶硅太阳能电池研究毕业论文word免费下载发展日本、德国、美国都大力发展光伏产业他们走在了世界的前列我国在光伏研究和产业方面也奋起直追现在以每年%的速度迅速发展。关键词:光伏发电太阳能电池硅基太阳能电池非晶硅太阳能电池引言年卡尔松和路昂斯基报告了无定形硅(简称a一Si)薄膜太阳电他的诞生。当时、面积样品的光电转换效率为.%。时隔多年a一Si太阳电池现在已发展成为最实用廉价的太阳电池品种之一。非晶硅科技已转化为一个大规模的产业世界上总组件生产能力每年在MW以上组件及相关产品销售额在亿美元以上。应用范围小到手表、计算器电源大到Mw级的独立电站。涉及诸多品种的电子消费品、照明和家用电源、农牧业抽水、广播通讯台站电源及中小型联网电站等。a一Si太阳电池成了光伏能源中的一支生力军对整个洁净可再生能源发展起了巨大的推动作用。非晶硅太阳电他的诞生、发展过程是生动、复杂和曲折的全面总结其中的经验教训对于进一步推动薄膜非晶硅太阳电池领域的科技进步和相关高新技术产业的发展有着重要意义。况且由于从非晶硅材料及其太阳电池研究到有关新兴产业的发展是科学技术转化为生产力的典型事例其中的规律性对其它新兴科技领域和相关产业的发展也会有有益的启示。本文将追述非晶硅太阳电他的诞生、发展过程简要评述其中的关键之点指出进一步发展的方向。太阳能电池概述太阳能电池原理太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应把光能转化成电能的装置。太阳能电池以光电效应工作的结晶体太阳能电池和薄膜式太阳能电池为主流而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。所谓光生伏特效应就是当物体受到光照时物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。为了理解太阳能电池的运做我们需要考虑材料的属性并且同时考虑太阳光的属性。太阳能电池包括两种类型材料通常意义上的P型硅和N型硅。在纯净的硅晶体中自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体掺杂了能俘获电子的硼、铝、镓、铟等杂质元素那么就构成P型半导体。如果在硅晶体面中掺入能够释放电子的磷、砷、锑等杂质元素那么就构成了N型半导体。若把这两种半导体结合在一非晶硅太阳能电池研究毕业论文word免费下载起由于电子和空穴的扩散在交接面处便会形成PN结并在结的两边形成内建电场。太阳光照在半导体pn结上形成新的空穴电子对在pn结电场的作用下空穴由n区流向p区电子由p区流向n区接通电路后就形成电流。这就是光电效应也是太阳能电池的工作原理。太阳能电池种类太阳能电池的种类有很多按材料来分有硅基太阳能电池(单晶多晶非晶)化合物半导体太阳能电池(砷化镓(GaAs)磷化铟(InP)碲化镉(CdTe),铜铟镓硒(CIGS))有机聚合物太阳能电池(酞青聚乙炔)染料敏化太阳能电池纳米晶太阳能电池按结构来分有体结晶型太阳能电池和薄膜太阳能电池。硅基太阳能电池非晶硅薄膜太阳能电池开发太阳能电池的两个关键问题就是:提高转换效率和降低成本。由于非晶硅薄膜太阳能电池的成本低便于大规模生产普遍受到人们的重视并得到迅速发展其实早在年代初Carlson等就已经开始了对非晶硅电池的研制工作近几年它的研制工作得到了迅速发展目前世界上已有许多家公司在生产该种电池产品。非晶硅半导体材料的最基本特征是组成原子的排列为长程无序、短程有序原子的键合类似晶体硅形成一种共价无规网状结构。这结构不是无规理想的网络模型其中含有一定量的结构缺陷、悬挂键、断键和空洞等。非晶硅电池的工作原理与单晶硅电池类似都是利用半导体的光生伏特效应实现光电转换。与单晶硅电池不同的是非晶硅电池光生载流子只有漂移运动而无扩散运动原因是由于非晶硅结构中的长程无序和无规网络引起的极强散射作用使载流子的扩散长度很短。如果在光生载流子的产生处或附近没有电场存在则光生载流子受扩散长度的限制将会很快复合而不能吸收。为能有效地收集光生载流子将电池设计成为pin型其中p层是入射光层i层是本征吸收层处在p和n产生的内建电场中。当入射光通过p层进入i层后产生电子空穴对光生载流子一旦产生后就由内建电场分开空穴漂移到p边电子飘移到n边形成光生电流和光生电压。非晶硅光学带隙为eV,使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率。此外其光电效率会随着光照时间的延续而衰减即所谓的光致衰退SW效应使得电池性能不稳定。解决这些问题的途径就是制备叠层太阳能电池叠层太阳能电池是由在制备的p、i、n层单结太阳能电池上再沉积一个或多个Pin子电池制得的。叠层太阳能电池提高转换效率、解决单结电池不稳定性的关键问题在于:①它把不同禁带宽度的材科组台在一起提高了光谱的响应范围②顶电池的i层较薄光照产生的电场强度变化不大保证i层中的光生载流子抽出③底电池产生的载流子约为单电池的一半光致衰退效应减小④叠层太阳能电池各子电池是串联在一起的。非晶硅薄膜太阳能电池的制备方法有很多衬底可以为玻璃、不锈钢、特种塑料、陶瓷等(图为非晶硅薄膜电池结构的示意图)。玻璃衬底的非晶硅电池光从玻璃面入射电池的电流从透明导电膜(TCO)和铝电极引出。不锈钢衬底的非晶硅电池与单晶硅电池类似在透明导电膜上制备梳状银电极电池的电流从银电极和不锈钢引出。双叠层的结构有两种:一种是两层结构使用相同的非晶硅材料一种是上层使用非晶硅合金下层使用非晶硅锗合金以增加对长波光的吸收上层使用宽能隙的非晶硅合金做本征层以吸收蓝光光子中间层用含锗约的中等带隙的非晶硅锗合金以吸收红光。三叠层的结构与双叠层的结构类似。非晶硅材料由气相沉积法形成的。根据离解和沉积方法的不同可分为辉光放电分解法(GD)、溅射法(SP)、真空蒸发法、光化学气相沉积法(CVD)和热丝法(HW)等多种。其中等离子增强化学气相沉积法(PECVD)是已被普遍采用的方法在PECVD沉积非晶硅的方法中PECVD的原料气一般采用SiH和H制备叠层电池时用SiH和GeH加入BH和PH可同时实现掺杂。SiH和GeH在低温等离子体的作用下分解产生a-Si或aSiCe薄膜。此法具有低温工艺和大面积薄膜的生产等特点适合于大规模生产。非晶硅电池具有如下优点:()制造成本低。这是因为:①半导体层光吸收系数比晶体硅大一个数量级电池厚度只需μm左右约为晶体硅电池的可节省大量硅材料。②可直接沉积出薄膜没有切片损失。③可采用集成技术在电池制备过程中一次完成组件工艺过程简单。④电池的pin结是在℃左右的温度下制造的比晶体硅电池的~℃的高温低得多能源消耗小。⑤电池的单片面积可大到~m组装方便易于实现大规模生产。()能源消耗的回收期短。每平方米非晶硅电池的生产能耗仅为lkW·h左右能源回收期仅为l~a比晶体硅低得多。()发电量多。据测试在相同条件下非晶硅电池的发电量较单晶硅电池高左右较多晶硅电池高左右。()售价低。目前约比晶体硅电池的售价约低-。太阳能电池性能分析和亟待解决的问题性能分析种类优势劣势转换效率单晶硅太阳能电池转化效率最高技术最为成熟硅消耗量大成本高工艺复杂多晶硅太阳能电池转化效率较高多晶硅生产工艺复杂供应受限制非晶硅薄膜太阳能电池成本低可大规模生产转换效率不高光致衰退效率需要解决的问题由以上对比可以看出以后多晶硅和非晶硅薄膜太阳能电池由于具有较高的转换效率和较低的生产成本会越来越受到投资者的关注。但是它们也面临着一些需要解决的问题。多晶硅薄膜电池具有效率较高、性能稳定及成本低的优点是降低太阳能电池成本的最有效的方法但目前尚存在如下问题:①多晶硅薄膜低温沉积质量差薄膜晶粒尺寸小电池效率低。②多晶硅薄膜高温沉积适于生长优质多晶硅薄膜的廉价而优良的衬底材料。因而今后应着重研发如下问题:①大面积、大晶粒薄膜的生长技术②进一步提高薄膜的生长速率③薄膜缺陷的控制技术④优质、价廉衬底材料的研发⑤电池优良设计、表面结构技术及背反射技术等的研究。非晶硅薄膜电池作为地面电源应用的最主要问题是效率低、稳定性差。目前实验室效率己达%但生产中电池组件的稳定效率仅为~%。引起效率低、稳定性差的主要原因是光诱导衰变即所谓的S-W效应。用氢稀释硅烷方法生长的aSi和aSiGe薄膜可以抑制光诱导衰变提高效率。使用双叠层、三叠层或多叠层结构可以增加光谱响应提高效率。但从工业化生产和地面电源应用的要求来看问题还远未得到令人满意的解决仍有许多工作要做。关于非晶硅电池的衰降问题许多科研人员已进行多年的研究实验并还在继续进行着主要内容有:①高质量本征非晶硅材料的研究(包括晶化技术)减少光生亚稳态密度提高稳定性。②质量n型和p型非晶硅材料的研究改善薄膜完整性提高掺杂效率增强内建电场提高电池的稳定性。③改善非晶硅电池内部界面降低界面态减小界面复合提高输运效率、转换效率和电池的稳定性。④优质aSi:Ge合金材料的研究进一步完善双结、三结、多带隙非晶硅电池提高效率和电池的稳定性。目前非晶硅太阳能电池的研究已取得两大进展:第一、三叠层结构非晶硅太阳能电池转换效率达到%创下新的记录第二、三叠层太阳能电池年生产能力达MW。美国联合太阳能公司(VSSC)制得的单结太阳能电池最高转换效率为三带隙三叠层电池最高转换效率为%。光伏系统的特殊应用光伏系统具有很多用途它可以比一个硬币还小也可以比一个足球场那么大可以为一个手表提供电力也可以为一个小城镇供电而它所需要的能源仅仅是太阳光。光伏系统的这些优点结合它的简洁的工作方式使之成为适用于很多独立特殊应用的能源前景尤为诱人。本章将着重讨论光伏系统的特殊应用。空间应用在应用的早期由于光伏系统的成本高它仅仅应用于空间领域。太阳能电池不断地被用来为太空飞船、人造卫星、以及火星探测器进行供电。正如预期的由于空间应用对可靠性的高要求应用于空间技术上的产品都执行很高的标准以及非常严格的产品质量控制。同时由于太空船对产品质量以及面积的限制对太阳能电池的光电转换效率也有很高的要求。由于光伏太阳能板占人造卫星总重量的占总成本的所以太阳能电池的重量及成本的降低成为下一代空间用太阳能电池的研究方向。很多空间太阳能电池采用砷化镓以及相关的化合物制作砷化镓电池与晶体硅太阳能电池相比具有更高的光电转换效率但是需要更高的成本。发展中国家的光伏发电尽管有一些小的电池供电电器在某些地区使用消费者必须到电池充电中心进行充电发展中国家仍有将近的人无法得到电力供应。在这些边远地区燃料的供应以及柴油发电机的维护比较困难这样对于光伏发电系统来说存在一个潜在的并且巨大的市场这样的应用有:()家庭照明包括太阳能电灯()家用电源()用于教育和娱乐的电视机或者收音机()无线电话和通信系统()饮用水净化系统()家庭用水或者灌溉用水的水泵系统()医用和疫苗用冷藏设备()社区共用设施()生产和生活用电每一项这样的应用都可以设计成一个独立的光伏发电系统与满足多种应用的村落电网连接。国际能源协会的光伏发电系统项目包含发展中国家计划并已经开始运作光伏发电由于可靠性高、寿命长、以及维护费用低而显得非常吸引人。但是用户的持续支持、对用户相关知识的教育和培训是必须的这样才可以避免系统的高失效率如今这方面的管理与以前相比要好得多。另外光伏组件模块化的特性使得无论是小规模还是大规模的系统都能够安装在任何地方并且可以随着需求后续可以增加系统的容量。然而由于光伏系统的成本很高大多数发展中国家的村庄在使用这样的供电系统时需要财政上的支持。非晶硅太阳电池的发展历程非晶硅太阳电池的诞生理论上的突破年斯皮尔成功地测量了a一Se材料的漂移迁移率年美国的安德松第一次在论文中提出无定形体系中存在电子局域化效应:年前苏联人约飞与热格尔提出了对非晶半导体理论有重要意义的论点即决定固体的基本电子特性是属于金属还是半导体、绝缘体的主要因素是构成凝聚态的原子短程结构即最近邻的原子配位情况同年美国人欧夫辛斯基发现硫系无定形半导体材料具有电子开关存储作用。从年到年有关科学家深入开展了基础理论研究解决了非晶半导体的能带理论提出了电子能态分布的Mott一CFO模型和迁移边的思想非晶硅太阳电池的初期发展初期的技术进步和繁荣半导体巨型电子器件太阳电池可用廉价的非晶硅材料和工艺制作这就激发了科研人员、研究单位纷纷投入到这个领域的研究中也引起了企业界的重视和许多国家政府的关注从而推动了非晶硅太阳电他的大发展。世界上出现了许多以aSi太阳电池为主要产品的企业或企业分支。例如美国的CHRONAR、SOLAREX、ECD等日本有三洋、富士、夏普等。CHRONAR公司是aSi太阳电池产业开发的急先锋不仅自己有生产线还向其它国家输出了条MW级生产线。美、日各公司还用自己的产品分别安装了室外发电的试验电站最大的有kW容量。在年代中期世界上太阳电他的总销售量中非晶硅占有%出现非晶硅、多晶硅和单晶硅三足鼎立之势。aSI太阳电池的优势技术向生产力如此高速的转化说明非晶硅太阳电池具有独特的优势。这些优势主要表现在以下方面:()材料和制造工艺成本低。这是因为衬底材料如玻璃、不锈钢、塑料等价格低廉。硅薄膜厚度不到μm昂贵的纯硅材料用量很少。制作工艺为低温工艺(一°C)生产的耗电量小能量回收时间短)()易于形成大规模生产能力。这是因为核心工艺适合制作特大面积无结构缺陷的a一Si合金薄膜只需改变气相成分或者气体流量便可实现…n结以及相应的迭层结构生产可全流程自动化。()品种多用途广。薄膜的aSi太阳电池易于实现集成化器件功率、输出电压、输出电流都可自由设计制造可以较方便地制作出适合不同需求的多品种产品。由于光吸收系数高晴电导很低适合制作室内用的微低功耗电源如手表电池、计算器电池等。由于aSi膜的硅网结构力学性能结实适合在柔性的衬底上制作轻型的太阳电池。灵活多样的制造方法可以制造建筑集成的电池适合户用屋顶电站的安装。非晶硅太阳电池技术完善与提高由于发展势头遭到挫折年代末年代初非晶硅太阳电他的发展经历了一个调整、完善和提高的时期。人们一方面加强了探索和研究一方面准备在更高技术水平上作更大规模的产业化开发中心任务是提高电它的稳定化效率。为此探索了许多新器件结构、新材料、新工艺和新技术其核心就是完美结技术和叠层电池技术。在成功探索的基础上年代中期出现了更大规模产业化的高潮先后建立了多条数兆瓦至十兆瓦高水平电池组件生产线组件面积为平方米量级生产流程实现全自动。采用新的封装技术产品组件寿命在年以上。组件生产以完美结技术和叠层电池技术为基础产品组件效率达到%%中试组件(面积cm左右)效率达%%小面积电池最高效率达%。叠层电池技术减薄aSi太阳电他的i层厚度可以增强内建电场减少光生载流子通过带隙缺陷中心和/或光生亚稳中心复合的几率又可以增加载流子移动速率同时增加电他的量子收集效率和稳定性。但是如果i层大薄又会影响入射光的充分吸收导致电池效率下降。为了扬长避短人们采用了多薄层电池相叠的结构从而提高了电池的转化效率并降低了电池的衰减率。新材料探索探索的宽带隙材料主要有非晶硅碳、非晶硅氧:微晶硅、微晶硅碳等这些材料主要用于窗口层。顶电池的i层主要是宽带隙非晶硅和非晶硅碳。最受重视的窄带隙材料是非晶硅锗。改变硅锗合金中锗含量材料的带隙在eV到eV范围可调。硅与锗的原子大小不一成键键能不同非晶硅锗膜通常比非晶硅缺陷更多。膜中硅与锗原子并不是均匀混合分布的氢化时氢择优与硅键合克服这些困难的关键是采用氢稀释沉积法和掺氟。这些材料的光电子特性可以做得很好但氢含量通常偏高材料的光致衰退依然存在叠层结构在一定程度上抑制了它对电池性能的影响。新技术探索为了提高非晶硅太阳电他的初始效率和光照条件下的稳定性人们探索了许多新的材料制备工艺。比较重要的新工艺有:化学退火法、脉冲氖灯光照法、氢稀释法、交替淀积与氢处理法、掺氟、本征层掺痕量硼法等。此外为了提高aSi薄膜材料的掺硼效率用三甲基硼代替二乙硼烷作掺杂源气。为了获得a一Si膜的高淀积速率采用二乙硅烷代替甲硅烷作源气。新制备技术探索射频等离子体增强CVD是当今普遍采用的制备aSi合金薄膜的方法。它的主要优点是:可以用较低的衬底温度(C左右)重复制备大面积均匀的薄膜制得的氢化aSi合金薄膜无结构缺陷、台阶覆盖良好、隙态密度低、光电子特性符合大面积太阳电他的要求。此法的主要缺点也是致命的缺点是制备的aSi膜含氢量高通常有%%氢含量光致衰退比较严重。因此人们一方面运用这一方法实现了规模化生产另一方面又不断努力探索新的制备技术与RFPECVD最相近的技术有超高真空PECVD技术甚高频(VHF)PECVD技术和微波(包括ECR)PECVD技术。激发等离子体的电磁波光子能量不同则气体分解粒子的能量不同粒子生存寿命不同薄膜的生成及对膜表面的处理机制不同生成膜的结构、电子特性及稳定性就会有区别。VHF和微波PECVD在微晶硅的制备上有一定的优势。其它主要新技术还有离子束淀积aSi薄膜技术HOMOCVD技术和热丝CVD技术等。离子束淀积aSi合金薄膜时包括硅烷在内的反应气体先在离化室离化分解然后形成离子束淀积到衬底上形成结构较稳定的aSi合金薄膜。HOMOCVD技术通过加热气体使之热分解分解粒子再淀积在衬底上。成膜的先级粒子寿命较长膜的电子性能良好氢含量低稳定性较好。这两种技术成膜质量虽好但难以形成产业化技术。热丝CVD技术也是较有希望的优质薄膜硅的高速制备技术。非晶硅太阳电池的未来发展现有aSi太阳电池产业的市场开发非晶硅太阳电池无论在学术上还是在产业上都已取得巨大的成功。金世界的生产能力超过兆瓦。处于高校术档次的约占一半。最大的生产线规模为年产MW组件。这种大规模高档次生产线满负荷正常运转的生产成本已低达美元/峰瓦左右。据预测若太阳电池成本低于每峰瓦美元寿命年以上发电系统成本低于每峰瓦美元则光伏发电电力将可与常规电力竞争。与其它品种太阳电池相比非晶硅太阳电池更接近这一理想的目标。非晶硅大阳电池目前虽不能与常规电力竞争但在许多特别的条件下它不仅可以作为功率发电使用而且具有比较明显的优势比如说依托于建筑物的屋顶电站由于它不占地乱免除占地的开支发电成本较低。作为联网电站不需要储能装备太阳电池在发电成本中有最大比重太阳电池低成本就会带来电力低成本。技求进一步发展的方向非晶硅太阳电池一方面面临高性能的晶体硅电池降低成本努力的挑战:一方面又面临廉价的其它薄膜太阳电池日益成熟的产业化技术的挑战。如欲获得更大的发展以便在未来的光伏能源中占据突出的位置除了应努力开拓市场将现有技术档次的产品推向大规模功率发电应用外还应进一步发扬它对晶体硅电池在成本价格上的优势和对其它薄膜太阳电池技术更成熟的优势在克服自身弱点上下功夫。进一步提高组件产品的稳定效率延长产品使用寿命比较具体的努力方向如下:()加强aSi基础材料亚稳特性及其克服办法的研究达到基本上消除薄膜硅太阳电池性能的光致衰退。()加强晶化薄膜硅材料制备技术探索和研究使未来的薄膜硅太阳电池产品既具备a一Si薄膜太阳电池低成本的优势又具备晶体硅太阳电池长寿、高效和高稳定的优势。()加强带有aSi合金薄膜成分或者具有aSi廉价特色的混合叠层电他的研究把aSi太阳电池的优点与其它太阳电池的优点嫁接起来。()选择最佳的新技术途径不失时机地进行产业化技术开发在更高的技术水平上实现更大规模的太阳电池产业化和市场商品化。国内外非晶硅太阳能电池产业及市场分析世界光伏产业总体发展趋势世界各国都对太阳能光伏发电给予大力支持。年全世界太阳能电池的产量为兆瓦比年增长其中日本的产量达到兆瓦比年兆瓦增长是全世界第一大生产国占全世界欧洲太阳能电池的生产量为兆瓦,比年兆瓦增长美国太阳能电池的生产量为兆瓦,比年兆瓦增长其他国家地区太阳能电池的生产量为兆瓦,比年兆瓦增长大幅增长中国、台湾增长很快。年世界光伏市场安装量MW比年增长%其中德国安装最多为MW比年增长%占世界总安装量的%欧洲为MW占总世界安装量的%日本安装量MW增幅为%占世界总安装量的%美国安装量为MW占世界总安装量的%其他安装量为MW占世界总安装量的%。至年全世界光伏系统累计安装量已超过GW年一年内投资太阳能电池制造业的资金超过亿美元。根据光伏市场需求预测到年全世界光伏市场年安装量将在G到GW之间而光伏工业年收入将达到亿美元到亿美元。日本和欧美各国都提出了各自的中长期PV发展路线图。按日本的PV路线图(TVRoadmap)到年PV电力将达到居民电力消耗的%(累计安装容量约为GW)具体的发展目标见表和表。表到年的日本PV研发目标项目现状年目标PV组件生产成本日元W日元W(年)日元W(年)<日元W(年)PV组件的寿命年年(年)Si原料的消耗gWgW(年)变换器(功率单元)日元W日元W(年)蓄电池日元W日元W寿命>年(年)?表到年的日本PV组件电池的转换效率目标太阳能电池类型现状效率()目标转换效率(实验室效率)()年年年晶体硅电池()()()()薄膜电池()()()()CIS电池()()()()IIIV电池聚光()()()()染料敏化电池()()()()?非晶硅系列太阳能电池发展迅猛目前晶体硅太阳能电池因较高的转化效率和成熟的生产工艺是太阳能电池研发和产业化的主要方向而化合物薄膜等新技术太阳能电池虽然具有相对较低的成本但生产工艺还不成熟且目前商业化的薄膜型太阳光电模块效率相比主流的结晶硅型效率(~)仍然较低一般多在以下。以年数据分析各种太阳能电池中晶体硅平板太阳能电池占总产量的%非晶硅电池产量占%其他为薄膜或带硅太阳能电池。现在一个世界性的问题是制造太阳能的电池的硅原材料紧缺尽管年全世界硅原材料供应增长了%但仍然供不应求国际上长期供货合同抬价%。持续的硅材料紧缺将对年太阳能电池生产产生较大的影响预计年世界太阳能电池产量的增幅将被限制在%左右。要解决硅材料的紧缺问题预计将需要年以上的时间。由于硅材的供不应求预期将限制年硅基太阳电池产业的成长速度然而这恰好也为第二代太阳电池技术薄膜太阳电池等非晶硅系产品提供了良好的发挥舞台。非晶硅材料转换效率约~在八十年代非晶硅是当时唯一的薄膜型太阳电池材料但由于它的光电转换效率较低且具有光劣化的不稳定性因此早期始终无法打入主流的发电用市场而多应用于小功率的消费性电子产品市场。但近年随着两层或多层接合太阳电池(MultijunctionCell)技术的发展使得单层厚度可以降低而减缓照光后衰退的现象且可吸收不同波段的太阳光谱因此光电转换效率获得提升。预计短期内市面上的非晶硅太阳电池模块效率约为~并很快就可见到装置容量达数百万瓦级的非晶硅太阳光电板设施。目前主要非晶硅太阳电池厂商包括:Kaneka、UnitedSolar、三洋(Sanyo)、富士电机(FujiElectric)、BPSolar。薄膜硅原料需求低且发电效率高薄膜硅太阳电池是一种不同于非晶硅及单晶硅基材的硅基太阳电池其电池厚度仅约数个微米或更薄介于非晶硅模块的nm与结晶硅太阳电池nm之间。小粒径的多晶硅(晶粒约数百nm仅含有晶粒及晶界)及纳米结晶硅(NanocrystallineSilicon)或微晶硅(μcSi晶粒约~nm是一种含有非晶组织及晶粒、晶界的混合结构)薄膜是常见的薄膜硅结构有机会取代非晶硅合金(如aSiGe)作为多层接合太阳电池的底层如夏普(Sharp)、Kaneka、佳能(Canon)等皆积极往微晶硅方向发展。aSiμcSi叠层(Tandem)型太阳电池可提供更稳定及增加光谱吸收度转换效率可较非晶硅单层组件大幅提升效率达以上。薄膜硅原料需求只有约为硅芯片型的百分之一且具有高吸收光特性通常无光劣化现象故每瓦发电量较高对消费者而言能源回收期可缩短。因此薄膜硅太阳电池技术的未来发展潜力颇被太阳电池业界看好。目前aSiμcSi叠层型薄膜太阳电池已有部分商品化而μcSi太阳电池则多还在开发但已接近技术成熟阶段其关键技术在于快速沉积(>nmsec)、镀膜品质与大面积制程的可靠度及重现性。国内太阳能电池产业发展现状及主要问题太阳能电池用硅原材料缺乏已成为国际性的一大问非晶硅太阳能电池研究毕业论文word免费下载题对我国的影响尤为严重。国内太阳能电池厂商向国外生产厂家直接订货合同价格为-美元kg同通过中间商的硅材料价格年一路飙升一年之间已从美元kg上升到超过美元kg最近已达美元kg。以目前国际市场太阳能电池销售价-美元W(离岸价)计算如此昂贵的硅材料价格已使太阳能电池生产厂无利润可言更为严重的是现在已有一些新上电池生产线、即使高价也买不到货处于半停产状态尽管洛阳中硅、四川峨眉、新光等公司计划扩产及新建多晶硅项目但近几年还得主要依赖进口。因此原材料短缺成为目前我国光伏产业发展的重要制约因素之一。发展薄膜类或其他非硅晶太阳能电池产业成为规避上述问题的一条有效途径。年国内非晶硅太阳能电池产量约为MW仅占全年总产量MW的%大致与国际市场类似预计到年底将形成MW的生产能力产量将占到国内太阳能电池总产量的%以上。结论非晶硅太阳能电池其应用范围具体可分为两方面.一是作为弱电所用电器的驱动电源另一是作为独立电站的组件.不言而喻。非晶硅电池的发展还必须与火力发电、晶体硅电池进行竞争.我国asi电池界面临的新任务就是要在现有的基础上进一步提高产业化、实用化水平.要以解决产业化关键技术为重点进一步提高工艺水平和装备水平。进一步提高大面积电池的转换效率和稳定性。大幅度降低成本大力拓宽应用领域.争取在世纪中后期建立起具有我国特色和世界先进水平的asi太阳电池新兴产业.参考文献王长贵王斯成主编.太阳能光伏发电实用技术.北京:化学工业出版社、.李安定著.太阳能光伏发电系统工程.北京:北京工业大学出版社、黄亚平太阳能光伏发电研究现状与发展前景探讨广东:白云学报,赵朝会光伏发电技术的研究现状和应用前景上海:上海电机学院学报,肖蕾恃.非晶硅太阳电兆发展现状及趋势钱勇之.{晶硅太阳电池研究开发新进展黄和玉.国外非品硅和太阳电池研究和发展王广才耿新华李洪波孙云孙建陆靖谷刘世国(南开大学光电子薄膜器件与技术研究所,天津)

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