薄膜太阳能电池研究的现状及前景综述
摘要：介绍了薄膜太阳能电池在光伏产业中的地位，并分别概述CIGS CdTe 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CIGS CdTe 多晶硅非晶硅染料敏化
1.引言
太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、水能等都来源于太阳能。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，是利用太阳能的一种重要形式。
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，但由于其成本过高，限制了其发展。相比晶硅等其它太阳能电池，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，而且无污染，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太阳能电池等的研究现状及前景。
2.CIGS薄膜太阳能电池
铜铟镓硒薄膜太阳能电池是20世纪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/透明电极/窗口层/过渡层/光吸收层/背电极/玻璃。
铜铟镓硒薄膜太阳能电池是第三代太阳能电池的首选,并且是单位重量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铟镓硒(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，因而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2um左右)。它的吸收系数非常高达10-5cm-1，同时还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1.04eV~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由大到小顺序排列，太阳能电池的理论转换效率极限可以超过50%[1]。
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[2]。
CIGS薄膜在高于500℃的温度下沉积在涂有Mo的玻璃衬底上，并且与通过化学沉积形成的CdS 层，组成CdS／CIGS异质结太阳能电池。由。以掺镓的CIS(CIGS)和以CdS为缓冲层制成的太阳能电池效率已高达21．5％[3]。
CIGS薄膜太阳能电池性能优异，因而一些发达国家非常重视，投入了大量资金进行研究，尤其是日本、美国、德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，且其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面积CIGS薄膜太阳能电池最高光电转化效率已达19．2％[4]。日本昭和壳牌石油公司已经完成技术开发，并准备建设10～20MW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％。日本本田公司也宣布完成了CIGS的产业化开发。美国的Shell Solar公司生产的CIGS太阳电池组件(40W)已达到转换效率12％，技术路线也是以Cu、In、Ga溅射成膜，然后硒化。德国的WurthSolar 公司在2005年一季度1．5MW的CIGS生产线已建成投产，并开始销售CIGS组件，第二条1．5MW的生产线正在建设中，技术路线是Cu、In、Ga、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电池组件都含有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来看，应该使用禁带宽度更宽的缓冲层，从环境的观点来看，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、In。s3、ZnSe、ZnO、Sn02、ZnIn2Se 等，以取代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CdTe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薄膜太阳能电池具有以下几个优点：(1)理想的禁带宽度。CdTe的禁带宽度为1.45 eV．CdTe的光谱响应和太阳光谱非常匹配：(2)高光吸收率。CdTe的吸收系数在可见光范围高达10-4cm以上．99％的光子可在lum厚的吸收层内被吸收：(3)转换效率高。CdTe薄膜太阳能电池的理论光电转换效率约为30％；(4)电池性能稳定，一般的CdTe电池的设计使用时问为20年以上；(5)电池结构简单，制造成本低，容易实现规模化生产[5]。
四川大学制备出转换效率13．38％、填充因子70%以上的小面积CdTe薄膜太阳能电池[251。目前CdTe薄膜太阳能电池在实验室中获得的最高光电转换效率已达到16 5％。其商用组件的效率也达到了10％左右[6]。
4.多晶硅薄膜太阳能电池
poly-Si薄膜电池既具有晶体硅电池的高效、稳定、无毒、材料资源丰富，又具有薄膜电池的材料省、成本低的优点，它在长波段具有高光敏性，对可见光能有效吸收，且具有与晶体硅一样的光照稳定性，同时材料制备工艺相对简单，poly-Si薄膜电池技术有望使太阳电池组件的成本得到更大程度的降低，从而使得光伏发电的成本能够与常规能源相竞争[7]。
poly-Si薄膜制备方法主要有：化学气相沉积法(CVD)、液相外延法(LPE)、等离子体溅射沉积法等。化学气相沉积(CVD)法是将衬底加热到适当温度，通以反应气体，在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在衬底表面，反应温度通常在800 1200℃之间。直接在非硅衬底上沉积，一般难以形成较大晶粒，并且晶粒之间容易形成孔隙，对制备高效率电池不利。因此发展了再结晶技术以提高晶粒尺寸。到目前为止再结晶技术主要有3种：固相晶化(LAR)法、区熔再结晶(ZMR)法、激光再结晶(LMC)法。液相外延(LPE)法是将硅熔融在母液里，通过降低温度使硅析出成膜的一种方法，美国ASTRO POWER公司和德国MAx．PLANK研究所对这一技术进行了深入的研究。前者用LPE法制备的电池，效率已达10．5％。等离子体溅射沉积法是一种物理制备方法，其主要问题是晶粒的致密度较低[2]。
限制太阳能电池转换效率的因素很多，提高吸光率和减少载流子复合是提高转换效率最重要的2种方法。
众所周知，吸光率越大，电池转换效率越高，短路电流密度．，筻也越大。si对可见光的光学吸收长度约为150um[14]。由此可见，传统单晶与非晶硅太阳能电池的厚度为200um左右，有利于充分吸收太阳光能量。按照国际认定的标准，新一代薄膜太阳能电池的厚度应在50um以下。这意味着必须使较长波段的光在薄膜的上下表面间来回反射，以增加其光程，达到提高吸光率的目的。要使吸光率A(λ)在宽谱带范围内达到高值，可以采取以下2种方法。
第一种方法是使薄膜电池上表面反射系数Rf接近于0。为此，通常采用由ZnS、MgF：、Ti02和Si。N。构成的单层或多层减反膜。第二种方法是使薄膜电池背面的反射系数Rb接近理想的100％，通常用在基片上蒸镀金属膜作为反射层的方法增加电池背面的反射系数。[15]
无论体晶硅还是薄膜硅太阳能电池，其内部的载流子复合都是不可避免的。在si薄膜太阳能电池中，大量的载流子复合发生在杂质中心、表面、界面和晶界处L2J在多晶硅薄膜和微晶硅薄膜中，晶界处会有晶界复合。为了减少这些复合。应尽可能减少薄膜中不需要的杂质，增大多晶硅和微晶硅薄膜中的晶粒尺寸等。
现在一般商用多晶硅太阳能电池组件的转换效率为12％～14％，其产量占硅太阳能电池的50％左右，是太阳能电池的主要产品之一．澳大利亚新南威尔士大学采用热交换法生长的poly-Si 太阳能电池，转换效率达到18.2%[8]，后来通过工艺改进，其电池转换效率达到19．8％。日本三菱公司在Si02衬底上制作的poly—Si薄膜太阳电池的效率已达16．5％[9]。我国无锡尚德太阳能电力有限公司大规模poly—Si电池转换效率已达到16％，其生产能力为50MW[9]。北京太阳能研究所自行研制了一台加热温度可达700℃的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统，通过改变衬底温度和反应气体(SiH4与H2。)的比例制备多晶硅薄膜。
5.非晶硅薄膜太阳能电池
非晶硅薄膜太阳能电池转换效率较低，实验室转换效率只有13％[10]，但工艺成
熟、成本较晶硅低廉、制备方便，适于大规模生产。
非晶硅薄膜太阳能电池通常为叠层结构，玻璃基板上沉积了透明导电膜(transparent conductive oxide，TCO)层、非晶硅层(a—Si层)和背电极层(Al／ZnO层)3层薄膜，其中非晶硅层通过磁控溅射法沉积[11]。
相对于单晶硅太阳能电池，非晶硅薄膜是一种极有希望大幅度降低太阳电池成本的材料。非晶硅薄膜太阳能电池具有诸多优点使之成为一种优良的光电薄膜光伏器件。(1)非晶硅的光吸收系数大，因而作为太阳能电池时，薄膜所需厚度相对其他材料如砷化镓时，要小得多；(2)相对于单晶硅，非晶硅薄膜太阳能电池制造工艺简单，制造过程能量消耗少；(3)可实现大面积
化及连续的生产；(4)可以采用玻璃或不锈钢等材料作为衬底，因而容易降低成本；(5)可以做成叠层结构，提高效率。
非晶硅薄膜主要由气相沉积法制备，目前，普遍采用的是等离子增强化学气相沉积法(PECVD)。在PECVD法沉积非晶硅薄膜的方法中，一般原料气采用SiH4和H2，制备非晶硅薄膜叠层电池时则采用SiH4和GeH4，在沉积过程中，加入B2 H5或PH3。可实现掺杂。SiH4和GeH4在低温等离子体的作用下分解产生a-Si或a-SiGe薄膜。
目前报导过单结电池的最高稳定效率>8％[12]，双结电池>9．5％，三结电池>10％。但实际上大多数销售的太阳能电池效率都往往低于这些数据，比如市场上销售的单结电池效率只有4％～5％。Sanyo公司研制出一种新型的HIT电池，在这种电池结构中，非晶硅沉积在绒面单晶硅片的两面上，lOOmmXl00mm大小的该电池效率可达21％，800mmX 1200mm大小的该电池效率可达18．4％[12]，尽管该结构的电池效率得到大幅度的提高，但成本仍然较高。
但同时非晶硅薄膜太阳能电池仍存在一些需要解决的问题。(1)由于Staebler-Wronski效应的存在[13]，使得非晶硅薄膜太阳能电池在太阳光下长时间照射会产生效率的衰减，从而导致整个电池效率的降低；(2)沉积速率低，影响非晶硅薄膜太阳能电池的大规模生产；(3)后续加工困难，如Ag电极的处理问题；(4)在薄膜沉积过程中存在大量的杂质，如02、Nz、C等，影响薄膜的质量和电池的稳定性。
非晶硅薄膜太阳能电池的下一步研究主要有以下几个方向：其一是采用优质的底电池i层材料；其二朝叠层结构电池发展；第三是在保证效率的条件下，开发生产叠层型非晶硅太阳电池模块技术；最后使用便宜封装材料以降低成本。
6.染料敏化薄膜太阳能电池
染料敏化电池(dye-sensitized solar cells，简称DSC)近年来发展迅速。其研究历史追溯到20世纪60年代，德国Tributsch教授发现了染料吸附在半导体上在一定条件下能产生电流[16]，为光电化学奠定了重要基础。最新的权威数据表明该太阳能电池目前最高的光电转化效率达到10．96％，开路电压U∝为0．975V，短路电流I∝为19．4mA／cm2，填充因子η达到71％[17]。但是对于大面积、具有实用化意义的染料敏化电池光电转化效率一直在5％左右(最高5．9％)[18]。2004年中国科学院等离子体物理所制备出15cmX 20cm的染料敏化纳米薄膜光伏电池板．在室内1个太阳光照时光电转换效率为6．2％，0．5个太阳光照时效率达到7．3％，组成的40crux 60cm实用化电
池组件，室外0．95个太阳光照光电转换效率达6．41％，同时组装成0．8m×1．8m的电池方阵。标志着我国大面积染料敏化纳米薄膜光伏电池研制水平处于国际领先地位，大面积染料敏化纳米薄膜光伏电池的研制成功，对推进低成本光伏电池在我国的应用具有重要的意义[19]．染料敏化薄膜太阳电池最吸引人的特点是其廉价的原材料和简单的制作工艺以及稳定的性能。它的主要半导体材料是纳米Ti02。Ti02具有丰富的含量、廉价的成本、无毒、性能稳定且抗腐性能好等优势，制作工艺主要采用大面积丝网印刷技术和简单的浸泡方法，工艺简单，设备投入少，所用原材料便宜，生产成本低，而且由于有机染料分子设计合成的灵活性和纳米半导体技术的不断创新，DSC在技术发展和性能提高上有很大的潜力。但是比起其它薄膜太阳能电池的转换效率仍有一定的差距，转化效率有待提高。DSC除了光电转化效率以外，还有一个非常重要的指标是长期稳定性。DSC一般使用由有机溶剂和含有I／Is氧化还原对构成的液体电解质，因此电极腐蚀、电解液泄漏、寿命短等一系列问题均未能得到解决。今后寻找合适的固态空穴传输材料来代替液态电解质，制备性能稳定的染料敏化太阳能电池将是一个重要的研究方向。
7.有机薄膜太阳能电池
有机薄膜太阳能电池主要有：单层结构的肖特基电池、双层p-n异质结电池以及P型和n型半导体网络互穿结构的体相异质结电池目前认为有机薄膜太阳能电池的作用过程分为3个步骤[20]：光激发产生激子、激子在给体／受体(D／A)界面的分裂、电子和空穴的漂移及其在各自电极的收集。有机薄膜太阳能电池具有材料潜在的低价格、加工容易、可大面积成膜、分子及薄膜性质可设计性、质轻、柔性等显著优点，但目前有机薄膜太阳能电池光电转换效率很低、稳定性差，只有将光电转换效率提高到5％以上才可能大规模应用[21]。
8.结语
综上所述，薄膜太阳能电池因为低成本、低材料消耗、不断提高的转换效率，在未来光伏电池技术发展中占有越来越重要的位置，很多研究人员都在致力于薄膜太阳能的研究和开发。目前薄膜太阳能电池主要有a-Si、poly-Si、CIGS、CdTe、染料敏化以及有机等，不同
类型的薄膜太阳能电池具备各自的优缺点。a-Si薄膜太阳能电池成本较单晶Si太阳能电池低，但由于存在光致衰退效应，目前很难发展为具有稳定高效率的太阳能电池。而poly-Si薄膜太阳能电池兼具单晶Si和a-Si的优点，制备工艺相对简单，适合产业化大面积生产。CIGS薄膜太阳能电池效率较高，性能优越，建议科研工作者给予更多的关注。CdTe薄膜太阳能电池制备工艺成熟，但在生产成本和环境保护方面存在潜在问题。染料敏化和有机薄膜太阳能电池对于实现低能耗、低成本、无污染具有重要的意义，但转换效率低、长期稳定性差，想实现商用需要较长的研究过程。可以设想在不久的将来，随着科研工作的不断深入，薄膜太阳能电池目前面临的问题将逐一得到解决，性能将不断得到改善和提高，从而满足未来消费者对于能源的迫切需求[2]。
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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 416000） 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21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1kw左右的能量。 目前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。光伏发电是利用界面的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70年代开始光伏发电技术得到迅速发展，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20％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
1.引言 1976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2．4％。时隔20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50MW以上，组件及相关产品销售额在10亿美元以上。应用范围小到手表、计算器电源大到10Mw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。 2.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 p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n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。
太阳能电池发展现状综述 摘要：随着社会的发展，传统能源消耗殆尽,能源越来越收到重视。其中发展前景最为广阔的莫过于太阳能。太阳能绿色环保，因此逐渐受到了人们的普遍重视。太阳能已成为新能源领域最具活力的部分，世界各国都致力于发展太阳能。本文主要阐述了太阳能电池的发展历程，太阳能电池的种类，太阳能电池的现状以及发展前景. 关键词：太阳能电池；太阳能电池种类；发展现状； Narration on the Current Situation of Solar Battery Abstract:With the development of society, traditional energy will be used up in a short time.Eneygy are being payed more and more attention.And the solar energy is the most promising.Because of its’environmental protection,it gets widespread attention. Solar energy has become the most vibrant part among the new energy field,and all countrise tried their best to develop solar energy.This article mainly explains the development of solar battery,the types of solar battery,curent situation of solar battery and its’ prospect. Key Words:solar battery; types of solar battery; curent situation of solar battery 1引言 随着经济的发展，能源的重要性日趋凸显。但是石油、煤等不可生起源消耗殆尽，人们开始探索新的能源。太阳能取之不尽用之不竭，因此受到了人们的亲睐。在太阳能电池领域中，太阳能的光电利用是近些年来发展最快、最具活力的研究领域[1]．太阳能电池的研制和开发日益得到重视．制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础．其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生的光电子转化反应。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：①硅太阳能电池；②以无机盐如砷化镓Ⅲ一V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；③纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：①半导体材料的禁带不能太宽；②要有较高的光电转换效率；③材料本身对环境不造成污染；④材料便于工业化生产且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料[2]．这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因. 本文简要地综述了太阳能电池发展进程，太阳能电池的种类，以及发展现状，并讨论了太阳能电池的发展趋势。 2太阳能电池现状及其前景
三种主要的薄膜太阳能电池详解 摘要：上述电池中，尽管硫化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。 关键字：薄膜太阳能电池, 砷化镓, 单晶硅电池 单晶硅是制造太阳能电池的理想材料，但是由于其制取工艺相对复杂，耗能大，仍然需要其他更加廉价的材料来取代。为了寻找单晶硅电池的替代品，人们除开发了多晶硅，非晶硅薄膜太阳能电池外，又不断研制其它材料的太阳能电池。其中主要包括砷化镓III-V族化合物，硫化镉，碲化镉及铜锢硒薄膜电池等。来源:大比特半导体器件网 上述电池中，尽管硫化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。来源:大比特半导体器件网 砷化镓太阳能电池 GaAs属于III-V族化合物半导体材料，其能隙为 1.4eV，正好为高吸收率太阳光的值，与太阳光谱的匹配较适合，且能耐高温，在250℃的条件下，光电转换性能仍很良好，其最高光电转换效率约30%，特别适合做高温聚光太阳电池。砷化镓生产方式和传统的硅晶圆生产方式大不相同，砷化镓需要采用磊晶技术制造，这种磊晶圆的直径通常为4—6英寸，比硅晶圆的12英寸要小得多。磊晶圆需要特殊的机台，同时砷化镓原材料成本高出硅很多，最终导致砷化镓成品IC成本比较高。磊晶目前有两种，一种是化学的MOCVD，一种是物理的MBE。GaAs等III-V化合物薄膜电池的制备主要采用MOVPE和LP E技术，其中MOVPE方法制备GaAs薄膜电池受衬底位错，反应压力，III-V比率，总流量等诸多参数的影响。GaAs(砷化镓)光电池大多采用液相外延法或MOCVD技术制备。用GaAs作衬底的光电池效率高达29.5%(一般在19.5%左右) ，产品耐高温和辐射，但生产成本高，产量受限，目前主要作空间电源用。以硅片作衬底，MOCVD技术
精品文档 钙钛矿太阳能电池 引言 21世纪以来，人口急剧增长，能源和环境问题日益明显。目前，人们主要消耗的是不可再生能源，例如煤、天然气、石油等化石燃料。而未来人类还需大量的能源，故人类正在积极开发新能源。 而太阳能具有清洁、无污染、分布广并且能量充分，是目前广大科研人员的研究重点。而光伏为开发太阳能的主要对象，主要其具有安全、清洁、成本低廉等优点。目前，市场上主要为第一代硅基太阳能电池，大约占了90%，其余的约10%被CdTe和GIGS为代表的第二代薄膜太阳能电池所占据。然而，硅基太阳能电池在原材料和制造上，其成本都比较高，工艺较复杂。因此，人们正在努力开发高效率、低成本的新型太阳能电池。如钙钛矿太阳能电池[1]。 近年来，钙钛矿太阳能电池由于光电效率高，工艺简单等一些优异性能而受到人们的广泛关注。现如今广大研究人员正在大力研究，开发钙钛矿太阳能电池，其光电转化效率正在不断突破、提高，有可能达到甚至超过单晶硅太阳电池（25.6%）的水平。其中钙钛矿太阳能电池的光电转化效率被证实已达到了20. 1%[2]，这项重大的成就于2013 年度，成功被Science 评选为十大科学突破之一[3]。 一钙钛矿太阳能电池的发展历程 人们从十年以前就开始研究钙钛矿型结构化合物，刚开始由于其具有优异的光子传导性以及半导体特性，而被应用于薄膜晶体管和有机发光二极管中。[4] 2009 年，Miyasaka 等[5]首先制得钙钛矿结构的太阳能电池，它主要是以 CH3NH3PbBr和CHNHPbI为光敏化剂。这成功地跨出了钙钛矿太阳能电池发3333展的第一步，也为钙钛矿太阳能电池发展奠定了重要的基础。 2011年，Park 等[6]以CHNHPbI为光敏化剂，通过改善工艺及优化原料333组分比，成功制备了光电转化效率为6. 54%的钙钛矿太阳能电池，其结构和性能得到了一定的提升。 精品文档． 精品文档 2012年，Snaith 等[7]利用CHNHPbICl作为光吸收剂，并且将结构中的233TiO层用AlO层进行替代，最终电池的效率增加到10.9%。钛矿太阳能电池逐322渐引起了科研人员的广泛关注，进入了高速发展阶段。 2013 年，钙钛矿太阳能电池在结构以及性能上，都得到了进一步的优化。Gratzel 等[8]制备了光电转化效率为15% 的钙钛矿太阳能电池，所采用的方法是两步连续沉积法。同年，Snaith 等[9]采用双源蒸镀法成功制备了平面异质结钙钛矿太阳能电池，其光电转换效率为15. 4%。 2014 年，Han 等[10]采用全印刷的手段来制备无空穴传输层，同时用碳电极取代金属电极，成功制备了光电转化效率为11. 60%的钙钛矿太阳能电池。Kelly 等
太阳能电池论文薄膜太阳能电池论文 论太阳能电池片(晶体硅\非晶硅)在建筑幕墙上的发展趋势摘要:目前用于建筑幕墙上的太阳能电池主要有两种:晶体硅和非晶硅,它们都有各自的优缺点,如何区别选择应用到建筑幕墙上,既能够获得在最小面积具有最大发电量,又能满足建筑幕墙的装饰效果和建筑功能的需要。 关键词:建筑幕墙:太阳能光伏组件:发电量:装饰效果:建筑功能 1 前言 建筑耗能占全部能耗领域在三分之一以上,如何降低建筑物能耗指标成为节能减排和可再生能源的重要课题,而将节能减排和可再生能源两者结合一起应用到建筑物上当数建筑幕墙是最恰当的选择。建筑幕墙是建筑物外围护体之一,是建筑物室内与室外的屏障,它的保温性能好坏,是整个建筑物的关键,做好了它的保温隔热工作,是做好了节能的重要组成部分:建筑幕墙因完全暴露阳光下,接受太阳光的直射,因此如何利用建筑采集太阳能发电,是可再生能源在建筑物外墙利用的重要课题之一,随着中国的建筑幕墙由90年代年产量500.600万m2,迅速增长到现在5000-6000万m2,目前还在以10-20%速度增长,如果我国能够在这个数量基础上推广使用10%左右光电幕墙,全国每年大约将有500-600万m2光电幕墙产生,年产电能约50-70亿KWH,相当于5-10座中型火力发电站,可以减排Co2约30万t,按此推算,如果国家按十一五计划发展太阳能产业,它将在我国的绿色、环
保、节能方面产生巨大的社会效益。还有在建筑幕墙推广太阳能发电是充分利用立体空间,建筑外壳能为光伏发电提供足够的面积,不需 要占用昂贵的土地资源,不需要专项投资电厂(如火力发电站),可在 原地发电、原地使用,减少电力输送的线路损耗及线路架设成本等。怎样让光电幕墙在建筑物上真正做到清洁、完美、使人赏心悦目,容易被专业建筑师、用户和公众接受,真正实现大面积推广光伏发电与建筑一体化工程,也就是本篇文章所要讨论的重点。 2 光伏组件在建筑物应用的现状 2.1 太阳能电池的分类和性能。太阳能电池片经过加工后的产品就是光伏组件,太阳能电池按基本材料分为:晶体硅太阳能电池,非晶硅太阳能电池,微晶硅太阳能电池。硒光电池,化合物太阳能电池,有机半导体太阳能电池等,目前在建筑物使用的主要是晶体硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池,晶体硅电池又分为单晶硅和多晶硅电池, 非晶硅电池又分为单结、双结和多结电池。性能方面晶体硅电池电能转换率可达12-17%,但品种和颜色单一,可加工性差,弱光下不能发电,低纬度地区不适宜选择:非晶硅电池转换率较差,只有7-10%,但可加工性好,对弱光和散射光适应度高,适宜在低纬度地区和阴湿天气较 多地区选用(如湖南、湖北、江西等地区)。晶体硅太阳能电池与非晶硅太阳能电池的性能比较如表1。 非晶硅电池主要特点如下:
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/b3365964.html, 太阳能电池的发展历史 作者：张金晶 来源：《商情》2016年第26期 【摘要】相对于风能、地热能、生物能和潮汐能等新能源，太阳能以污染小、可利用率高、资源分布广泛和使用安全可靠等优点，成为最具有发展前景的能源之一。目前，随着太阳能电池制备技术的不断完善，其技术的开发应用已经走向商业化、大众化，特别是一些小功率、小器件的太阳能电池在一些地区都已经大量生产而且广泛使用。所以谁先开发光电转换效率高、制备成本低的太阳能电池就能在将来的市场抢占先机。 【关键词】太阳能单晶硅薄膜电池 引言：随着社会的飞速发展，能源是影响当今社会进步的重要因素，但是现阶段人类社会发展大部分还是依靠化石能源提供能量。可是化石能源分布极不均衡，并且不可再生，而且燃烧化石能源带来的环境污染、雾霾气候和温室效应严重影响到了人类社会的可持续发展。然而太阳能是一种可再生清洁能源，可以提供充足的能量供人类使用，因此开发新能源，是人类社会薪火相传，世代相传的重要保证。 此外，不可再生能源的过快消耗对当今的环境形势提出了新的挑战。例如如何解决温室效应，臭氧空洞等问题。有限的化石能源以及在开发利用不可再生能源的过程中出现的负面影响，不仅阻碍了人类经济的飞速发展，而且还严重影响到社会的可持续发展。因此，发展一种新型能源已然成为世界各国提升自己综合国力和倡导能源发展的一个重要手段。 1. 第一代太阳能电池 第一代太阳能电池是发展时间最久，制备工艺最为成熟的一代电池，一般按照研究对象我们将其可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅电池。按照应用程度来说前两者单晶硅与多晶硅在市场所占份额最多，商业前景最好。 单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池。从单晶硅太阳能电池发明开始到现在，尽管硅材料有各种问题，但仍然是目前太阳能电池的主要材料，其比例约占整个太阳电池产量的90%以上。我国北京市太阳能研究所从20世纪90年代起开始进行高效电池研究，采用倒金字塔表面织构化、发射区钝化、背场等技术，使单晶硅太阳能电池的效率达到了19.8%。多晶硅太阳能电池的研究开发成本较低，稳定性也比较好，这两大优势引起了科研工作者的注意。其光电转换效率随着制备工艺的成熟不断提高，它达到的最高的光电转换效率为21.9%，但是它的电池效率在目前的太阳能电池中仍处于一般水平。 2.第二代太阳能电池
非晶硅太阳能电池研究毕 业论文 Final approval draft on November 22, 2020
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 416000） 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21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1kw左右的能量。 目前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。光伏发电是利用界面的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70年代开始光伏发电技术得到迅速发展，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20％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
1.引言 1976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2．4％。时隔20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50MW以上，组件及相关产品销售额在10亿美元以上。应用范围小到手表、计算器电源大到10Mw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。 2.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 p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n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
太阳能电池发展现状及存在的主要问题 晨怡热管2008-10-17 23:05:45 一、2005年国际太阳能电池产业发展情况 2005年，世界太阳能电池总产量1656MW，其中日本仍居首位，762M W，占世界总产量的46％，欧洲为464M W，占总产量的28％，美国156M W，占总产量的9％，其他274MW，占总产量的17％。 2004年全球前14位太阳能电池公司总产量达到1055MW，占当年世界总产量的88.3％，近五年来，日本Sharp公司一直领先，2004年产量达到324MW，见表1。
以2004年数据分析，各种太阳能电池中硅基太阳能电池占总产量的98％，晶体硅太阳能电池占总产量的84.6％，多晶硅太阳能电池占总量的56％，见表2。
2005年，世界光伏市场安装量1460M W，比2004年增长34％，其中德国安装最多，为837MW，比2004年增长53％，占世界总安装量的57％；欧洲为920MW，占总世界安装量的63％，日本安装量292M W，增幅为14％，占世界总安装量的20％；美国安装量为102MW，占世界总安装量的7％，其他安装量为146M W，占世界总安装量的10％。
至2005年全世界光伏系统累计安装量已超过5GW，2005年一年内投资太阳能电池制造业的资金超过10亿美元。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2005年全世界硅原材料供应增长了12％，但仍然供不应求，国际上长期供货合同抬价25％。持续的硅材料紧缺将对2006年太阳能电池生产产生较大的影响，预计2006年世界太阳能电池产量的增幅将不限制在10％左右。要解决硅材料的紧缺问题预计将需要5年以上的时间。 根据光伏市场需求预测，到2010年，全世界光伏市场年安装量将在3.2G到3.9GW之间，而光伏工业年收入将达到186美元到231亿美元。 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（TV Roadmap 2030），到2030年PV电力将达到居民电力消耗的50％（累计安装容量约为100GW），具体的发展目标见表3和表4。
.. 硅基太阳能电池的发展及应用 摘要：太阳能电池是缓解环境危机和能源危机一条新的出路，本文介绍了硅基太阳能电池的原理，综述了硅基太阳电池的优点与不足，以及硅基太阳能电池和其他太阳能电池的横向比较，硅基太阳能电池在光伏产业中的地位，并展望了发展趋势及应用前景等。 关键词：硅基太阳能电池转换效率 1引言 二十一世纪以来，全球经济增长所引发的能源消耗达到了空前的程度。传统的化石能源是人类赖以生存的保障，可是如今化石能源不仅在满足人类日常生活需要方面捉襟见肘，而且其燃烧所排放的温室气体更是全球变暖的罪魁祸首。随着如今全球人口突破70亿，能源的需求也在过去30年间增加了一倍。特别是电力能源从上世纪开始，在总能源需求中的比重增长迅速。中国政府己宣布了其在哥本哈根协议下得承诺，至2020年全国单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40% --45%，非化石能源占一次能源消费的比重提高至少15%左右【6】。 目前太阳能电池主要有以下几种：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，有机化合物薄膜太阳能电池，纳米晶薄膜太阳能电池，叠层薄膜太阳能电池等，其材料主要包括产生光伏效应的半导体材料，薄膜衬底材料，减反射膜材料等【5】。
（图1：太阳能电池的种类） 太阳电池的基本工作原理是：在被太阳电池吸收的光子中，那些能量大于半导体禁带宽度的光子，可以使得半导体中原子的价电子受到激发，在p区、空间电荷区和n区都会产生光生电子左穴对，也称光生载流子。这样形成的光生载流子由于热运动，向各个方向迁移。光生载流子在空间电荷区中产生后，立即被内建电场分离，光生电子被推进n区，光生空穴被推进p区。因此，在p-n结两侧产生了正、负电荷的积累，形成与内建电场相反的光生电场。这个电场除了一部分要抵消内建电场以外，还使p型层带正电，n型层带负电，因此产生了光生电动势，这就是光生伏特效应(简称光伏)。
异质结太阳能电池研究现状 一、引言： 进入21世纪，传统的化石能源正面临枯竭，人们越来越认识到寻求可再生能源的迫切性。据《中国新能源与可再生能源发展规划1999白皮书统计，传统化石能源随着人们的不断开发已经趋于枯竭的边缘，各种能源都只能用很短的时间，石油：42年，天然气：67年，煤：200年。而且，由于大量过度使用这些能源所造成的环境污染问题也日益严重，每年排放的二氧化碳达210万吨，并呈上升趋势，二氧化碳的过度排放是造成全球气候变暖的罪魁祸首；空气中大量二氧化碳、粉尘含量已严重影响人们的身体健康和人类赖以生存的自然环境。正是因为这些问题的存在，人们需要一种储量丰富的洁净能源来代替石油等传统化石能源。而太阳能作为一种可再生能源正符合这一要求。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，若把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量就可达5.6×1012千瓦小
时。而我国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年1700亿吨标准煤，太阳能资源开发利用的前景非常广阔。在太阳能的有效利用中,太阳能光电利用是近些年来发展最快,最具活力的研究领域,是其中最受瞩目的项目之一。太阳能电池的研制和开发日益得到重视。本文简要地综述了各种异质结太阳能电池的种类及其国内外的研究现状。 二、国外异质结太阳能电池 1、TCO/TiO2/P3HT/Au三明治式结构的p-n异质结的太阳能电池 2005年5月份，Kohshin Takahashi等发表了TCO/TiO2/P3HT/Au三明治式结构的p-n异质结的太阳能电池，电池结构如图1。 图1 ITO/PEDOT:PSS/CuPc/PTCBI/Al结构太阳能电池 简图 图2 TCO/TiO2/P3HT/Au电池结构示意图 同时采用了卟啉作为敏化剂吸收光子，产生的电子注入
薄膜硅太阳能电池的研究状况 摘要：薄膜硅太阳能电池具有广阔的前景，但是当前大规模产业化的非晶硅薄膜电池效率偏低，为了实现光伏发电平价上网，必须对薄膜硅太阳能电池进行持续的研究。本文主要总结了提高薄膜硅太阳能电池效率的主要技术与进展，如TCO技术、窗口层技术、叠层电池技术和中间层技术等，这些技术用在产业化中将会进一步提高薄膜硅太阳能电池的转换效率，进而降低薄膜硅电池的生产成本。 一引言 在全球气候变暖、人类生态环境恶化、常规能源短缺并造成环境污染的形势下，可持续发展战略普遍被世界各国接受。光伏能源以其具有充分的清洁性、绝对的安全性、资源的相对广泛性和充足性、长寿命以及免维护性等其它常规能源所不具备的优点，被认为是二十一世纪最重要的新能源。 当前基于单晶硅或者多晶硅硅片的晶体硅电池组件市场占有率高达90%，但是，晶体硅电池本身生产成本较高，组件价格居高不下，这为薄膜硅太阳能电池的发展创造了机遇。薄膜硅太阳能电池的厚度一般在几个微米，相对于厚度为200微米左右的晶体硅电池来说大大节省了原材料，而且薄膜硅太阳能电池的制程相对简单，成本较为低廉，因此在过去的几年里薄膜硅太阳能电池产业发展迅猛。 但是当前大规模产业化的薄膜硅太阳能电池转换效率只有5%-7%，是晶体硅太阳能电池组件的一半左右，这在一定程度上限制了它的应用范围，也增加了光伏系统的成本。为了最终实现光伏发电的平价上网，必须进一步降低薄膜硅太阳能电池的生产成本，因此必须对薄膜硅太阳能电池开展持续的研究，利用新的技术与工艺降低薄膜硅太阳能电池的成本。本文着重从提高薄膜硅太阳能电池的转换效率方面介绍当前薄膜硅太阳能电池的研究现状。 二、提高薄膜硅太阳能电池效率的措施 提高薄膜硅太阳能电池效率的途径包括：提高进入电池的入射光量；拓宽电池对太阳光谱的响应范围；提高电池的开压尤其是微晶硅薄膜太阳能电池（?c-Si）的开压；抑制非晶硅薄膜太阳能电池（a-Si）的光致衰退效应等。我们将从这几个方面介绍提高薄膜硅电池效率的方法。 （一）提高薄膜硅太阳能电池对光的吸收 对于单结薄膜硅太阳能电池，提高其对光的吸收将提高电池的电流密度，对电池效率将产生直接的影响。Berginski等人通过实验结合模拟给出了提高电池对光的吸收途径，如图1所示：可以看出薄膜硅电池的前电极对光的吸收、折射率的错误匹配、窗口层对光的吸收、背反电极吸收损失以及玻璃反射都会减少电池对光的吸收，因此提高电池的光吸收可从这几个方面着手。
太阳能电池的论文 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
太阳能电池 班级：2012级化学姓名：张芳华学号： 23 摘要： 本文详细阐述了主要几类太阳能电池的原理及发展现状，从材料、工艺与转换效率等方面讨论了它们的优势和不足之处，并对太阳能电池的发展趋势进行了预测。 关键词：太阳能电池；转换效率；材料 人类面临着有限常规能源和环境破坏严重的双重压力，已经成为越来越值得关注的社会与环境问题。合理的利用好太阳能将是人类解决能源问题的长期发展战略，是其中最受瞩目的研究热点之一。近年来，太阳能电池快速发展并取得了可喜的成就。太阳能电池，可视为迄今为止最美妙、最长寿和最可靠的发电技术。 1、太阳能电池的原理。 所谓太阳能电池是指由光电效应或光化学效应直接把光能转化为电能的装置。太阳光照在半导体P-N结上，形成新的空穴电子对，在P-N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，接通电路后就形成了电流，这就是光电效应太阳能电池的工作原理。 2太阳能电池的优缺点 太阳能的优点。太阳能作为一种新能源，它与常规能源相比有三大特点：第一：它是人类可以利用的最丰富的能源。据估计，在过去漫的11亿年中，太阳消耗了它本身能量的2%。今后足以供给
地球人类，使用几十亿年，真是取之不尽，用之不竭。第二：地球上，无论何处都有太阳能就可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对交通欠发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值。第三：太阳能是一种洁净的能源。在开发利用时，不会产生废渣、废水、废气、也没有噪音，更不会影响生态平衡。绝对不会造成污染和公害。 太阳能的缺点。第一：能量密度较低，日照较好时，地面上1平方米的面积所接受的能量只有千瓦左右。往往需要相当大的采光集热面才能满足使用要求，从而使装置占地面积大、用料多，成本增加。第二：天气影响较大，到达某一地面的太阳辐射强度，因受地区、气候、季节和昼夜变化等因素影响，时强时弱，时有时无给使用带来不少困难。 4．各类太阳能电池的发展状况 太阳能电池类型（按材料分）包括[1]：硅系太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极性电池、纳米经化学太阳能电池。下面将分别对这4 类电池从其结构特性、生产应用等方面加以叙述。 硅系太阳能电池[3]单晶硅太阳能电池是当前开发的最快的一种太阳能电池，以高纯的单晶硅棒为原料。其结构工艺已基本定型，产品已广泛应用与空间和地面。在实验室里最高的转换效率是% 是印度物理研究所开发的一种依据内部光陷作用的高效硅太阳电池。
《物理演示实验》结课论文题目：太阳能电池的发展与趋势 学生姓名： 学号： 专业班级： 2013年 5月25日
摘要：现代社会应是节约型的社会，而社会生活也应是节约能耗的生活。而太阳能作为一种取之不尽的新型环保能源已成为世界各国世界上能源探究工作中的一个重要课题。是我国在经济目前状况下采取的较为简单、经济、环保、可靠的节能办法。近些年，随着我国经济的飞速发展、科技水平的快速提升，太阳能技术已逐渐普及、应用到各个行业领域乃至人们的生活中，而市面上也涌现出了大量的太阳能热水器、太阳能发电设备、太阳能照明器具等产品。其中，太阳能电池的应用，不仅充分发挥了太阳能技术环保、节能、可再生的特点，同时也有效满足了当代社会发展、科技进步的需求。本文就太阳能电池新发展的新概念及新的方向作简要的分析、探讨。 关键字：太阳能新能源太阳能电池 一、引言 太阳内部进行着剧烈的由氢聚变成氦的核反应，并不断向宇宙空间辐射出巨大的能量，可以说是“取之不尽、用之不竭”的能源。地面上的太阳辐射能随时间、地理纬度、气候变化，实际可利用量较低，但可利用资源仍远远大于满足现在人类全部能耗及2100年后规划的能源利用量?。地球上太阳能资源一般以全年总辐射量[kJ/(m^2·年)]和全年日照总时数表示。就全球而言，美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大，为世界太阳能资源最丰富地区。我国陆地面积每年接收的太阳辐射总量3．3×10^3～8．4×10^6 kJ/(m^2·年)之间，相当于2．4×10^4亿t标煤，属太阳能资源丰富的国家之一。全国总面积2／3以上地区年日照时数大于2200h，日照在5×10^6kJ/(m^2·年)以上。我国西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古高原的总辐射量和日照时数均为全国最高，属太阳能资源丰富地区；除四川盆地、贵州资源稍差外，东部、南部及东北等其他地区为资源较富和中等区，所以在我国太阳能有很大的发展前景。 随着新型太阳能电池的涌现，以及传统硅电池的不断革新，新的概念已经开始在太阳能电池技术中显现，从某种意义上讲，预示着太阳能电池技术的发展趋势。通过对太阳能电池的发展背景、现状进行分析，可将太阳能电池发展的新概念、新方向归纳为薄膜电池、柔性电池、叠层电池、以及新概念太阳能电池。 二、太阳能电池概况 1、太阳能电池定义 太阳能电池就是把太阳光转化为电的一种器件，在一般的情况下（注意条件），太阳能电池 的效率随光强增加而增加的。再进一步说就是太阳能电池效率和安装地的综合气候条件有关系。2、太阳能电池的分类 不同的材料对光的吸收系数不同，禁带宽度也不同，量子效率自然也不同，电池效率自然也 不同了。一般来说，单晶硅/多晶硅对光的系数系数远小于非晶硅的，所以非晶硅太阳能电池厚度仅仅有单晶硅/多晶硅厚度的百分之一即可较好的吸收太阳光。另外理论上讲GaAs太阳能电池的极限效率要大于其他太阳能电池的极限效率，因为GaAs太阳电池的禁带宽度在1.4ev，和地面太阳光光谱能量的最值最为接近。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池3、功能高分子材料制备的太阳能电池4、纳米晶太阳能电池等。硅是最理想的太阳能电池材料，这是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。在以上电池中单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟，光电转化效率可达23.3%。随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它材料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。目前国际成本大规模生产技术的研究主要集中在多晶硅、大面积薄膜非晶硅、CdTe电池、CIS 电池的制造技术、III-V族化合物半导体高效光电池，非晶硅及结晶硅混合型薄膜光电池等方面。 三、太阳能电池发展综述 长期以来，世界各国在大力发展经济的同时，各行业领域的过度生产消耗了大量的能源，倘若继续按照此种趋势发展，在未来的五十年里，能源危机将是影响人类生活、阻碍社会进步的首要问题。目前，不同国家、地区、种类的全部能源中，能够使用的化石能源占90%以上，若是以现阶段世界各国的能源消耗状态发展到二十一世纪的中期，可供使用的能源储备、化石能源所占比例将减少近50%，之后的能源需求必将是以可再生能源、核能为主。基于此种趋势，预计到2100年，在人类所使用的能源中，可再生资源将占有30%以上。可供开发、使用的可再生能源主要有地热能、生
引言太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源．也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。为此，人们研制和开发了太阳能电池。制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3、功能高分子材料制备的大阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：1、半导体材料的禁带不能太宽；②要有较高的光电转换效率：3、材料本身对环境不造成污染；4、材料便于工业化生产且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料，这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。但随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它村料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。本文简要地综述了太阳能电池的种类及其研究现状，并讨论了太阳能电池的发展及趋势。 1 硅系太阳能电池 1.1 单晶硅太阳能电池硅系列太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成热的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅的电地工艺己近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。提高转化效率主要是*单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。并在表面把一13nm。厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合．通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的电池转化效率超过23%，是大值可达23．3％。Kyocera公司制备的大面积（225cm2）单电晶太阳能电池转换效率为19．44%，国内北京太阳能研究所也积极进行高效晶体硅太阳能电池的研究和开发，研制的平面高效单晶硅电池（2cm X 2cm）转换效率达到19.79%，刻槽埋栅电极晶体硅电池（5cm X 5cm）转换效率达8.6%。单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池的替代产品，现在发展了薄膜太阳能电池，其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表。 1．2 多晶硅薄膜太阳能电池通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350～450μm的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。因此实际消耗的硅材料更多。为了节省材料，人们从70年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但由于生长的硅膜晶粒大小，未能制成有价值的太阳能电池。为了获得大尺寸晶粒的薄膜，人们一直没有停止过研究，并提出了很多方法。目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积（LPCV D）和等离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺。此外，液相外延法（LPPE）和
光伏系统中蓄电池的充电保护IC电路设计 1.引言 太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的能源越来越受到重视。太阳能发电已经在很多国家和地区开始普及，太阳能照明也已经在我国很多城市开始投入使用。作为太阳能照明的一个关键部分，蓄电池的充电以及保护显得尤为重要。由于密封免维护铅酸蓄电池具有密封好、无泄漏、无污染、免维护、价格低廉、供电可靠，在电池的整个寿命期间电压稳定且不需要维护等优点，所以在各类需要不间断供电的电子设备和便携式仪器仪表中有着广泛的应用。采用适当的浮充电压，在正常使用(防止过放、过充、过流)时，免维护铅酸蓄电池的浮充寿命可达12~16年，如果浮充电压偏差5%则使用寿命缩短1/2。由此可见，充电方式对这类电池的使用寿命有着重大的影响。由于在光伏发电中，蓄电池无需经常维护，因此采用正确的充电方式并采用合理的保护方式，能有效延长蓄电池的使用寿命。传统的充电和保护IC是分立的，占用而积大并且外围电路复杂。目前，市场上还没有真正的将充电与保护功能集成于单一芯片。针对这个问题，设计一种集蓄电池充电和保护功能于一身的IC是十分必要的。 2.系统设计与考虑 系统主要包括两大部分:蓄电池充电模块和保护模块。这对于将蓄电池作为备用电源使用的场合具有重要意义，它既可以保证外部电源给蓄电池供电，又可以在蓄电池过充、过流以及外部电源断开蓄电池处于过放状态时提供保护，将充电和保护功能集于一身使得电路简化，并且减少宝贵的而积资源浪费。图1是此Ic在光伏发电系统中的具体应用，也是此设计的来源。 免维护铅酸蓄电池的寿命通常为循环寿命和浮充寿命，影响蓄电池寿命的因
素有充电速率、放电速率和浮充电压。某些厂家称如果有过充保护电路，充电率可以达到甚至超过2C(C为蓄电池的额定容量)，但是电池厂商推荐的充电率是C/20~C/3。电池的电压与温度有关，温度每升高1℃，单格电池电压下降4 mV，也就是说电池的浮充电压有负的温度系数-4 mV/℃。普通充电器在25℃处为最佳工作状态；在环境温度为0℃时充电不足；在45℃时可能因严重过充电缩短电池的使用寿命。要使得蓄电池延长工作寿命，对蓄电池的工作状态要有一定的了解和分析，从而实现对蓄电池进行保护的目的。蓄电池有四种工作状态:通常状态、过电流状态、过充电状态、过放电状态。但是由于不同的过放电电流对蓄电池的容量和寿命所产生的影响不尽相同，所以对蓄电池的过放电电流检测也要分别对待。当电池处于过充电状态的时间较长，则会严重降低电池的容量，缩短电池的寿命。当电池处于过放电状态的时间超过规定时间，则电池由于电池电压过低可能无法再充电使用，从而使得电池寿命降低。 根据以上所述，充电方式对免维护铅酸蓄电池的寿命有很大影响，同时为了使电池始终处于良好的工作状态，蓄电池保护电路必须能够对电池的非正常工作状态进行检测，并作出动作以使电池能够从不正常的工作状态回到通常工作状态，从而实现对电池的保护。 3.单元模块设计 3.1充电模块 芯片的充电模块框图如图2所示。该电路包括限流比较器、电流取样比较器、基准电压源、欠压检测电路、电压取样电路和逻辑控制电路。 该模块内含有独立的限流放大器和电压控制电路，它可以控制芯片外驱动器，驱动器提供的输出电流为20~30 mA，可直接驱动外部串联的调整管，从