薄膜太陽能電池板

　　要實(shí)現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電真正意義上的大規(guī)模推廣應(yīng)用，大課題仍為降低系統(tǒng)發(fā)電成本。近年來，作為光伏發(fā)電系統(tǒng)主體部件的太陽電池，其技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)步及產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴(kuò)大皆已取得長足發(fā)展。太陽電池雖說種類繁多，大致可分為(片狀)晶體硅太陽能電池板和薄膜太陽能電池板兩大類。由于研究開發(fā)及各國多種普及推廣政策的促進(jìn)，晶體硅太陽能電池板早已達(dá)到實(shí)用化階段。自從20世紀(jì)80年代初，商業(yè)化薄膜太陽能電池板進(jìn)入市場以來，晶體硅太陽能電池板的性能已取得尤為顯著的進(jìn)步且電池的效率仍存在進(jìn)一步提升潛力，近年來產(chǎn)業(yè)化規(guī)模書張速度更為驚人。與此同寸，各種薄膜電池的研發(fā)成果及產(chǎn)業(yè)化技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)。下面，簡要對硅系薄膜太陽電池，CIGS、CdTe及染料敏化等薄膜太陽電池進(jìn)行介紹，以便讀者針對不同應(yīng)用作出適當(dāng)選用。

　　硅薄膜太陽能電池板

　　硅薄膜太陽能電池板，包括非晶硅、微晶硅、多晶硅薄膜太陽能電池板。

　　(1)非晶硅(amorphous silicon, a-Si) 薄膜太陽能電池板在晶體硅太陽電池中，真正起發(fā)電作用的僅是硅片表面附近的很少部分，離表面較遠(yuǎn)部分并不直接起發(fā)電作用。為了盡量節(jié)約硅材料，有效降低生產(chǎn)成本，晶體硅太陽能電池板正向薄片化方向發(fā)展。目前硅片厚度已降至200pm以下;另一方面，就是向薄膜化方向發(fā)展。非晶硅薄膜太陽能電池板是早實(shí)現(xiàn)進(jìn)入市場的商業(yè)化薄膜太陽能電池板。

　　非晶硅薄膜太陽能電池板，是在非硅的襯底上制作很薄的硅薄膜來發(fā)電，制作硅薄膜的方法普遍采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)，簡而言之就是把原材料硅烷(SiH4) 利用輝光放電使其分解，借助化學(xué)反應(yīng)在襯底上堆積硅海膜。非晶硅中的原子大致上保持與晶體硅相同的基本結(jié)構(gòu)。晶體硅是每個硅原子通過共價鍵與其他4個硅原子鍵合成四面體，摻氫非晶硅僅以共價鍵與其他3個相鄰的硅原子相鍵合，而硅的第1個價原子與氫原子鍵合。在摻氫非晶硅中，化合氫的含量用原子百分?jǐn)?shù)表示占10%左右。這些氫原子會直接對懸掛鍵 (dangling bond)缺陷結(jié)合，減少對電子的捕獲，以達(dá)到非品硅的低缺陷密度，使其能夠作為太陽電池應(yīng)用，下面， 從應(yīng)用者視角，有必要關(guān)注如下幾點(diǎn)，

　?、?a href="http://m.thamestown.cn" target="_blank">非晶硅太陽電池與晶體硅太陽電池的不同點(diǎn) 非晶體太陽電池基本也是P-N結(jié)構(gòu)，其工作與晶體硅太陽電池沒有大的區(qū)別，但是有幾個重要不同點(diǎn)。

　　首先，單晶硅是間接躍遷型半導(dǎo)體，其吸收系數(shù)較小，為了充分吸收太陽光，需要200um的膜厚。相對應(yīng)的非晶硅是直接躍遷型半導(dǎo)體，吸收系數(shù)上升很快，其值較大。因此，為滿足太陽電池要求，其膜厚一般為0.3～0.6um，可實(shí)現(xiàn)薄膜化。

　　另外，非晶體太陽電池的結(jié)構(gòu)并不是P-N結(jié)，而是P-IN結(jié)構(gòu)。通常非晶硅的P-N結(jié)不顯示整流性，而顯示近似于歐姆接觸的特性。這是因?yàn)镻層及N層的缺陷能級密度很大，受限于通過這種缺陷之間的復(fù)合電流或隧道電流，因此作為太陽電池，設(shè)定P層與N層中間的摻雜層為1層，形成P-I-N結(jié)構(gòu)。I層的缺陷能級為1015eV-↓.cm-3.大部分區(qū)域都被耗盡，可以通過過渡層內(nèi)的電場從P層至N層收集光生載流子。另外，由于P層及N層的缺陷能級密度較高，當(dāng)作為光電轉(zhuǎn)換層時，考慮到內(nèi)層是死層(dead layer),當(dāng)厚度較厚時，不能忽略串聯(lián)電阻。因此，非晶體太陽電池采用厚度為數(shù)十納米的P、N層，中間有0.3～0.6yum的I層的結(jié)構(gòu)。

　　該結(jié)構(gòu)的非晶硅太陽能電池板和晶體硅太陽能電池板的電流電壓特性的比較。在光照射下，晶體硅太陽電池的電流電壓特性可大致表示成暗狀態(tài)下的電流-電壓特性中加入光電流。相對地，非晶硅太陽電池的電流-電壓特性顯示偏壓特性。也就是說，加入正向偏壓會減少光電流。晶體硅太陽電池的少數(shù)載流子擴(kuò)散長度較長，對光電流有作用的主要是在耗盡層以外的中性區(qū)域中發(fā)生的載流子。另外，加入正向偏壓時，電位與耗盡層兩端有關(guān)，對激勵載流子的收集效率沒有影響，因此光電流并不能表示偏壓特性。另一方面，非晶體太陽能電池板的少數(shù)載流子擴(kuò)散長度較短，電場區(qū)域以外光電流的作用較小。對光電流起作用的是I層內(nèi)激勵的載流子。這時收集載流子，與偏壓無關(guān)，I層內(nèi)的電場很強(qiáng)，收集效率也很高。但是加入正向偏壓的話，I層內(nèi)的電場會減弱，在光入射側(cè)深處，激勵的載流子復(fù)合又喪失，載流子收集效率降低。因此，光電流與偏壓會同時減少。

　?、?a href="http://m.thamestown.cn" target="_blank">非晶硅太陽電池的高效率化技術(shù) 非晶硅太陽電池的基本結(jié)構(gòu)，其支撐襯底的種類大致可分為兩類:種是將玻璃等透光性襯底作為光人射側(cè)支撐的結(jié)構(gòu) ，一般由襯底/透明導(dǎo)電性氧化物(TCO) /P層/1層/N層/背面電極構(gòu)成;另一種是將塑料等不透光性支撐襯底用于太陽電池背面的結(jié)構(gòu)[圖5-59(b) ]，由金屬柵極/TCO層/P層/1層/N層/背面電極/村底構(gòu)成。不管是何種結(jié)構(gòu)，非晶體太陽電池的半導(dǎo)體層一般都是由P層/層/N層這三層構(gòu)成。1層是光電流生成層及輸送層，P層和N層是生成促進(jìn)1層中載流子漂移的內(nèi)建電場，收集光生載流子的電極層.非晶硅太陽電池人時光的主要能量損失。

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