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非晶硅太阳能电池
阅读:964时间:2021-02-01 17:40:11

    太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。

原理

    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。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。
    太阳能发电方式太阳能发电有两种方式,一种是光—热—电转换方式,另一种是光—电直接转换方式。
    (1)光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电,一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气,再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程;后一个过程是热—电转换过程,与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高,估计它的投资至少要比普通火电站贵5~10倍.一座1000MW的太阳能热电站需要投资20~25亿美元,平均1kW的投资为2000~2500美元。因此,目前只能小规模地应用于特殊的场合,而大规模利用在经济上很不合算,还不能与普通的火电站或核电站相竞争。
    (2)光—电直接转换方式该方式是利用光电效应,将太阳辐射能直接转换成电能,光—电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件,是一个半导体光电二极管,当太阳光照到光电二极管上时,光电二极管就会把太阳的光能变成电能,产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源,具有性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长,只要太阳存在,太阳能电池就可以一次投资而长期使用;与火力发电、核能发电相比,太阳能电池不会引起环境污染;太阳能电池可以大中小并举,大到百万千瓦的中型电站,小到只供一户用的太阳能电池组,这是其它电源无法比拟的

分类

    太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式(以下表示为a-)两大类,而前者又分为单结晶形和多结晶形。
    按材料可分为硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机膜形,而化合物半导体薄膜形又分为非结晶形(a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等)、ⅢV族(GaAs,InP等)、ⅡⅥ族(Cds系)和磷化锌 (Zn 3 p 2 )等。
    太阳能电池根据所用材料的不同,太阳能电池还可分为:硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池,其中硅太阳能电池是目前发展成熟的,在应用中居主导地位。

非晶硅薄膜太阳能原理

    非晶硅(a-Si)太阳电池是在玻璃(glass)衬底上沉积透明导电膜(TCO),然后依次用等离子体反应沉积p型、i型、n型三层a-Si,接着再蒸镀金属电极铝(Al).光从玻璃面入射,电池电流从透明导电膜和铝引出,其结构可表示为glass/TCO/pin/Al,还可以用不锈钢片、塑料等作衬底。
    硅材料是目前太阳电池的主导材料,在成品太阳电池成本份额中,硅材料占了将近40%,而非晶硅太阳电池的厚度不到1μm,不足晶体硅太阳电池厚度的1/100,这就大大降低了制造成本,又由于非晶硅太阳电池的制造温度很低(~200℃)、易于实现大面积等优点,使其在薄膜太阳电池中占据首要地位,在制造方法方面有电子回旋共振法、光化学气相沉积法、直流辉光放电法、射频辉光放电法、溅谢法和热丝法等。特别是射频辉光放电法由于其低温过程(~200℃),易于实现大面积和大批量连续生产,现成为国际公认的成熟技术。在材料研究方面,先后研究了a-SiC窗口层、梯度界面层、μC-SiC p层等,明显改善了电池的短波光谱响应.这是由于a-Si太阳电池光生载流子的生成主要在i层,入射光到达i层之前部分被p层吸收,对发电是无效的.而a-SiC和μC-SiC材料比p型a-Si具有更宽的光学带隙,因此减少了对光的吸收,使到达i层的光增加;加之梯度界面层的采用,改善了a-SiC/a-Si异质结界面光电子的输运特性.在增加长波响应方面,采用了绒面TCO膜、绒面多层背反射电极(ZnO/Ag/Al)和多带隙叠层结构,即glass/TCO/p1i1n1/p2i2n2/p3i3n3/ZnO/Ag/Al结构.绒面TCO膜和多层背反射电极减少了光的反射和透射损失,并增加了光在i层的传播路程,从而增加了光在i层的吸收.多带隙结构中,i层的带隙宽度从光入射方向开始依次减小,以便分段吸收太阳光,达到拓宽光谱响应、提高转换效率之目的。在提高叠层电池效率方面还采用了渐变带隙设计、隧道结中的微晶化掺杂层等,以改善载流子收集。

薄膜太阳能电池生产的流程

    图片准备基板(TCO导电玻璃) ——玻璃磨边——玻璃清洗
    ——1064激光划线——二次清洗——装夹具升温预热——
    ——PECVD沉积非晶硅膜——冷却卸夹具——635激光划线
    ——PVD磁控溅射AL——635激光划线——测试——老化
    ——激光清边——三次清洗——焊电极线——层压——装边框

非晶硅薄膜太阳能电池的优点

    1.非晶硅具有较高的光吸收系数.特别是在0.3-0.75um的可见光波段,它的吸收系数比单晶硅要高出一个数量级.因而它比单晶硅对太阳能辐射的吸收率要高40倍左右,用很薄的非晶硅膜(约1um厚)就能吸收90%有用的太阳能.这是非晶硅材料重要的特点,也是它能够成为低价格太阳能电池的主要因素.
    2.非晶硅的禁带宽度比单晶硅大,随制备条件的不同约在1.5-2.0eV的范围内变化,这样制成的非晶硅太阳能电池的开路电压高.
    3.制备非晶硅的工艺和设备简单,淀积温度低,时间短,适于大批生产.制作单晶硅电池一般需要1000度以上的高温,而非晶硅电池的制作仅需200度左右.
    4.由于非晶硅没有晶体硅所需要的周期性原子排列,可以不考虑制备晶体所必须考虑的材料与衬底间的晶格失配问题.因而它几乎可以淀积在任何衬底上,包括廉价的玻璃衬底,并且易于实现大面积化.
    5.制备非晶硅太阳能电池能耗少,约100千瓦小时,能耗的回收年数比单晶硅电池短很多:

中国非晶硅薄膜电池发展前景

    在中国市场,随着中国对能源的需求量日益增加,环保压力增大,在国内太阳能光伏发电问题也得到了广泛的关注。2008年中国光伏电池产量达到2265MW,但新增装机容量只有40MW,根据业内权威人士透露,正在制定中的《新能源产业振兴和发展规划》中国太阳能光伏到2020年累计装机容量将达20GW,从以上数据中可以看到我国光伏市场的巨大潜力。进入2009年,国内重点光伏企业纷纷实施了扩张计划,国家、地方在政策层面上也纷纷出台了光伏产业的振兴规划,由此可见,我国光伏市场有望在未来几年加快发展,逐渐扭转“两头在外”的市场格局,实现光伏产业的长足发展。

国内的薄膜厂

    天津津能:25MW 威海蓝星:5MW  源畅光电:155MW  蚌埠普乐:10MW  南通强生:75MW
    山东东营:10MW  慈溪光伏:10MW  泉州欧德:30MW  深圳拓日:30MW  中山诠欣:10MW

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