柔！真的很柔！薄膜太阳能电池板

发布日期：2018-06-11 00:00 来源：http://www.desunpv.com 点击：

　　要实现太阳能光伏发电真正意义上的大规模推广应用，大课题仍为降低系统发电成本。近年来，作为光伏发电系统主体部件的太阳电池，其技术创新进步及产业规模扩大皆已取得长足发展。太阳电池虽说种类繁多，大致可分为(片状)晶体硅太阳能电池板和薄膜太阳能电池板两大类。由于研究开发及各国多种普及推广政策的促进，晶体硅太阳能电池板早已达到实用化阶段。自从20世纪80年代初，商业化薄膜太阳能电池板进入市场以来，晶体硅太阳能电池板的性能已取得尤为显著的进步且电池的效率仍存在进一步提升潜力，近年来产业化规模书张速度更为惊人。与此同寸，各种薄膜电池的研发成果及产业化技术也在不断涌现。下面，简要对硅系薄膜太阳电池，CIGS、CdTe及染料敏化等薄膜太阳电池进行介绍，以便读者针对不同应用作出适当选用。

　　硅薄膜太阳能电池板

　　硅薄膜太阳能电池板，包括非晶硅、微晶硅、多晶硅薄膜太阳能电池板。

　　(1)非晶硅(amorphous silicon, a-Si) 薄膜太阳能电池板在晶体硅太阳电池中，真正起发电作用的仅是硅片表面附近的很少部分，离表面较远部分并不直接起发电作用。为了尽量节约硅材料，有效降低生产成本，晶体硅太阳能电池板正向薄片化方向发展。目前硅片厚度已降至200pm以下;另一方面，就是向薄膜化方向发展。非晶硅薄膜太阳能电池板是早实现进入市场的商业化薄膜太阳能电池板。

　　非晶硅薄膜太阳能电池板，是在非硅的衬底上制作很薄的硅薄膜来发电，制作硅薄膜的方法普遍采用等离子增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)，简而言之就是把原材料硅烷(SiH4) 利用辉光放电使其分解，借助化学反应在衬底上堆积硅海膜。非晶硅中的原子大致上保持与晶体硅相同的基本结构。晶体硅是每个硅原子通过共价键与其他4个硅原子键合成四面体，掺氢非晶硅仅以共价键与其他3个相邻的硅原子相键合，而硅的第1个价原子与氢原子键合。在掺氢非晶硅中，化合氢的含量用原子百分数表示占10%左右。这些氢原子会直接对悬挂键 (dangling bond)缺陷结合，减少对电子的捕获，以达到非品硅的低缺陷密度，使其能够作为太阳电池应用，下面，从应用者视角，有必要关注如下几点，

　　①非晶硅太阳电池与晶体硅太阳电池的不同点非晶体太阳电池基本也是P-N结构，其工作与晶体硅太阳电池没有大的区别，但是有几个重要不同点。

　　首先，单晶硅是间接跃迁型半导体，其吸收系数较小，为了充分吸收太阳光，需要200um的膜厚。相对应的非晶硅是直接跃迁型半导体，吸收系数上升很快，其值较大。因此，为满足太阳电池要求，其膜厚一般为0.3～0.6um，可实现薄膜化。

　　另外，非晶体太阳电池的结构并不是P-N结，而是P-IN结构。通常非晶硅的P-N结不显示整流性，而显示近似于欧姆接触的特性。这是因为P层及N层的缺陷能级密度很大，受限于通过这种缺陷之间的复合电流或隧道电流，因此作为太阳电池，设定P层与N层中间的掺杂层为1层，形成P-I-N结构。I层的缺陷能级为1015eV-↓.cm-3.大部分区域都被耗尽，可以通过过渡层内的电场从P层至N层收集光生载流子。另外，由于P层及N层的缺陷能级密度较高，当作为光电转换层时，考虑到内层是死层(dead layer),当厚度较厚时，不能忽略串联电阻。因此，非晶体太阳电池采用厚度为数十纳米的P、N层，中间有0.3～0.6yum的I层的结构。

　　该结构的非晶硅太阳能电池板和晶体硅太阳能电池板的电流电压特性的比较。在光照射下，晶体硅太阳电池的电流电压特性可大致表示成暗状态下的电流-电压特性中加入光电流。相对地，非晶硅太阳电池的电流-电压特性显示偏压特性。也就是说，加入正向偏压会减少光电流。晶体硅太阳电池的少数载流子扩散长度较长，对光电流有作用的主要是在耗尽层以外的中性区域中发生的载流子。另外，加入正向偏压时，电位与耗尽层两端有关，对激励载流子的收集效率没有影响，因此光电流并不能表示偏压特性。另一方面，非晶体太阳能电池板的少数载流子扩散长度较短，电场区域以外光电流的作用较小。对光电流起作用的是I层内激励的载流子。这时收集载流子，与偏压无关，I层内的电场很强，收集效率也很高。但是加入正向偏压的话，I层内的电场会减弱，在光入射侧深处，激励的载流子复合又丧失，载流子收集效率降低。因此，光电流与偏压会同时减少。

　　②非晶硅太阳电池的高效率化技术非晶硅太阳电池的基本结构，其支撑衬底的种类大致可分为两类:种是将玻璃等透光性衬底作为光人射侧支撑的结构，一般由衬底/透明导电性氧化物(TCO) /P层/1层/N层/背面电极构成;另一种是将塑料等不透光性支撑衬底用于太阳电池背面的结构[图5-59(b) ]，由金属栅极/TCO层/P层/1层/N层/背面电极/村底构成。不管是何种结构，非晶体太阳电池的半导体层一般都是由P层/层/N层这三层构成。1层是光电流生成层及输送层，P层和N层是生成促进1层中载流子漂移的内建电场，收集光生载流子的电极层.非晶硅太阳电池人时光的主要能量损失。

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