非晶硅太阳能电池工作原理及进展

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、非晶硅太阳能电池工作原理及进展、／

徐温元

（开大学电子科学系）南

自１９６年以来，晶硅基台金作为一种新型的电子材料，７非由于它的优异的光电特性，它在太阳能使电池及其他方面具有广泛的应用前景，而推动着人们对这羹材料特性进行深人研究。近几年国际上从有关这方面的研究工作发展迅速，已形成一个新技术产业部门．非晶硅太阳能电池的转换效率和电弛面积也都有明显的提高和增太．本文综述了非晶硅材料特性，电池工作原理及最近发展．一

、

非晶硅材料特性

移率虺

非晶硅基合金材料包括氢化非晶硅ａｓ：—ｉ

了

Ｈ、非晶碳化硅ａＳｘＨ、非晶氮化硅－ｉＣ：

ｓ１ｉ…Ｎ：Ｈ、非晶锗硅ａＳｌ—ｉ…Ｇｅ：等一系列Ｈ

犍

材料．类台金均可在较低的温度下（３Ｏ）这＜０℃以等离子化学气相沉积方法（ＣＶＰＤ）在较广泛的衬底材料（玻璃、属、高温塑料）生如金及上成大面积薄膜．１非晶硅舍金的带隐及悬挂键．

远程无序的．对理想晶态半导体来说，我们已

卷市崖（ｍ ?ｅＰｃ）

图ｌ非晶态半导体态密宦分布示意图

带隙宽度．非晶硅的带隙宽度约等于１７Ｖ，．ｅ同．这种不同与非晶硅中含有１％以上的氢０

非晶硅与晶体硅不同之处是其原子排列是晶体硅的带隙宽度为１ＩＶ，二者有明显的不．ｃ能用能带理论阐明其导电机理，即电子或空穴有关．再者，在非晶硅中掺人适量的锗（ｅ、若Ｇ）可“由”运动于扩展的导带或价带之中，并碳（或氮Ｏ，可以形成不同的硅基合金即自地ｃ）Ｎ）则具有较高的迁移率，而处于导带和价带之间的非晶锗硅合金禁带态密度为零．对非晶态半导体来说，由于ａＳｌ—ｉ…Ｃ：Ｈａｓ—ｉ一Ｇｃ：非晶碳硅台金Ｈ，或非晶氮硅台金ａｓｌ—ｉ…Ｎ：Ｈ．原子排列非长程有序，即材料中存在着各种不各种合金的带隙宽度随掺人量（的变化而变．）完整性（键长、角不相等和材料中存在空洞表１列出几种常见合金的带隙宽度．从迁移率如键或Ｅ，内分布的带尾的态密度近似以指向等）导致在描述非晶态导电机理时虽也有类似边Ｅ，于晶态的导带和价

带，但它分成扩展态和局域数规律降到～１“ｃ? Ｖ的悬挂键态密度．／ｍｅ０态．在扩展态中，子和空穴的迁移率明显低所谓悬挂键是指非晶硅中的而电ｓ原子未成共价ｉ１１０／９

于晶态材料，只相当于晶态材料载流子迁移率键的电子态．由射频溅射或电子束蒸发方法制

的Ｉ％或更低．谓局域态即载流子不能在其中备的非晶硅膜，其悬挂键态密度可高达所输运的一种态，而且载流子是连续分布于导带ｃｅ由等离子体化学沉积法制备的非晶ｍＶ．或价带附近，故局域态又称为带尾，如图Ｉ所硅膜中含有大量的氢，可有效地与非晶硅中的示．带尾的宽窄与原子排列无序程度有关，即悬挂键结合形成ｓ—键，使悬挂键态密度降ｉＨ无序程度愈高带尾分布愈宽．低．悬挂键分布在带隙的中部，并起复合中心图中Ｅ，Ｅ，迁移率边，占到占．间称的作用．悬挂键态密度越低，则材料的载流子称之

物理

６５５ ?

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表Ｉ几种非晶志半导体的帝隙宽度

可使此材料成为ｐ型或ｎ型的导电材料，其电导率可增至约ｌ－（ ? ｍ）０２Ｑｃ～．对于台有微晶

成分的非晶硅材料，电导率可更高．其

Ｃｕｒｅ（Ｓ（晶）！ｓ≈ＣＪ）多ｉ

寿命越长．对于高质量的非晶硅材斟，其悬挂键态密度可低于ｌ“ｃ／ｍｅ０Ｖ．

嚣

表ｌ中各种非晶硅基合金（）量从０１分．逐渐增加时，带隙宽度也逐渐增大．其ｚ戢流子的输运过程．

非晶硅材粒受光照或外电场注人时将产生菲平衡载流子，这些载流子在被复合之前在扩展态输运过程中，有一部分载流子将被带尾局域态所陷获，而被陷的载流子由于声子协助可重新激发回到扩展态．这种过程在载流子通过材料时可多次重复发生，直至载流子穿通材料

崔

波长＾ｒ）ｎ

图２非晶硅基合金与晶体硅光吸收系敲的比较

达到另一电极．由于这种多次陷阱效应，导致３光吸收特性．了载流子迁移率的下降．对未掺杂的本征非晶导率为ｌ－一１（ ? ｍ）Ｏｔ０Ｑｃ～．通过掺硼或磷

非晶硅基合金材料的光吸收特性与晶体硅由图２可以看出，非晶硅在可见光部分比晶

硅材料来说，是电子导电，般用ｉ示，电材料差别很大，２给出几种材料的光吸收谱．这一表图

侣／钛

－’２００Ａ

～

＿

Ｇ

Ｉ０２０Ａ

１

Ｂ．ＯＤＩＡ

ｐ．１０Ａ０

ａｅＨＳ：

ＴＣ０

图３（）Ｉ玻璃为衬康的单结电｝（为玻璃，ＴＣ为ｓｏ镀面透明导电膜，ａ三【电ＧＯｎＢ为缓冲层，ｎ为掺磷ｎ型电于导电材料，ｐ为掺礤Ｐ型空穴导电材料，，（，＋’钼钍＾ＩＴｉ为背电敏，燕上１—２置的钍再蒸铝，）先００可得到较好的欧姆接触）；【）ｂ以不锈钢为衬雇的单结电｝（为不镑钢衬雇，ＩＯ为氧化镏锡遗明导电膜）电ｓＴ；ｆ）叠层电她（电他为。ｓ：材料，电池为ＩＳＧ￣Ｈ材料）ｃ上一ｉＨ下＿ｉ：

ｌ卷ｌ鳙８ｌ

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茛ｐｊ善层，最后以硅有较高的光吸收系数，不同材料的较高光啵它是毒捩在不锈钢上沉积＋

＿

收系数，对应的波长不同．所

电子束蒸发一层ｆｏ透明导电嗅．光从ＩＯｒＴ

膜射人ｎ层，Ｐｉ电池相似，和ｎ在ｎ／界ｉ面处产生的光生载流子通过ｉ达到背电极构层

成电流回路．’

二、非晶硅电池的结构和工作原理

非晶硅电池一般可分为单结电池和叠层电池，单结电池又可分为以玻璃为衬底的ｐｉ而ｎ电池和以不锈钢为衬底的ｎｉ电池，如图３ｐ

所示．

～

关于非晶硅电池工作原理模型有不少文章讨论过，是从泊松方程出发列出电子和塑都

穴的连续方程，依据不同的边界条件推算在光照或暗态下电池的伏安特性．本文以圈３ａ（）

ｐｉ电池结构为例扼要阐明电池的工作原理．ｎ

１单结电油．图３ａ（）是以玻璃为衬底的ｐｎ电池结构．ｉ在玻璃上先敷着一层绒面ＳＯ：透明导电膜，ｎ这种膜有减少反射光的作用，可使膜的透明度

图４ａ给出Ｐｉ电池短路杀件下的能带（）ｎ图．对于高转换效率的非晶硅电池，由于被陷

电荷和空间自由载流子电荷可以忽略，其ｉ层提高．时这种膜

又是上电极，以要求膜的方的电场可认为是近似均匀的．在Ｐ／同所ｉ界面产块电阻要小，般应＜０口．在敷有透明导生的光生电子和空穴在电场作用下迁移到背电一ｏ／

电嗅的玻璃上依次在反应室内沉积ｐｉ｜各非极构成光生电流，光生电流密度可写成ｎ该晶硅层，面电极先蒸上一薄层（ｏ２五），背１一０钛ｉ—ｑｃ１一ｅｐｄＬ），（）ＧＬ【ｘ（，ｔ】１

再蒸上铝，是为了改善金属铝与层接触特式中Ｇ是光生载流子产生率；这ｇ是电子电荷；性．光从玻璃方向射人Ｐ层．层是ａ是ｉ层厚度；Ｌ一。。十，．电子和—ｒＥｆＥ是ＳＣ：合金材料，带隙宽度较宽，为ｌ９ｉＨ其约—空穴漂移长度和；是电场强度；，ｆ，，２０Ｖ，ｅ目的是让较多的短波波长的光透过Ｐ层分别表示电子和空穴的迁移率和寿帚‘宙生式｛

而到达Ｐ／界面．Ｐｉ层厚度一般小于１０．０五在Ｐ层与ｉ之间生长一层厚度小于１０层盖０的缓冲层，到改善Ｐ／起ｉ界面特性和加强光生

可以看出，在电池ｉ厚度及光强确定后，Ｌ层

愈大，光生电流愈高．换句话说，流子迁移则载

率寿命积愈大，或电场强度蠹犬光生电流愈则载梳子向内输运的作用．光生载流子通过ｉ层高．由图４ａ（）能带图可以看出，带隙ａ宽—到达背电极构成电流回．另一种电池结构是ＳＣ：的ＰｉＨ层可使入射短波长的光损失减小，以不锈钢为村底的ｎｉ十电池，图３ｂ所示．ｐ如（）同时Ｐ／界面的高势垒可使反扩散到Ｐｉ屡的

｛

囊

电匿（Ｖ

（ｂ１

圈●Ｃ）￣ｉ＋电弛短路条件下售带匿；（）电曲的电施电压特性曲龌－９ｕ￣ｂ袖理

７?

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犀２０，电子减少，这样反向复合电流减小则有利于正电池的ｉ厚度较蔼（一Ｉ０五）而后电拖的ｉ层厚度较厚（～５０五）对于电流如何穿００．向光生电流的增加．从图一ａ还可以看出，４）（Ｐ

层和ｎ层掺杂效率愈高，则使费米能级Ｅ愈过两个电池中间的印结，目前虽提出不少模但尚来定论．我们可以认为，从前面ｉ层产靠近Ｐ层的价带和ｎ层的导带，这样ｉ层的型，能带倾斜愈大，就是电场强度愈大，也对光生电

生的电子输运到ｎ层，遇到Ｐ层的高势垒后，可

—ｉ：流的增加愈有利．所以目前围绕非晶硅电池材能会通过隧道效应与后面的ａＳＧｅＨｉ层输运到界面的空穴复合，成

隧道电流构成回路．形料基础的研究课题是如何提高ｉ载流子迁移层

率寿命积以及提高Ｐ层和ｎ层掺杂效率．（Ｍ相当于１０Ａ１ｍＷ／ｍ强照射下的转换０ｃ）光效率，换效率是通过测量电池的电流、转电压特性确定的．如图４ｂ所示，图中选出最大功（）从

ａＳｉ：ＨＩ￥１：ｌＧｅＨｌ－

再者由于有两层电池是串接的，故整个电池的

表征电池性能，要是测量电池在ＡＭ１开路电压将会增大．主．５

率点。一Ｖ，并同时测量光照强度Ｐ，则Ｉ

转换效率表示为

＂一

匿Ⅲ

‘

一

—

（ＦＦ），ｏｉＶ．ｏ

—

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ｐｉ

（）２

是短路电流密室，充因子．由：１ｍＡ，７

是开路电压，ＦＦ是填一

一１ｍＡ，Ｖ５一Ｏ６Ｖ；．８

一０８Ｖ，从（）可算出电池的转．４２式

换效率一１．，充因子ＦＦ—Ｏ７．０２填．１

ｚ叠晨电油从图２可以看出，非晶硅对较高能量的短波长的光具有较高的吸收系数，但对长披长的光吸收系数很低，光穿过ｉ对光电流没有贡层献．为了把这部分的光能转换成电流，就要求对长波长的光具有强吸收特性的窄带隙材料做成电池的ｉ层．如图２所示，其中非晶锗硅ａＳＧｅＨ或多晶铜铟硒ＣＩＳ材料对长波－ｉ：ｕｎｅ

。

卜

ＧａＳ—Ｈ

ＰＯ

—ｔ．

．．

长区域的光均具有较强的吸收系数．将这类材

：

。

料和ａＳ：制成ｐｎｉ叠层电池，即前面—ｉＨｉｐｎ

的ｐｎ电池的ｉ是ａＳ：层，后面的ｐｎｉ层—ｉＨｉ电池的ｉ是ａＳＧｅＨ层，如图５所示．光层—ｉ：

ＣｕｎＳ２ｌｅ

／／／／／／，，／／／／／Ｇ

从ａｓ：电池射人，波长的光被ａＳ：吸—ｉＨ短－ｉＨ收，而长波长的光透过中间ｎ界面后被以ａｐ一

￥ＧｅＨ为ｉ层的电池所吸收．这样就扩大了ｉ：吸收光的范围，高了电池的转换效率．提由于电

ｃ吣

躅，（）两端叠层电池；（）四端叠层电淹ａｂ

（ｏ为高分子牯音剂）Ｐ

叠层电池的另一种结构为四端叠层电池，流的连续性即前面电池产生的光电流应等于这种电池是以ａＳ：作前面电池，用多晶－ｉＨ后面电池产生的光电流，又因大部分的光被前ＣｌＳｔ（ｕｎｃｐ型）膜和ＣＳｎ型）ＺＳ薄膜薄ｄ（或ｎ面电池所吸收，后面电池要产生相等的光电流作后面电池，如图５ｂ（）所示．电池的电极是用就需要加厚后面电池的ｉ厚度，故一般前面透明导电层ＺＯ，前后两个电池间用透明层ｎ

１卷勰８

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有机高分子材料牿接，但两个电池的极性是相们组装成单人非蕞硅太阳能电趟车，充电３小．３反的，剁引出四个端点．据最新报道，种分这时可行驶２ｋ．还有一些大的非晶硅太阳能０ｉｎ

●

＇

池转换效率已达到１．弼．５６。３非晶硅集成电池．

。

电站是将这种集成电池经过串井连接，不用蓄

电池，可直接将直流转换成芟流；就经过开压后

非晶硅ｐｎ层可在连续反应系统ｌ一次制ｉ中

成大面积电池（２１０×４ｃ２．这样大的单块０ｍ）

电池面积过大，当电流游经上电极时，故由于透

明导电膜有一１Ｏ口方块电阻，／０将产生较大的压降．外，了适应各种场合的应用，电池另为对

的电压要求不同．所以，在实际盅用中是将大面积电池根据需耍分割成若干个小的电池加以

电池的输出电压）集成电池电流取决于其中电．

积的电池，电池分割的数目愈多，输出的电＊小剐

毋集瘸出凰虎｝结掏

流最小的一个电池的电流．很显然，对同一面可与犬电网并网烘电．、

压也愈高，相应的电流将变小．在设计时根据

各部分的接触电阻值，可优选一个最佳切割尺

三、非晶硅电池发展现状和前景

１８年９月在美国召开的国际第二十属９８

寸，文不作详细讨论．本

太阳能电池可供各种场台下应用，如作为光伏专家会议及１８年２月在澳大利亚召开９９

计算器、手表、电动玩具、庭院灯以及电讯中继的国际第四屡光伏科学及工程会议的资料表站等的电源．日本三洋公司将菲晶硅电池做在明，过这十多年的努力，论在电池的转换效经不玻璃瓦上，在屋顶，装可提供家庭用龟．最近他

表

率和电池面积上都取得很大的进展．表２列出

２

电池面积￣８０ｍ的数据－０￣公司名称ＡＲＣ０（国）美ＡＲＣＯ（国）美富士（本）日ＥＣＤ（国）美Ｃｈｏｎｉ美国）ｒａ－（

（Ｖ）２４２．３５４．４８１６．８

２９３．

（ｍＡ，ｍｃ）２２．１２５．４Ｉ１．６１．Ｓ９５Ｉ１．５

＿

ＦＦ０６．８０５．９Ｂ０，７．７０６７．３０６．｝转换效率（）％７ａ．９Ｉ．６３．５ｉ．

６．２

功率（）ｗ，．６７，８．３．０Ｉ２ｌ

１．７６

面朝（ｍｃ）４９７０●，●，? 蚰Ｄ０４１１０’２５８９

娄型单结ｓｉＣＩ￣【８ｔ．单结ａＳ－ｉ叠层

单结

ｓ】ｍ０ａ

（目）姜

２５８

０４．５

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．８

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单结

电池面积小的数据

ＥｃＤ：国）羹富七（日本）１６．４１７．８１ ? ０９Ｂ０．５０７ ?００７ ? ”、１，０５０： ?｝１。４

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物理

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了美国太期荦圈窄干所测量国际上各公司的电贵降雌廊套就得扩大隼产规模．目前困际上非

地后所公布数据．

从国际光伏电池市场销售量来看，非晶硅

昂硅电池生产规模年量为ｌＭ’－，若能孵

决年产几百ＭＷ的工程技术设计和逝盎间题，预计在１９年到本世纪末可望把电拙的甜格降９５

电池去年已销氨３ＭＷ，占电池市场的３％．０８

随着非晶硅电池成本进一步下降，这一比例将到｛５元ｆ瓦（瓦表示在ＡＩ．光照卞可一蜂峰Ｍ＿５会加大．为新能源考虑，佧人们最终目标是想使产皋的功率）若以电ｌ能使用２，抽０年计算，则每

非晶硅电池产生的龟能价格能与火力发电的成度电价格可降到．２ｑ２／ ? ． ? ．５元ＫＷｈ

本相竞争．要达到达一目标尚须解决一系列的

基础研究和工程技术等方面的问题．目前，电

池的转换效率与理论推算值尚有一定差距（单

结电池转换效率理论值可达１．西，叠层ｓ／７８ｉ

［１】Ｓ ?ＣｄＩ．ｒｑＭ，ｆｆｓ，ｓ（９，３５．．Ｐｙ．３１ｉ３０［ＩＢ２｝．ｗ．Ｆｇ蚰，。．ｃｒｎｄｌ￣ｈｎｓａｆ．ｙ．

Ｌｖ，（ｅｉｓ１９８９? ．．．’［３】Ｈ．Ｏｋａｔｔａ．ＳｌｒｃｆｆＢ１８）３．ｍ００ｅ１．ｏａ，（９３，ｌ７［Ｓａｚ４】ｈｏｉｈｇｏ血．Ｐｏｅ－０２ｒＩ，￣．ｆＯｂＥＥＥ

ＣＳ电池转换效率理论值可达２．％）要进Ｉ６６．

Ｐ０ｑｏ嘶ｃ印ｔｍｉ¨ｈｔＶｅｓ

，

步提高电袖的转换效率，需要搞清楚许多基础物理Ｉ题，例如提高宽带隙和窄带隙台金材可

一

卿ｎ”呻ｃＩＥ－，弓Ｅ

。ｂｈＩＥＥ２【Ｅ

（９８，１６Ｉ８）９．

［】Ｅ．ｓｉｙ．．ｓｅＰ５．Ｓ，ＪＬ抽ｎ，

Ｐｈｏｔｏ｜ａｌＳｐｏｖｔｅ

．

料的质量，使这类材料的光电导率加大，高材提料载流子的迁秽率以及掺杂效率等．另外，不对

同材料的接触界面特性及载流子通过界面的输运特性的进一步了解，也是提高转换效率的关

ｅｉｌｓ￣Ｃｎｅｅ０ＥＥｃａｌｔｏｆｒｎｅＩＥ，ｃｃ

（９８，｛１８）

［１ＪＥｒｅ１Ｉ４ｈＩｔｒａｉｎ｜ｒ【４．＿ｔｎｅｎｔｏＭＰｈｔｖｈａ￣６ｏｏ］

ｇｉｎｅａｄ唇ｉｇ，ｈｅｎｅｃｃｅｅ＂ｎ￣ｉ６ｉｓ。ｌｎ

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一

［Ｓ蹦ａ９ｔａ．Ｐ。０ｈｌＥＥ。ｈｔ￣７ｌ ? ａｃ１ｏ．Ｅ２ｔＥＰｏｏ－ｏｔｉｐ６ｉｌｓｌａｃＳｅａｉ￣Ｃｂ］ｒｎｃ，Ｉ（咖ｓｈｅｅｅＥＥＢｊｔ键．

于ｌ何疑抉非晶砖皂池转换效率的初期如

衰退问题也是科学家们关注的课题．要想进一

’（葶７４上牟０）

：、、

使长度计量的准确度大大提高：。

’

裹ｉ

杰所墙知，统垒世界物理与技术科学中

．

的有关单位依穗８年制定的“制公约ｌ７米，

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同时也就速渐形成宁自际单位翩（Ｉ．萁起点ｓ）

是‘８年ｆ９来和手８拍葫器是义．迄今帕熟有

效的只有千克定义了．从本文可见，米”义定

。百枉Ｉ面车莉－Ⅲ９／章曼挺两获了．从爱展的幽３

角度上看，１８９３年的米定义也未必是最终。

Ｈｇ和“Ｃ原的辐射，用当时所给出的‘ｄ子适真空波长值和不确定度．

的．比如，目前有些物理学家对一个广阔范围的可能的薪频率标准进行研究，不过即使在时

新”米定县有的重大的科学意义．先，首

＿

间单位的定义发生任何变化情况下１８年＇３

“”义仍可有效，此它比过去的‘”义米定因定可以有个较长的寿命．

［国际计量局编著，中国计量科学五院情报室译，国１】片究际计量局ｉ０屑年Ｏ８Ｓ１７）技求标准出氟社，０７－９Ｓ，（９ｏ．１ｓ）［２】王太珩，量参考资料，Ｎｏ计．５（９４，１３１８）—．【３］鲁绍曾主编，现代计量学概论，中国计量出腹社，（９７．１８）

是它将真空中光速值规定为

。

－

ｆ

２９９４８ｍ，，９７２５ｓ

使其成为一个固定常数，也就是说真空中光速值在物理学中再是一个可以测量的量，而是

一

个换算常数并作为一个物理学中的基本物理

常数规定下来．其次是它把真空中的光速值作为一个固定不变的定义值，从而利用高精度的

酎河撼蒎逊置！拙长辜警位塾一车时ｉＮＩ＆，

【］沈乃齑、传晖，外计量，Ｎｏ５（９９１．４薛国．Ｉ７）—６【】Ｆ５．ＢｒＨ￣ｍｔ ? ＿１，ｆｒｋＩ，（９６．Ｉ２３ｏ口篮１ｓ）卸一０．

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ｌ卷．翅８Ｉ1

非晶硅薄膜太阳能电池的优点

非晶硅薄膜太阳能电池的优点: 2009-01-13 20:29 非晶硅太阳能电池之所以受到人们的关注和重视,是因为它具有如下诸多的优点: 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.这是非晶硅材料最重要的特点,也是它能够成为低价格太阳能电池的最主要因素. 2. 非晶硅的禁带宽度比单晶硅大,随制备条件的不同约在1.5-2.0 eV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:

中国电子报：薄膜技术日趋成熟非晶硅电池主导市场来源：中国电子报发稿时间： 2009-02-10 15:52 薄膜电池技术具有提供最低的每瓦组件成本的优势，将有望成为第一个达到电网等价点的太阳能技术。由于原材料短缺，在单晶硅和多晶硅太阳能电池的发展速度受到限制的情况下，新型薄膜太阳能电池发展尤为迅速。有资料显示，美国薄膜电池的产量已经超过了多晶硅和单晶硅电池的产量。薄膜技术会越来越成熟，在未来的市场份额中将大比例提升。据行业分析公司NanoMarkets预测，薄膜太阳能电池2015年的发电量将达到26GW，销售额将超过200亿美元，太阳能电池发电量的一半以上将来自薄膜太阳能电池。预计在未来薄膜电池市场中非晶硅(a-Si)、碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)三种电池将分别占到薄膜光伏市场的60%、20%和20%。非晶硅/微晶硅电池是产业化方向沉积设备至关重要

非晶硅太阳能电池研究毕业论文

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。

非晶硅太阳能电池研究毕业论文

非晶硅太阳能电池研究毕业论文 Final approval draft on November 22, 2020

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

硅太阳能电池的结构及工作原理

一.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。当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造业争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。全球太阳能电池产业1994-2004年10年里增长了17倍，太阳能电池生产主要分布在日本、欧洲和美国。2006年全球太阳能电池安装规模已达1744MW，较2005年成长19％，整个市场产值已正式突破100亿美元大关。2007年全球太阳能电池产量达到3436MW，较2006年增长了56%。中国对太阳能电池的研究起步于1958年，20世纪80年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，使中国太阳能电池生产能力由原来的3个小厂的几百kW一下子提升到4个厂的4.5MW，这种产能一直持续到2002年，产量则只有2MW左右。2002年后，欧洲市场特别是德国市场的急剧放大和无锡尚德太阳能电力有限公司的横空出世及超常规发展给中国光伏产业带来了前所未有的发展机遇和示范效应。目前，我国已成为全球主要的太阳能电池生产国。2007年全国太阳能电池产量达到1188MW，同比增长293%。中国已经成功超越欧洲、日本为世界太阳能电池生产第一大国。在产业布局上，我国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势。在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区，已经形成了各具特色的太阳能产业集群。中国的太阳能电池研究比国外晚了20年，尽管最近10年国家在这方面逐年加大了投入，但投入仍然不够，与国外差距还是很大。政府应加强政策引导和政策激励，尽快解决太阳能发电上网与合理定价等问题。同时可借鉴国外的成功经验，在公共设施、政府办公楼等领域强制推广使用太阳能，充分发挥政府的示范作用，推动国内市场尽快起步和良性发展。太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总绿色环保节能太阳能能源结构中将占到30％以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10％以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50％以上，太阳能光伏发电将占总电力的20％以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80％以上，太阳能发电将占到60％以上。这些数字足以显

硅太阳能电池的结构及工作原理

硅太阳能电池的结构及工作原理集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）

一.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。?? 当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造业争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。全球太阳能电池产业1994-2004年10年里增长了17倍，太阳能电池生产主要分布在日本、欧洲和美国。2006年全球太阳能电池安装规模已达1744MW，较2005年成长19％，整个市场产值已正式突破100亿美元大关。2007年全球太阳能电池产量达到3436MW，较2006年增长了56%。中国对太阳能电池的研究起步于1958年，20世纪80年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，使中国太阳能电池生产能力由原来的3个小厂的几百kW一下子提升到4个厂的4.5MW，这种产能一直持续到2002年，产量则只有2MW左右。2002年后，欧洲市场特别是德国市场的急剧放大和无锡尚德太阳能电力有限公司的横空出世及超常规发展给中国光伏产业带来了前所未有的发展机遇和示范效应。目前，我国已成为全球主要的太阳能电池生产国。2007年全国太阳能电池产量达到1188MW，同比增长293%。中国已经成功超越欧洲、

日本为世界太阳能电池生产第一大国。在产业布局上，我国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势。在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区，已经形成了各具特色的太阳能产业集群。中国的太阳能电池研究比国外晚了20年，尽管最近10年国家在这方面逐年加大了投入，但投入仍然不够，与国外差距还是很大。政府应加强政策引导和政策激励，尽快解决太阳能发电上网与合理定价等问题。同时可借鉴国外的成功经验，在公共设施、政府办公楼等领域强制推广使用太阳能，充分发挥政府的示范作用，推动国内市场尽快起步和良性发展。太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总绿色环保节能太阳能能源结构中将占到30％以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10％以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50％以上，太阳能光伏发电将占总电力的20％以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80％以上，太阳能发电将占到60％以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。由此可以看出，太阳能电池市场前景广阔。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。

太阳能电池板原理

一、太阳能电池的物理基础当太阳光照射ｐ－ｎ结时，在半导体内的电子由于获得了光能而释放电子，相应地便产生了电子——空穴对，并在势垒电场的作用下，电子被驱向型区，空穴被驱向Ｐ型区，从而使凡区有过剩的电子，Ｐ区有过剩的空穴。于是，就在ｐ－ｎ结的附近形成了与势垒电场方向相反的光生电场。如果半导体内存在P—N结，则在P型和N型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向N区，空穴驱向P区，从而使得N区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，在P—N结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种，因此太阳电池的种类也很多。目前，技术最成熟，并具有商业价值的太阳电池要算硅太阳电池。下

面我们以硅太阳能电池为例，详细介绍太阳能电池的工作原理。 1、本征半导体物质的导电性能决定于原子结构。导体一般为低价元素，它们的最外层电子极易挣脱原子核的束缚成为自由电子，在外电场的作用下产生定向移动，形成电流。高价元素（如惰性气体）或高分子物质（如橡胶），它们的最外层电子受原子核束缚力很强，很难成为自由电子，所以导电性极差，成为绝缘体。常用的半导体材料硅（Si）和锗（Ge）均为四价元素，它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚的那么紧，因而其导电性介于二者之间。将纯净的半导体经过一定的工艺过程制成单晶体，即为本征半导体。晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，相邻的原子形成共价键。

三、非晶硅太阳能电池

尽管单晶硅和多晶硅太阳能电池经过多年的努力已取得很大进展，特别是转换效率已超过20%，这些高效率太阳能电池在空间技术中发挥了巨大的作用。但在地面应用方面，由于价格问题的影响，长久以来一直受到限制。太阳能电力如果要与传统电力进行竞争，其价格必须要不断地降低，而这对单晶硅太阳能电池而言是很难的，只有薄膜电池，特别是下面要介绍的非晶硅太阳能电池最有希望。因而它在整个半导体太阳能电池领域中的地位正在不断上升。从其诞生到现在，全世界以电力换算计太阳能电池的总生产量的约有1/3是非晶硅系太阳能电池，在民用方面其几乎占据了全部份额。

1、非晶态半导体与晶态半导体材料相比，非晶态半导体材料的原子在空间排列上失去了长程有序性，但其组成原子也不是完全杂乱无章地分布的。由于受到化学键，特别是共价键的束缚，在几个原子的微小范围内，可以看到与晶体非常相似的结构特征。所以，一般将非晶态材料的结构描述为：“长程无序，短程有序”。

晶硅的结构模型很多，左面给出了其中的一种，即连续无规网络模型的示意图。可以看出，在任一原子周围，仍有四个原子与其键合，只是键角和键长发生了变化，因此在较大范围内，非晶硅就不存在原子的周期性排列。

在非晶硅材料中，还包含有大量的悬挂键、空位等缺陷，因而其有很高的缺陷态密度，它们提供了电子和空穴复合的场所，所以，一般说，非晶硅是不适于做电子器件的。

1975年，研究人员通过辉光放电技术分解硅烷，得到的非晶硅薄膜中含有一定量的氢，使得许多悬挂键被氢化，大大降低了材料的缺陷态密度，并且成功地实现了对非晶硅材料的p型和n 型掺杂。

太阳能电池板及其工作原理

太阳能电池板及其工作原理性能及特点：太阳能电池分为单晶硅太阳电池（坚固耐用，使用寿命一般可达20年。光电转换效率为15％。）多晶硅太阳电池（其光电转换效率约14.5％，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低非晶硅太阳电池。）非晶硅太阳能电池（其光电转换率为10%，成本低，重量轻，应用方便。）太阳能发电原理：太阳能不象煤和石油一样用交通工具进行运输，而是应用光学原理，通过光的反射和折射进行直接传输，或者将太阳能转换成其它形式的能量进行间接传输。直接传输适用于较短距离。基本上有三种方法：基本上有三种方法：通过反射镜及其它光学元件组合，改变阳光的传播方向，达到用能地点；通过光导纤维，可以将入射在其一端的阳光传输到另一端，传输时光导纤维可任意弯曲；采用表面镀有高反

射涂层的光导管，通过反射可以将阳光导入室内。间接传输适用于各种不同距离。将太阳能转换为热能，通过热管可将太阳能传输到室内；将太阳能转换为氢能或其它载能化学材料，通过车辆或管道等可输送到用能地点；空间电站将太阳能转换为电能，通过微波或激光将电能传输到地面。太阳能的光电转换是指太阳的辐射能光子通过半导体物质转变为电能的过程，通常叫做"光生伏打效应”,太阳电池就是利用这种效应制成的。当太阳光照射到半导体上时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半导体吸收或透过。被吸收的光，当然有一些变成热，另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子-空穴对。这样，光能就以产生电子-空穴对的形式转变为电能、如果半导体内存在P-n结，则在P型和n型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向n 区，空穴驱向P区，从而使得n区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，在P-n结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。光生电场的一部分除抵销势垒电场外，还使P型层带正电，n型层带负电，在n区与p区之间的薄层产生所谓光生伏打电动势。若分别在P型层和n型层焊上金属引线，接通负载，则外电路便有电流通过。如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来，就能产生一定的电压和电流，输出功率。太阳能发电原理图如下：

非晶硅薄膜在太阳能电池领域的应用

非晶硅薄膜在光伏领域的应用一、PN结的形成与光伏效应金刚石结构的硅晶体中，每个硅原子都以它的四个价电子与相邻的四个硅原子构成共价键，共价键中的电子受到原子核的束缚力较小，但是在没有足够的光热条件时，电子仍然无法自由移动，只在晶体中的特定能级上参与公有化运动，对晶体的电学性质几乎没有贡献。在当我们把四价的硅中掺杂入只有三个价电子的B杂质，晶体中就会有一些共价键缺少电子而形成空穴（如下图左图），这种半导体中空穴的数量远远多于未掺杂时原有的电子和空穴的数量，空穴占多数，我们称之为P型半导体。同理，在纯净的硅中掺入有5个价电子的磷元素，这样必然有一个电子多余出来而不能成键，这样就会在晶体中出现很多被排斥在共价键之外的电子，这些新出现的电子数量远超过未掺入杂质时的电子和空穴的数量，电子占多数，我们称之N型半导体。我们将掺3价杂质而富含空穴的P型半导体和掺5价杂质而富

含自由电子的N型半导体拼接到一起，N型半导体中的自由电子就会因为其所在能级高且浓度大，而很容易扩散到P型半导体中，在两者的表面处，P区带负电，N区相对带正电，于是形成一个内电场，内电场一方面阻止N型中的电子继续扩散到P区，另一方面，协助P区的电子向N区漂移。当扩散运动和漂移达到稳定之后就形成了PN结（如下图右图）。此时，如果对PN结施加光照，P型和N型半导体中的电子将从共价键中激发，以致产生更多的空穴电子对，由于内电场的作用，P区的空穴和N区的电子都被阻挡无法闯过PN结，只有P区的电子和N区的空穴在扩散到PN结区的时候能够通过内电场漂移过结。这样，PN结中的光生电子空穴对就被分离，这导致N区附近有电子积累，P区附近有空穴积累，加上电极连接外电路，于是产生一个向外可测试的电压。这就是光生伏特效应，简称光伏效应。在光照界面产生的电子空穴对越多，外电路电流越大，界面吸收的光能越多，电流也越大。

非晶硅太阳电池的原理

非晶硅太阳电池的原理 2010-11-1314:54 目录一、非晶硅薄膜太阳电池基础知识简介二、非晶硅薄膜太阳电池生产线及制造流程简介三、国产提供的非晶硅薄膜太阳电池生产线介绍一、非晶硅薄膜太阳电池基础知识简介 1976年美国RCA实验室的D.E.Conlson和C.R.Wronski在Spear形成和控制p-n结工作的基础上利用光生伏特(PV)效应制成世界上第一个a-Si太阳能电池，揭开了a-Si在光电子器件或PV组件中应用的幄幕。目前a-Si多结太阳能电池的最高光电转换效率己达15%。图1为一般单结的非晶硅太阳能电池结构图，图2为非晶硅太阳能电池图1非晶硅太阳能电池结构图图2非晶硅柔性太阳能电池第一层，为普通玻璃,是电池载体。第二层为绒面的TCO。所谓TCO就是透明导电膜，一方面光从它穿过被电池吸收，所以要求它的透过率高；另一方面作为电池的一个电极，所以要求它导电。TCO制备成绒面起到减少反射光的作用。太阳能电池就是以这两层为衬底生长的。太阳能电池的第一层为P层，即窗口层。下面是i层，即太阳能电池的本征层，光生载流子主要在这一层产生。再下面为n 层，起到连接i和背电极的作用。最后是背电极和Al/Ag电极。目前制备背电极通常采用掺铝ZnO(A1),或简称AZO。由于a-Si(非晶硅)多缺陷的特点，a-Si的p-n结是不稳定的，而且光照时光电导不明显，几乎没有有效的电荷收集。所以，a-Si太阳能电池基本结构不是p-n 结而是p-i-n结。掺硼形成P区，掺磷形成n区，i为非杂质或轻掺杂的本征层(因为非掺杂的a-Si是弱n型)。重掺杂的p、n区在电池内部形成内建势，以收集电

非晶硅太阳能电池测试

薄膜太阳能电池测试： 1外观检测10.1 观察台，显微镜，相机等 2 最大功率确定10.2 符合IEC60904-9太阳能模拟器，符合IEC60904-2标准光伏组件，一个支架，|I-V 测试装置 3 绝缘试验10.3 耐压绝缘测试仪及一个可限流的直流电源 4温度系数的测试10.4符合IEC60904-9BBB等级太阳光模拟器，一个根据IEC60904-2校准的标准太阳能电池，温度测试仪，I-V 测试装置。烤箱（加温设备），支架。 5 电池标称工作温度的测量10.5 辐射计，温度测试仪（环境温度和电池温度），风速风向仪，支架 6 标准测试条件下和标称工作温度下的性能 10.6符合IEC60904-9太阳能模拟器，符合IEC60904-2标准光伏组件，支架，温度测试仪，I-V 测试装置。 7 低辐照度下的性能10.7符合IEC60904-9BBB等级太阳光模拟器，符合IEC60904-10辐照度计，符合IEC60904-2标准光伏组件，支架，温度测试仪，I-V 测试装置。 8 室外曝露试验10.8符合IEC60904-9太阳能模拟器，辐射计，实验架等 9 热斑耐久试验10.9符合IEC60904-9CCB太阳光模拟器，I-V 测试装置，不透明挡板，组件电源供应器，红外热像仪。 10 紫外预处理试验10.10 UV 试验箱，UV辐射计及温度传感器 11 热循环试验10.11 环境实验箱-40°C--85°C，安装和支撑装置，温度测试仪。 12 湿-冻试验10.12 环境试验箱-40°C--85°C，安装和支撑装置，温度测试仪，检测内部电连续的装置。 13 湿-热试验（双85）10.13 环境试验箱温度85°C 湿度85% 14 引线端强度试验10.14 拉力试验机 15 湿露电流试验10.15 试验水槽，温控水槽，加温系统，喷淋装置，控制柜，表面张力测定仪，电导率仪，程控绝缘耐压测试仪 16 机械负荷试验10.16 机械压力试验机及检测组件短路或漏电装置 17冰雹试验10.17 冷冻箱，冰球存储箱，发射装置，支架电子天平，速度传感器。 18旁路二极管热性能试验10.18 电源，温度测试仪，烤箱（加温设备）及测量接线盒旁路二极管电压仪器，监控电流装置。 19光老炼实验10.19 符合IEC60904-9CCB太阳光模拟器，带积分器的标准设备，支架，温度测试仪，电阻负载。

太阳能电池板原理(DOC)

随着全球能源日趋紧张，太阳能成为新型能源得到了大力的开发，其中我们在生活中使用最多的就是太阳能电池了。太阳能电池是以半导体材料为主，利用光电材料吸收光能后发生光电转换，使它产生电流，那么太阳能电池的工作原理是怎么样的呢？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。当太阳光照射到半导体上时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半导体吸收或透过。被吸收的光，当然有一些变成热，另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子—空穴对。这样，光能就以产生电子—空穴对的形式转变为电能。一、太阳能电池的物理基础当太阳光照射ｐ－ｎ结时，在半导体内的电子由于获得了光能而释放电子，相应地便产生了电子——空穴对，并在势垒电场的作用下，电子被驱向型区，空穴被驱向Ｐ型区，从而使凡区有过剩的电子，Ｐ区有过剩的空穴。于是，就在ｐ－ｎ结的附近形成了与势垒电场方向相反的光生电场。如果半导体内存在P—N结，则在P型和N型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向N区，空穴驱向P区，从而使得N区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，在P—N结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。

制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种，因此太阳电池的种类也很多。目前，技术最成熟，并具有商业价值的太阳电池要算硅太阳电池。下面我们以硅太阳能电池为例，详细介绍太阳能电池的工作原理。 1、本征半导体物质的导电性能决定于原子结构。导体一般为低价元素，它们的最外层电子极易挣脱原子核的束缚成为自由电子，在外电场的作用下产生定向移动，形成电流。高价元素（如惰性气体）或高分子物质（如橡胶），它们的最外层电子受原子核束缚力很强，很难成为自由电子，所以导电性极差，成为绝缘体。常用的半导体材料硅（Si）和锗（Ge）均为四价元素，它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚的那么紧，因而其导电性介于二者之间。将纯净的半导体经过一定的工艺过程制成单晶体，即为本征半导体。晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，相邻的原子形成共价键。

非晶硅太阳电池的原理

非晶硅太阳电池的原理非晶硅太阳电池是20世纪70年代中期发展起来的一种新型薄膜太阳电池，与其他太阳电池相比，非晶硅电池具有以下突出特点： 1).制作工艺简单，在制备非晶硅薄膜的同时就能制作pin结构。 2).可连续、大面积、自动化批量生产。 3).非晶硅太阳电池的衬底材料可以是玻璃、不锈钢等，因而成本小。 4).可以设计成各种形式，利用集成型结构，可获得更高的输出电压和光电转换效率。 5).薄膜材料是用硅烷SiH4等的辉光放电分解得到的，原材料价格低。 1.非晶硅太阳电池的结构、原理及制备方法非晶硅太阳电池是以玻璃、不锈钢及特种塑料为衬底的薄膜太阳电池，结构如图1所示。为减少串联电阻，通常用激光器将TCO膜、非晶硅(A-si)膜和铝(Al)电极膜分别切割成条状，如图2所示。国际上采用的标准条宽约1cm,称为一个子电池，用内部连接的方式将各子电池串连起来，因此集成型电池的输出电流为每个子电池的电流，总输出电压为各个子电池的串联电压。在实际应用中，可根据电流、电压的需要选择电池的结构和面积，制成非晶硅太阳电池。

1.1 工作原理非晶硅太阳电池的工作原理是基于半导体的光伏效应。当太阳光照射到电池上时，电池吸收光能产生光生电子—空穴对，在电池内建电场Vb的作用下，光生电子和空穴被分离，空穴漂移到P边，电子漂移到N边，形成光生电动势VL, VL 与内建电势Vb相反，当VL = Vb 时，达到平衡; IL = 0, VL达到最大值，称之为开路电压Voc ; 当外电路接通时，则形成最大光电流，称之为短路电流Isc，此时VL= 0;当外电路加入负载时，则维持某一光电压VL和光电流IL。其I--V特性曲线见图3 非晶硅太阳电池的转换效率定义为:

单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池地工作原理及区别1

单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池的工作原理及区别硅太阳能电池的外形及基本结构如图1。其中基本材料为P型单晶硅，厚度为0.3—0.5mm左右。上表面为N+型区，构成一个PN＋结。顶区表面有栅状金属电极，硅片背面为金属底电极。上下电极分别与N＋区和P区形成欧姆接触，整个上表面还均匀覆盖着减反射膜。当入发射光照在电池表面时，光子穿过减反射膜进入硅中，能量大于硅禁带宽度的光子在N+区，PN＋结空间电荷区和P区中激发出光生电子——空穴对。各区中的光生载流子如果在复合前能越过耗尽区，就对发光电压作出贡献。光生电子留于N＋区，光生空穴留于P区，在PN＋结的两侧形成正负电荷的积累，产生光生电压，此为光生伏打效应。当光伏电池两端接一负载后，光电池就从P区经负载流至N＋区，负载中就有功率输出。太阳能电池各区对不同波长光的敏感型是不同的。靠近顶区湿产生阳光电流对短波长的紫光（或紫外光）敏感，约占总光源电流的5－10％（随N＋区厚度而变），PN＋结空间电荷的光生电流对可见光敏感，约占5 ％左右。电池基体域

产生的光电流对红外光敏感，占80－90％，是光生电流的主要组成部分。 2.单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池是当前开发得最快的一种太阳能电池，它的构成和生产工艺已定型，产品已广泛用于宇宙空间和地面设施。这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求99.999％。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳能电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳能电池专用的单晶硅棒。将单晶硅棒切成片，一般片厚约0.3毫米。硅片经过成形、抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。加工太阳能电池片，首先要在硅片上掺杂和扩散，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行。这样就在硅片上形成PN结。然后采用丝网印刷法，将配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉，至此，单晶硅太阳能电池的单体片就制成了。单体片经过抽查检验，即可按所需要的规格组装成太阳能电池组件（太阳能电池板），用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流，最后用框架和封装材料进行封装。用户根据系统设计，可

太阳能电池的工作原理

太阳电池吸收太阳光就能产生一般电池的功能。但是和传统的电池不一样，传统电池的输出电压和最大输出功率是固定的，而太阳电池的输出电压、电流，功率则是和光照条件及负载的工作点关。正因如此，要应用太阳电池来产生电力，必须了解太阳电池的电流-电压关系，及工作原理。太阳光的频谱照度：太阳电池的能量来源是太阳光，因此入射太阳光的强度(intensity)与频谱 (spectrum)就决定了太阳电池输出的电流与电压。我们知道，物体置放于于阳光下，其接受太阳光有二种形式，一为直接（direct)接受阳光，另一为经过地表其它物体散射后的散射（diffuse)阳光。一般情况下，直接入射光约占太阳电池接受光的80%。因此，我们下面的讨论也以直接着实阳光为主。太阳光的强度与频谱，可以用频谱照度（spectrum irradiance)来表达，也就是单位面积单位波长的光照功率(W/㎡um)。而太阳光的强度（W/㎡),则是频谱照度的所有波长之总和。太阳光的频谱照度则和测量的位置与太阳相对于地表的角度有关，这是因为太阳光到达地表前，会经过大气层的吸收与散射。位置与角度这二项因素，一般就用所谓的空气质量（air mass, AM)来表示。对太阳光照度而言，AMO是指在外太空中，太阳正射的情况，其光强度约为1353 W/㎡,约等同于温度5800K的黑体辐射产生的光源。AMI是指在地表上，太阳正射的情况，光强度约为925 W/m2〇 AMI.5足指在地表上，太阳以45度角入射的情况，光强度约为844 W/㎡。一般也使用AM 1.5来代表地表上太阳光的平均照度。太阳电池的电路模型：一个太阳电池没有光照时，它的特性就是一个p-n结二极管。而一个理想的二极管其电流-电压关系可表为其中I代表电流，V代表电压，Is是饱和电流，和VT=KBT/q0, 其中KB代表BoItzmann常数，q0是单位电量，T是温度。在室温下，VT=0.026v。需注意的是，P-n二极管电流的方向是定义在器件内从P型流向n型，而电压的正负值，则是定义为P 型端电势减去n型端电势。因此若遵循此定义，太阳电池工作时，其电压值为正，电流值为负，I-V曲线在第四象限。这里必须提醒读者的是，所谓的理想二极管是建立在许多物理条件上，而'实际的二极管自然会有一些非理想（nonideal)的因素影响器件的电流-电压关系，例如产生-复合电流，这里我们不多做讨论。当太阳电池受到光照时，p-n二极管内就会有光电流。因为p-n结的内建电场方向是从n型指向p型，光子被吸收产生的电子-空穴对，电子会往n型端跑，而空穴会往p型端跑，则电子和空穴二者形成的光电流会由n型流到p 型。一般二极管的正电流方向是定义为由p型流到n型。这样，相对于理想二极管，太阳电池光照时产生的光电流乃一负向电流。而太阳电池的电流-电压关系就是理想二极管加上一个负向的光电流IL，其大小为：也就是说，没有光照的情况，IL=0,太阳电池就是一个普通的二极管。当太阳电池短路时，也就是V=0,其短路电流则为Isc=-IL.也就是说当太阳电池短路，短路电流就是入射光产生光电流。若太阳电池开路，也就是你I=0，其开路电压则为:

太阳能电池历史、原理、分类

太阳能电池历史、原理、分类引言太阳能作为一种巨量可再生能源，是人类取之不尽、用之不竭的可再生能源，是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源。将太阳能转换为电能是大规模利用太阳能的重要技术基础，其转换途径很多，有光电直接转换，有光热电间接转换等。但利用太阳能电池进行光电直接转换是运用最为广泛的方式。历史：太阳能电池发展历史可以追溯到1 8 3 9 年，当时的法国物理学家Alexander-Edmond Becquerel发现了光伏特效应（P h o t o v o l t a i ceffect ）。直到1883 年，第一个硒制太阳能电池才由美国科学家Charles Fritts 所制造出来。在1930年代，硒制电池及氧化铜电池已经被应用在一些对光线敏感的仪器上，例如光度计及照相机的曝光针上。而现代化的硅制太阳能电池则直到1946 年由一个半导体研究学者Russell Ohl 开发出来。接着在1954年，科学家将硅制太阳能电池的转化效率提高到6% 左右。随后，太阳能电池应用于人造卫星。1973年能源危机之后，人类开始将太阳能电池转向民用。最早应用于计算器和手表等。1974 年，Haynos 等人，利用硅的非等方性（a n i s o t r o p i c）的蚀刻（etching）特性，慢慢的将太阳能电池表面的硅结晶面，蚀刻出许多类似金字塔的特殊几何形状。有效降低太阳光从电池表面反射损失，这使得当时的太阳能电池能源转换效率达到17%。 1976年以后，如何降低太阳能电池成本成为业内关心的重点。1990年以后，电池成本降低使得太阳能电池进入民间发电领域，太阳能电池开始应用于并网发电。世界太阳能电池发展的主要节点： 1839年法国科学家贝克勒尔发现“光生伏特效应”，即“光伏效应”。 1876年亚当斯等在金属和硒片上发现固态光伏效应。 1883年制成第一个“硒光电池”，用作敏感器件。 1930年肖特基提出Cu2O势垒的“光伏效应”理论。同年，朗格首次提出用“光伏效应”制造“太阳电池”，使太阳能变成电能。 1931年布鲁诺将铜化合物和硒银电极浸入电解液，在阳光下启动了一个电动机。1932年奥杜博特和斯托拉制成第一块“硫化镉”太阳电池。 1941年奥尔在硅上发现光伏效应。 1954年恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室，首次制成了实用的单晶太阳电池，效率为6%。同年，韦克尔首次发现了砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成了第一块薄膜太阳电池。 1955年吉尼和罗非斯基进行材料的光电转换效率优化设计。同年，第一个光电航标灯问世。美国RCA研究砷化镓太阳电池。 1957年硅太阳电池效率达8%。 1958年太阳电池首次在空间应用，装备美国先锋1号卫星电源。 1959年第一个多晶硅太阳电池问世，效率达5%。 1960年硅太阳电池首次实现并网运行。 1962年砷化镓太阳电池光电转换效率达13%。 1969年薄膜硫化镉太阳电池效率达8%。 1972年罗非斯基研制出紫光电池，效率达16%。 1972年美国宇航公司背场电池问世。 1973年砷化镓太阳电池效率达15%。

太阳能电池工作原理和应用

太阳能电池的分类简介（1）硅太阳能电池硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%（截止2011，为18%）。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%，工业规模生产的转换效率为10%（截止2011，为17%）。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电池市场上占据主导地位。非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。

2）多晶体薄膜电池多晶体薄膜电池硫化镉、碲化镉多晶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产品。砷化镓（GaAs）III-V化合物电池的转换效率可达28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率，抗辐照能力强，对热不敏感，适合于制造高效单结电池。但是GaAs 材料的价格不菲，因而在很大程度上限制了用 GaAs电池的普及。（3）有机聚合物电池以有机聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制造的研究方向。由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本低等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研究探索。（5）有机薄膜电池有机薄膜太阳能电池，就是由有机材料构成核心部分的太阳能电池。大家对有机太阳能电池不熟悉，这是情理中的事。如今量产的太阳能电池里，95%以上是硅基的，而剩下的不到5%也是由其它无机材料制成的 6）染料敏化电池染料敏化太阳能电池，是将一种色素附着在TiO2粒子上，然后浸泡在一种电解液中。色素受到光的照射，生成自由电子和空穴。自由电子被TiO2吸收，从电极流出进入外电路，再经过用电器，流入电解液，最后回到色素。染料敏化太阳能电池的制造成本很低，这使它具有很强的竞争力。它的能量转换效率为12%左右。（7）塑料电池塑料太阳能电池以可循环使用的塑料薄膜为原料，能通过“卷对卷印刷”技术大规模生产，其成本低廉、环保。但塑料太阳能电池尚不成熟，预计在未来5年到10年，基于塑料等有机材料的太阳能电池制造技术将走向成熟并大规模投入使用。太阳能工作原理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。太阳能发电有两种方式，一种是光一热一电转换方式，另一种是光一电直接转换方式。其中，光一电直接转换方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光一电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种大有前途的新型