各种太阳能电池的优缺点
各种不同太阳电池的优缺点分析
https://www.360docs.net/doc/e35834971.html,/来源：元器件交易网日期：2012年05月10日
硅太阳电池的应用日趋广泛, 但昂贵的原材料成为发展的瓶颈. 薄膜太阳电池由于只需使用一层极薄的光电材料，材料使用非常少。并可使用软性衬底，应用弹性大，如果技术发展成熟，其市场面将相当宽阔。本文就迄今被人们广为关注的薄膜太阳电池, 即非晶硅薄膜太阳电池，微(多)晶硅薄膜太阳电池，铜铟硒薄膜太阳电池，碲化镉薄膜太阳电池，染料敏化薄膜太阳电池和有机薄膜太阳电池的发展概况,技术难点和优缺点进行论述。
1 引言
新能源和可再生能源是21世纪世界经济发展中最具决定性影响的技术领域之一。光伏电池是一种重要的可再生能源,既可作为独立能源, 亦可实现并网发电, 而且是零污染排放。硅太阳电池由于成本原因, 最初只能用于空间, 随着技术发展和生产工艺成熟, 其成本日趋下降, 应用也逐步扩大. 面对今天的能源供应状况和日益严重的环境污染, 以至危及人类自身生存的现实, 开发新能源和可再生能源的理念已被世界各国广泛接受. 发电能力超过100兆瓦的超大型光伏发电站相继在世界各处建造, 发电能力为几十兆瓦的大型光伏发电站更不在少数(在建的和已建成的). 大规模的发展使得上游原材料的生产供不应求, 问题日益突出, 许多太阳电池芯片生产厂家和组件生产厂家因原材料问题而不得不经常处于停产状态, 原材料的供应和价格成了制约当前太阳电池生产的瓶颈。
大力发展薄膜型太阳电池不失为当前最为明智的选择, 薄膜电池的厚度一般大约为0.5至数微米, 不到晶体硅太阳电池的1/100, 大大降低了原材料的消耗, 因而也降低了成本. 薄膜电池可沉积在玻璃、不锈钢片或聚脂薄膜等廉价的衬底上, 可以弯曲甚至可以卷起来, 便于携带。
薄膜太阳电池的研究始于20世纪60年代, 目前从国际上的发展趋势看主要是非晶硅(a-Si:H) 薄膜太阳电池, 微(多)晶硅薄膜太阳电池, 铜铟硒 (CuInSe,CIS) 薄膜太阳电池, 碲化镉(CdTe)薄膜太阳电池, 染料敏化薄膜太阳电池(DSSC), 有机薄膜太阳电池. 以下分别概述各类薄膜太阳电池的研发情况。
2非晶硅薄膜太阳电池
2.1主要进展
非晶硅薄膜太阳电池在20世纪70年代世界能源危机时获得了迅速发展, 它在降低成本方面的巨大潜力, 引起了世界各国研究单位、企业和政府的普遍重视, 其主要特点是:
(1) 重量轻,比功率高
在不锈钢衬底和聚脂薄膜衬底上制备的非晶硅薄膜电池, 重量轻、柔软,具有很高的比功率.在不锈钢衬底上的比功率可达1000W/Kg,在聚脂膜上的比功率最高可达2000W/Kg. 而晶体硅的比功率一般仅40-100W/Kg. 由于衬底很薄,可以卷曲、裁剪, 便于携带, 这对于降低运输成本特别是对于空间应用十分有利.
(2) 抗辐照性能好
由于晶体硅太阳电池和砷化镓太阳电池在受到宇宙射线粒子辐照时, 少子寿命明显下降. 如在1Mev电子辐射通量1×1016e/cm2时, 其输出功率下降60%, 这对于空间应用来说是个严重问题. 而非晶硅太阳电池则表现出良好的抗辐射能力, 因宇宙射线粒子的辐射不会(或很小)影响非晶硅太阳电池中载流子的迁移率, 但却能大大减少晶体硅太阳电池和砷化镓太阳电池中少子的扩散长度, 使电池的内量子效率下降. 在相同的粒子辐照通量下, 非晶硅太阳电池的抗辐射能力 (效率10%, AM0条件下) 远大于单晶硅太阳电池的50倍, 具有良好的稳定性. 多结的非晶硅太阳电池比单结的具有更高的抗辐照能力.
(3) 耐高温
单晶硅材料的能带宽度为1.1eV, 砷化镓的能带宽度为1.35eV, 而非晶硅材料的光学带隙大于1.65 eV, 有相对较宽的带隙, 所以非晶硅材料比单晶硅和砷化镓材料有更好的温度特性. 在同样的工作温度下, 非晶硅太阳电池的饱和电流远小于单晶硅太阳电池和砷化镓太阳电池, 而短路电流的温度系数却高于晶体硅电池的1倍, 这十分有利在较高温下保持较高的开路电压(Voc)和曲线因子(FF). 在盛夏,太阳电池表面温度达到60-70度是常有的, 良好的温度特性是十分重要的。
据报导在空间应用时, 由于辐照和高温的原因,初始稳定效率为9%的非晶硅太阳电池, 其性能优于初始效率为14%的单晶硅太阳电池。非晶硅太阳电池经过30多年的发展, 在技术上已取得很大进展, 主要是用非晶碳化硅薄膜或微晶碳化硅薄膜来替代非晶硅薄膜做窗口材料, 以改善电池的短波方向光谱响应; 采用梯度界面层, 以改善异质界面的输运特性; 采用微晶硅薄膜做n型层, 以减少电池的串联电阻; 用绒面二氧化锡代替平面氧化铟锡; 采用多层背反射电极, 以减少光的反射和透射损失, 提高短路电流; 采用激光刻蚀技术, 实现电池的集成化加工; 采用叠层的电池结构, 以扩展电池的光谱响应范围, 提高光电转换效率; 采用分室连续沉积技术, 以消除反应气体的交叉污染, 提高电池的性能. 上述技术的采用使非晶硅薄膜太阳电池的光电转换效率从2%提高到13.7%。
随着非晶硅太阳电池光电转换效率的提高, 其产业化进程也取得令人瞩目的进展. 由于非晶硅材料优越的短波响应特性, 使其在计算器、手表等荧光灯下工作的微功耗电子产品
中占据很大优势, 不仅在80年代的10年中取得了数十亿美元的利润, 而且至今仍具有很大的消费市场。从计算器、手表等弱光应用到各种消费品甚至功率方面的应用, 如收音机、太阳帽、庭院灯、微波中继站、航空航海信号灯、气象监测、光伏水泵及小型独立电源等应用领域不断扩大, 产量迅速上升. 世界上出现了若干MW级的生产线和许多非晶硅薄膜太阳电池的企业. 到80年代中, 整个非晶硅薄膜太阳电池的年销售量增长很快, 形成了非晶硅薄膜、多晶硅和单晶硅的三分天下的局面。
2.2发展中出现的问题和应对措施
尽管非晶硅薄膜太阳电池具有上述诸多优点, 然而在发展中也显现出一些明显的问题. 主要是电池的光电转换效率在强光作用下呈逐渐衰退的态势, 这一问题是阻碍非晶硅薄膜太阳电池进一步发展的主要障碍. 初期产品的光电转换效率本来就低(仅4-5%), 再加上30%左右的衰退率, 使非晶硅薄膜太阳电池的低成本的优势被较低的效率所抵消. 这样就造成了非晶硅薄膜太阳电池的产量从80年代末到90年代初期间处在停滞不前的徘徊阶段. 对此学术界自90年代起围绕如何提高非晶硅薄膜太阳电池光电转换效率稳定性的问题, 从材料、器件结构等多个层面进行研究. 特别针对光电转换效率在强光作用下衰退的机理进行了不懈的探索, 初步结论是本征非晶硅材料的S-W效应. 为了揭示S-W效应的起因, 在理论上人们提出了各种微观模型: 如Si-Si 弱键模型; 电荷转移模型; 再杂化双位模型; Si-H弱键模型以及桥键模型等。
了减少材料中的氢的含量, 最成熟的技术是在沉积薄膜的过程中用氢气稀释反应气体法。由于这种方法，工艺简单易行，而且效果明显，因此是当前普遍采用的技术。研究表明，用氢气稀释法制备的本征非晶硅的太阳电池，其光电转换效率的衰退率从25%以上降到20%。
除上述通过改善非晶硅材料的S-W效应来提高电池的光电转换效率的稳定性以外, 人们还从电池结构上采取措施, 其中最重要的就是采用多带隙叠层电池结构, 即多个不同带隙的p-i-n结叠加的结构, 这样可减薄每个子电池的i层厚度, 使每个电池的内电场增强, 从而增加了每个子电池的载流子收集效率。经过十几年的不断探索, 目前在提高非晶硅薄膜太阳电池的效率稳定性方面取得了很大的进步, 其光电转换效率的衰退率已达到小于15%. 光电转换效率本身也有明显的提高, 如小面积的已达到13%, 大面积的已超过10%, 组件的达到7.1%。技术上的突破与进步带来了更大规模的发展, 如九十年代中期, 国际上先后建立了数条5-10MW的薄膜太阳电池组件生产线, 生产能力增加了25MW. 生产流程实现了全自动化, 组件面积为平方米量级, 采用新型封装技术, 产品组件寿命达到10年以上.
我国自70年代末开始研究非晶硅薄膜太阳电池, 到80年代末小面积电池效率达到11.2%, 大面积电池效率超过8%, 均达到国际先进水平. 然而在产业化方面落后于国外, 至今没有一条具有自主知识产权的非晶硅薄膜太阳电池生产线。
目前研究、开发和生产非晶硅基太阳电池的大企业主要是：
(1)日本的Kaneka公司。发展a-Si太阳电池有20多年历史，1999年达到规模生产，他们最先开发了在200℃沉积a-Si/μc-Si叠层电池结构，並申请了专利。这种a-Si/μc-Si 叠层电池的成本(按40MWp/年来计算), 只及c-Si太阳电池的一半。2002年其生产能力达25MWp/年，出口15MWp，2003年将增至40MWp. 他们生产的a-Si太阳电池组件效率为8%，並保证在20年内效率不会低于原来的80%。2005年生产的效率达12%，系统价格120万日元/3KWp;2006年生产的效率达13%，系统的价格为100万日元/3KWp。
(2)日本三菱重工。2002年投产a-Si太阳电池，产量达10MWp/年，单结太阳电池效率达8%(初始为10%，3-4月后稳定在8%)，寿命可达20-25年。2005年他们利用μc-Si/a-Si 叠层电池结构改进效率达到12%。其组件面积3600cm2，有50-100V的高压，功率输出24-100Wp，100日元/Wp。
(3)日本三洋公司。75年开始研发a-Si，80年形成规模生产能力，生产用于计算器的a-Si太阳电池。目前他们的a-Si太阳电池组件生产能力为5MWp/年。
(4)美国的United Solar 公司。该公司是ECD公司和B ESS Europc合资经营的。2001年销售3。8MWp不锈钢衬底的a-Si/a-SiGe/a-SiGe三结叠层太阳电池，2002年以前的年产量为5MWp。 2002年6月24日开典的新厂，生产能力为30MWp/a，生产高度自动化，可同时在6卷不锈钢带上生产非晶硅太阳电池，每卷1。5英里。
2004年全世界薄膜太阳电池(包括a-Si、CdTe、CIS)组件约为63M Wp，仅佔太阳电池产量的5%，其中美国约佔36。5%，日本约佔27。7%。a-Si薄膜太阳电池佔了整个薄膜太阳电池的74。6%，其中日本佔37。2%，美国佔29。7%。
2005年全球薄膜太阳电池增长4成，达88MWp，美再生能源实验室予测2009年，全球薄膜太阳电池的年产量可扩大到280MWp，美国为最高达166MWp，其中非晶硅的年产量为55MWp。
3 微(多)晶硅薄膜太阳电池
现有的非晶硅薄膜太阳电池的光致不稳定性是由非晶硅材料的微结构的亚稳态属性所决定的, 因此也是不易完全克服的. 为了提高效率及其稳定性, 近年来又出现了微晶硅(μc-Si) 薄膜电池和多晶硅 (poly-Si) 薄膜电池. 实验证明用微晶硅和多晶硅薄膜来替代非晶硅薄膜制作太阳电池的有源层, 在长期强光照射下没有任何衰退现象. 因此发展晶化的硅薄膜太阳电池是实现高稳定、高效率、低成本最有前途的方法. 目前研究的焦点是如何利用低成本工艺技术, 获得大面积优质的晶体硅薄膜, 以及新型薄膜电池结构的优化设计.
制备晶体硅薄膜的技术很多, 基本可分成两大类, 一类是高温技术, 温度高于600℃, 另一类是低温晶化技术, 温度低于600℃ . 目前制备多晶硅薄膜的方法主要有:
(1)低压化学气相沉积(LPCVD)
这是一种直接生成多晶硅的方法。 LPCVD是集成电路中普遍采用的标准方法，具有生长速度快，成膜致密、均匀、装片容量大等特点。多晶硅薄膜可采用硅烷气体通过LPCVD 法直接沉积在衬底上，典型的沉积参数是：硅烷压力为13.3～26.6Pa，沉积温度Td=580～630℃，生长速率5～10nm/min。由于沉积温度较高，如普通玻璃的软化温度处于500～600℃，则不能采用廉价的普通玻璃而必须使用昂贵的石英玻璃作衬底。
该法生长的多晶硅薄膜，晶粒具有择优取向，形貌呈“V”字形，内含高密度的微挛晶缺陷，且晶粒尺寸小，载流子迁移率不够大，使其在器件应用方面受到一定限制。虽然减少硅烷压力有助于增大晶粒尺寸，但往往伴随着表面粗糙度的增加，对载流子的迁移率与器件的电学稳定性产生不利影响。
(2)固相晶化(SPC)
所谓固相晶化，是指非晶固体发生晶化的温度低于其熔融后结晶的温度。这是一种间接生成多晶硅的方法，先以硅烷气体作为原材料，用LPCVD方法在550℃左右沉积a-Si:H薄膜，然后将薄膜在 600℃以上的高温下使其熔化，再在温度稍低的时候出现晶核，随着温度的降低熔融的硅在晶核上继续晶化而使晶粒增大转化为多晶硅薄膜。使用这种方法，多晶硅薄膜的晶粒大小依赖于薄膜的厚度和结晶温度。退火温度是影响晶化效果的重要因素，在700℃以下的退火温度范围内，温度越低，成核速率越低，退火时间相等时所能得到的晶粒尺寸越大;而在 700℃以上，由于此时晶界移动引起了晶粒的相互吞并，使得在此温度范围内，晶粒尺寸随温度的升高而增大。经大量研究表明，利用该方法制得的多晶硅晶粒尺寸还与初始薄膜样品的无序程度密切相关，初始材料越无序，固相晶化过程中成核速率越低，晶粒尺寸越大。由于在结晶过程中晶核的形成是自发的，因此， SPC多晶硅薄膜晶粒的晶面取向是随机的。相邻晶粒晶面取向不同将形成较高的势垒，需要进行氢化处理来提高 SPC 多晶硅的性能。这种技术的优点是能制备大面积的薄膜，晶粒尺寸大于直接沉积的多晶硅。可进行原位掺杂，成本低，工艺简单，易于形成生产线。由于SPC是在非晶硅熔融温度下结晶，属于高温晶化过程，温度高于 600℃，通常需要1100℃左右，退火时间长达10个小时以上，不宜用玻璃为基底，基底材料采用石英或单晶硅，用于制作小尺寸器件，如液晶光阀、摄像机取景器等。
(3)准分子激光晶化(ELA)
激光晶化相对于固相晶化制备多晶硅来说更为理想，其利用瞬间激光脉冲产生的高能量入射到非晶硅薄膜表面，仅在薄膜表层100nm厚的深度产生热能效应，使a-Si薄膜在瞬间达到1000℃左右，从而实现a-Si向p-Si的转变。在此过程中，激光脉冲的瞬间(15～50ns)能量被a-Si薄膜吸收并转化为相变能，因此，不会有过多的热能传导到薄膜衬底，合理选择激光的波长和功率，使用激光加热就能够使a-Si薄膜达到熔化的温度且保证基片的温度低于450℃. 可以采用玻璃基板作为衬底，其主要优点为脉冲宽度短(15～50ns)，衬底发热小。通过选择还可获得混合晶化，即多晶硅和非晶硅的混合体。
ELA法制备的多晶硅薄膜晶粒大、空间选择性好，掺杂效率高、晶内缺陷少、电学特性好、迁移率高达到 400cm2/v.s，是目前综合性能最好的低温多晶硅薄膜。工艺成熟度高，已有大型的生产线设备，但它也有自身的缺点，晶粒尺寸对激光功率敏感，大面积均匀性较差。重复性差、设备成本高，维护复杂.
(4)快速热退火(RTA)
一般而言，快速退火处理过程包含三个阶段：升温阶段、稳定阶段和冷却阶段。当退火炉的电源一打开，温度就随着时间而上升，这一阶段称为升温阶段。单位时间内温度的变化量是很容易控制的。在升温过程结束后，温度就处于一个稳定阶段。最后，当退火炉的电源关掉后，温度就随着时间而降低，这一阶段称为冷却阶段。用含氢非晶硅作为初始材料，进行退火处理。平衡温度控制在600℃以上，纳米硅晶粒能在非晶硅薄膜中形成，而且所形成的纳米硅晶粒的大小随着退火过程中的升温快慢而变化。在升温过程中，若单位时间内温度变化量较大时(如100℃/s)，则所形成纳米硅晶粒较小(1.6～15nm);若单位时间内温度变化量较小(如1℃/s)，则纳米硅粒较大(23～46nm)。进一步的实验表明：延长退火时间和提高退火温度并不能改变所形成的纳米硅晶粒的大小;而在退火时，温度上升快慢直接影响着所形成的纳米硅晶粒大小。
RTA退火法制备的多晶硅晶粒尺寸小，晶体内部晶界密度大，材料缺陷密度高，而且属于高温退火方法，不适合于以玻璃为衬底制备多晶硅。
(5)等离子体增强化学反应气相沉积(PECVD)
通过加大氢气稀释和微量掺硼可以获得微晶硅薄膜.这种工艺技术与非晶硅薄膜的制造技术相同,属低温工艺,便于大面积生产,因而受到普遍重视. 目前用这种技术制备的太阳能电池效率已达到8.5%. 该技术的缺点是薄膜生长速率较低(约1à/S), 不利于降低制造成本. 当前提高微晶硅生长速率的方法主要是增加等离子体的激发频率, 如用超高频技术(UHF)可使微晶硅生长速率提高到10à/S, 并已获得7.2%的电池效率. 不过这种微晶薄膜的晶粒尺寸太小,一般不超过50nm, 晶内缺陷多, 晶界也多.
对于采用 PECVD技术制备多晶体硅薄膜的晶化过程,目前有两种主要的观点：一种认为是活性粒子先吸附到衬底表面,再发生各种迁移、反应、解离等表面过程, 从而形成晶相结构.因此,衬底的表面状态对薄膜的晶化起到非常重要的作用;另一种认为是空间气相反应对薄膜的低温晶化起到更为重要的作用, 即具有晶相结构的颗粒首先在空间等离子体区形成, 而后再扩散到衬底表面长大成多晶膜。
(6)金属横向诱导法(MILC)
20世纪90年代初发现a-Si中加入一些金属如Al，Cu，Au，Ag，Ni等沉积在a-Si∶H 上或离子注入到a-Si∶H薄膜的内部，能够降低a-Si向p-Si转变的相变能量.之后对Ni/a-Si:H进行退火处理以使a-Si薄膜晶化，晶化温度可低于500℃。但由于存在金属污染未能在薄膜晶体管(TFT)中应用。随后发现Ni横向诱导晶化可以避免孪晶产生，镍硅化合物的晶格常数与单晶硅相近、低互溶性和适当的相变能量，使用镍金属诱导a-Si薄膜的方法得到了横向结晶的多晶硅薄膜。横向结晶的多晶硅薄膜的表面平滑，具有长晶粒和连续晶界的特征，晶界势垒高度低于SPC多晶硅的晶界势垒高度，因此，MILC TFT具有优良的性能而且不必要进行氢化处理。
该法制备多晶硅薄膜具有均匀性高、成本低, 生长温度在500℃等特点。但是MILC目前它的晶化速率仍然不高，并且随着热处理时间的增长, 速率会降低。有人采用MILC和光脉冲辐射相结合的方法，实现了 a-Si薄膜在低温环境下快速横向晶化，得到高迁移率、低金属污染的多晶硅带。
(7)其他方法
除了上述几种制备多晶硅薄膜的主要方法外，还有超高真空化学气相沉积(UHV/CVD)、电子束蒸发等。用UHV/CVD生长多晶硅，当生长温度低于550℃时能生成高质量细颗粒多晶硅薄膜，不用再结晶处理，这是传统CVD做不到的，因此该法很适用于低温多晶硅薄膜晶体管制备。另外，日立公司研究指出，多晶硅还可用电子束蒸发来实现，温度低于 530℃。因此，我们相信随着上述几种多晶硅制备方法的日益成熟和新的制备方法的出现，多晶硅技术的发展必将跨上一个新的台阶，从而推动整个半导体产业和相关行业的发展。
总的来说,高温技术晶化的材料具有较大的晶粒尺寸,用这种材料制备的电池效率在10%以上.其缺点是能耗高、工艺复杂,衬底材料成本高. 低温晶化技术制备的薄膜晶粒尺寸小, 电池效率也低, 但其最大的优点是便于采用玻璃等廉价材料作衬底,工艺较简单,能耗低. 如将微晶硅薄膜或多晶硅薄膜作为窄带隙材料与非晶硅薄膜组成叠层电池结构, 则可更充分地利用太阳光谱. 因微晶硅薄膜和多晶硅薄膜比非晶硅锗(a-SiGe)具有更窄的带隙(1.12eV),用a-Si/μc-Si和a-Si/poly-Si叠层结构代替a-Si/a-SiGe/a-SiGe三结叠层结构,可将太阳电池光谱响应的长波限从目前的0.9μm扩展到 1.1μm, 这样可提高10% 的太
阳能的利用率. 目前非晶硅和微晶硅叠层太阳电池的稳定效率已达12%. 理论上
a-Si/poly-Si叠层电池的效率可达28%. Kaneka公司设计的ST AR结构的多晶硅薄膜电池, 效率已达10.7%, 且无光致衰退现象; 另一种SOI结构的多晶硅薄膜电池10cmχ10cm, 获得了14.22%的效率, H.Morikawa 等制出了效率为16% 的多晶硅太阳电池. 理论和实验均表明
多晶硅太阳电池很可能成为21世纪最有前途的一种薄膜太阳电池.大面积多(微)晶硅薄膜
的获得及与非晶硅的最佳优化设计,将使硅基薄膜太阳电池性质跃上新的台阶。
4 铟硒(CIS)薄膜和铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池
铜铟硒薄膜是一种Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物半导体,具有黄铜矿闪锌矿两个同素异形的晶体结构.掺入镓即形成四元化合物.
铜铟硒薄膜和铜铟镓硒薄膜的制备方法很多,大致有物理方法和化学方法两种. 经过多
年的研究和开发, CdS/CuInSe2电池组件的效率已达11%, CdS/CuInGaSe2 电池组件的效率已达18%, 並已建立起了工业化生产线. 该电池的主要优点是: 材料具有较高的光吸收(∝>105cm-1), 所需材料厚度小于1μm, 90% 以上的光子可被吸收; 生产成本低, 仅为硅
太阳电池的1/3-1/2, CIGS材料随着铟镓含量不同, 其光学带隙可从1.02eV变至1.68eV, 这点对于制造多结叠层太阳电池极为有利; 电池的光电转换效率比较高. 主要问题是: 制
造过程比较复杂; 关键原料如铟的供应, 其天然储量相当有限; 太阳电池中的缓冲层材料CdS是必不可少的, 其毒性对环境的危害, 极大地影响了它的广泛应用. 美国的Shell Solar公司正在进行这种电池的商业化生产, 建立了世界上第一条CIS薄膜太阳电池生产线，组件效率达11%。2001年销售CIS组件0。4MWp，生产能力达25MW/年，2002年出口15MWp，2003年增加到40MWp。 ISET公司提出了利用纳米技术以类似油墨的制造过程, 制备层状结构, 已获成功, 能否发展成规模化的制造过程, 还有待时间. 另外美国的NREL公司亦成功地开发了一种三级制造过程, 在实验室获得了19.2% 的光电转换效率. 不过其制造过程太
复杂,花费亦大,放大亦不易.
5 化镉(CdTe)薄膜太阳电池
这种太阳电池系由CdTe、CdS和Ⅱ-Ⅵ族化合物通过相对简单且成本低的工艺沉积在衬底上经干燥和烧结而成,其研究历史悠久.1982年Kodak公司做出了转换效率超过10%的电池,目前实验室的效率达到16.5%, 中试线的效率达到10%, 已由实验室的研究阶段走向规模化工业生产. 典型的CdTe太阳电池结构是由约2μm层的p型碲化镉层和0.1μm厚的n型硫化镉形成, 光子吸收发生在碲化镉层, 光的吸收系数大于105cm-1, 因此数微米厚的材料
可吸收大于90%的光子.
目前已开发了多种CeTe薄膜的制造工艺, 如溅射法、化学气相反应法、原子层外延法、网印法、电流沉积法、化学喷塗法、密堆积升华法等. 其中电流沉积法是最便宜的, 也是目前工业生产的主要方法. 沉积时温度较低,所消耗的碲元素也最少.
这种薄膜太阳电池难以大批量生产的原因是:鎘的毒性会对环境造成的危害; 组件和衬底材料成本太高, 占总成本的53%, 而半导体材料只占5.5%; 碲的天然储量有限。
6 料敏化太阳电池(DSSC)
此类太阳电池源自19世纪照相技术的概念. 直到1991年瑞士科学家Gratzel采用纳米结构的电极材料, 以及配以适当的染料, 做出了光电转换效率大于7%的太阳电池. 此后该领域的开发研究才引起人们的关注. 这种概念的太阳电池完全不同于传统的半导体光伏发电原理, 可说是第三代太阳电池。其原理是借助于染料作为吸光材料, 染料中的价电子受光激发跃迁到高能态, 进而传导到纳米多孔二氧化钛半导体电极上, 经由电路引至外部, 失去电子的染料则经由电池中的电解质获得电子, 电解质是含碘的有机溶剂。
这类电池的结构一般有两种, 实验室制备的通常为三明治结构, 上下均为玻璃, 玻璃内侧涂有TCO, 当中包括含有染料的二氧化钛以及电解质. 为利用已较成熟的薄膜太阳电池制造技术, Gratzel等于1996年研究出三层式的单片电池结构, 用碳电极取代一层TCO 薄膜, 各层的制备可直接沉积在另一层的TCO薄膜上. 玻璃並非为必然的基材, 其他可挠性透明材料均可使用, 因此roll-to-roll的制造工艺亦可应用于此. 德国的 ISE公司已开发出丝网印刷方式的生产工艺, 制造过程非常简单。
染料敏化太阳电池如要成为具有商业竞争力,甚至达到具有高的市场占有率, 如下几点是必需考虑:
1)太阳电池本身的长期稳定性,尽管有一些测试，估推算出使用十年没问题, 但毕竟缺乏长期使用的实测数。
2)对于大面积的制造技术仍有待开发。
3)对整体电池组件的研究开发仍有许多工作要做。
用光稳定性更好的半导体材料代替多孔的二氧化钛理论上应较易获得更耐久的染料太阳电池, 有关这方面的研究有部分研究单位正在积极投入. 此外开发新式染料来取代迄今公认的最佳染料有机钌金属亦是一项热门研究课题, 如获成功则可免除使用贵金属钌, 染料成本可大幅降低。
7 机薄膜太阳电池
有机薄膜太阳电池是把两层有机半导体薄膜结合在一起, 其光电转换效率约为1% .近期日本产业技术综合研究所宣布已开发出一种新型的有机薄膜太阳电池, 即在原有的二层构造中间加入一种混合薄膜变成三层结构 ,这样就增加了产生电能的分子之间的接触面积, 从而大大提高了太阳电池的转换效率, 达到4%, 比原来二层结构的提高了4倍。
有机薄膜太阳电池使用塑料等质轻柔软的材料为基板,有机小分子光电转换材料本身具有低成本，可以加工成大面积，合成、表征相对简单，化学结构容易修饰，可根据需要增减功能基团，可通过不同的方式互相组合，以达到不同的目的。因此对它的实用化期待很高, 研究人员表示, 通过进一步研究有望开发出光电转换效率达20% 的可投入实用的有机薄膜太阳电池, 也许在不久的将来, 塑料材料的太阳电池将出现在人们的日常生活中。与无机光伏材料相比，有机光伏材料的激子结合能大，不容易自然分离成正负电荷，这样吸收光就不一定产生光电流;电子不是通过能带，而是通过能级间的跃迁而传输，电子迁移率明显较低;许多材料在氧和水的环境下不稳定;温度变化对光电流的产生有很大影响。这些问题限制了有机太阳电池的发展。最近有人提出充分利用有机材料和无机材料的优点制备有机/无机材料的复合器件，成为当前研究的一个新热点。
8 结语
从以上所述的各类薄膜太阳电池的发展情况, 不难发现努力提高光电转换效率和大幅降低太阳电池的成本是各类薄膜太阳电池的共同课题. 当前太阳电池产业呈现35% 的年增长率. 薄膜太阳电池亦发展很快, 但传统硅太阳电池的技术发展已日臻成熟, 其主要成本来自硅晶体材料, 能进一步压缩成本的空间十分有限. 而薄膜太阳电池则不然, 大量新材料、新技术、新工艺的采用使它在降低成本提高效率方面还有很大的周旋余地. 此外薄膜太阳电池一般而言, 其制造时的能耗不及传统硅晶体太阳电池的一半, 即所消耗能源的回偿时间较短,传统硅晶体的约为20年, 而薄膜的则小于10年. 部分薄膜的甚至小于5年, 如非晶硅薄膜太阳电池与染料敏化太阳电池. 加上薄膜太阳电池所使用的材料较少, 整体而言薄膜太阳电池是较为环保、能源效率较高的产品
太阳能电池发展现状综述
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
有机薄膜太阳能电池的研究进展
有机薄膜太阳能电池的研究进展 摘要：围绕提高有机薄膜太阳能电池的能量转换效率，从太阳光吸收效率、激子的分解率、载流子的迁移率和电荷向电极的注入效率4个方面综述了国内外的研究进展，并指出了提高转换效率的研究趋势，展望了有机薄膜太阳能电池的美好前景。 关键词：有机薄膜太阳能电池；转换效率 1 前言 近年来，有机薄膜太阳能电池的发展尤其引人注目，德国、日本、韩国和美国在这一领域处于领先地位。相比传统的硅基太阳能电池，有机薄膜太阳能电池以其潜在的低成本、高效率、环境友好、稳定性高的特点，成为最有希望实现民用化光伏的产业，目前的转换效率突破了9%，发展趋势被业界一致看好。 2 有机薄膜太阳能电池的基本原理 图1 有机薄膜太阳能电池的基本原理 当阳光从阳极层（P型有机半导体）照射时，有机分子吸收光产生激子，激子向电子给体和电子受体的界面移动，在界面处通过光诱导解离分解成自由电子和自由空穴，自由电子和自由空穴各自向电极两端迁移，最后注入到两端电极输向外电路。 3 提高转化效率的研究进展 有机薄膜太阳能电池要实现产业化，就需要有较高的转换效率，目前提高转换效率的研究主要集中在以下几方面： 3.1 提高太阳光吸收效率 材料对太阳光的吸收效率越高激子的生成效率就越高。有机材料对太阳光的吸收一般在可见光区，大部分材料对太阳光的吸收利用率不超过40 %，提高材料的吸收光谱与太阳光谱的 匹配性是提高材料对太阳光吸收效率的有效途径。另外，还可以在器件结构中引入具有强吸收特性的材料。利用它们吸收部分太阳能量，再通过激子扩散将其转移给活性材料［1］。 将太阳光吸收特性不同的电池单元层积得到级联电池（又称叠层电池），通过底层电池对顶层电池的补充吸收可以增加对太阳光谱的吸收。张馨芳［2］等人研究了有机无机复合体系本体异质结叠层有机太阳能电池，用Ag作为夹层材料来连接上层的本体异质结太阳电池和下层的太阳电池，得到的叠层结构的太
有机太阳能电池研究进展(1)
专题介绍 有机太阳能电池研究进展 X 林 鹏,张志峰,熊德平,张梦欣,王 丽 (北京交通大学光电子技术研究所,信息存储、显示与材料开放实验室,北京,100044) 摘 要:有机太阳能电池与无机太阳能电池相比,还存在许多关键性问题。为了改善有机太阳能电池的性能,各种研究工作正在进行,这些研究主要是为了寻找新的材料,优化器件结构。对电池原理、部分表征方法、效率损失机制、典型器件结构、最近的发展、以及未来的发展趋势作了简要描述。 关键词:有机太阳能电池;器件结构;给体;受体;转换效率 中图分类号:T N 383 文献标识码:A 文章编号:1005-488X(2004)01-0055-06 Progres s in Study of Organic Sola r Ce ll LIN Peng ,ZHANG Zhi -feng ,XIONG De -ping ,ZHANG Meng -xin ,WANG Li (I nstitute of O p toelectronics T echnology ,Beij ing J iaotong University ,Beijing ,100044,China )Abstr act :Compaer ed with inorganic solar cells ,organic solar cells still have many critical pr oblems.In order to improve the properties of organic solar cells,a lot of different studies have been carried on.T he main purposes of these studies are to seek new mater ials and new device structure.A brief review of the theory of photovoltaic cells,along with some aspects of their characterization ,the basic efficiency loss mechanism ,typical device structures ,and the trends in research will be presented. Key wor ds :organic photovoltaic cell;device structure;donor;acceptor ;conversion effi-ciency 前 言 进入21世纪以来,由于煤、石油、天然气等自然资源有限,已经不能满足人类发展的需要。环境污染也已经成为亟待解决的严重问题。同使用矿物燃料发电相比,太阳能发电有着不可比拟的优点。 太阳能取之不尽,太阳几分钟射向地球的能量相当 于人类一年所耗用的能量。太阳能的利用已经开始逐年增长。但目前使用的硅等太阳能电池材料,因成本太高,只能在一些特殊的场合如卫星供电、边远地区通信塔等使用。目前太阳能发电量只相当于全球总发电量的0.04%。要使太阳能发电得到大规模推广,就必须降低太阳能电池材料的成本,或 第24卷第1期2004年3月 光 电 子 技 术OPT OELECT RONIC T ECHNOLOGY Vol.24No.1 Mar.2004 X 收稿日期:2003-11-17 作者简介:林 鹏(1978-),男,硕士生。主要从事光电子技术研究。 张志峰(1977-),男,硕士生。主要从事有机电致发光(OLED)的研究工作。熊德平(1975-),男,硕士生。主要从事无机半导体材料方面的研究工作。
太阳能电池探究亮特性光照强度关系
扬州大学物理科学与技术学院 大学物理综合实验训练论文实验名称：太阳能电池探究亮特性光照强度关系 班级：物教1201班 姓名：郑清华 学号：120801117 指导老师：李俊来
太阳能电池探究亮特性光照强度关系 物教1201 郑清华指导老师：李俊来 摘要：本文介绍了太阳能电池研究背景、实验原理等。在不同光强条件对单晶硅太阳电尺进行了测试.研究发现,当光强为3433.56—10617.33W/2 m时,开路电压随着光强的增加呈对数关系增加,短路电流几乎呈线性变化。效率随着光强的增加先增加后减小,最大效率值1、21%。填充因子随着光强的增加减小。 关键词：太阳能电池;输出特性；光强特性。 一、研究背景 随着经济社会的不断发展，能量与能源问题的重要性日益凸显。人类对能源的需求，随着社会经济而急剧膨胀，专家估计目前每年能源总消耗量为200亿吨标准煤，并且其中90%左右为不可再生的化石能源来维持。就目前情况，全球化石能源储备只能维持100年左右。太阳能以其清洁、长久、无害等优点自然而然成为人类可持续发展不得不考虑的能源方式。太阳每年通过大气向地球输送的能量高达3×1024焦耳，而地球上人类一年的能源总需求达到约4.363×1020焦耳，也就是说，如果我们可以收集其中的万分之一到万分之二就足够我们的需求。太阳能是最为清洁的能源，并且不受任何地域限制，随处可取。此外，将太阳能转换为电能后，电能又是应用范围最广，输送最方便的一种能源。 太阳能一般指太阳光的辐射能量。我们知道在太阳内部无时无刻不在进行着氢转变为氦的热核反应，反应过程中伴随着巨大的能量释放到宇宙空间。太阳释放到宇宙空间的所有能量都属于太阳能的范畴。太阳能电池是目前太阳能利用的关键环节，核心概念是pn结和光生伏特效应 晶体硅太阳电池在如今的光伏市场中占据了绝对主导的地位,而且这一地位在今后很长一段时间内不会改变,因此提高晶体硅太阳电池效率,降低生产成本, 使晶体硅太阳电池能与常规能源进行竞争成为现今光伏时代的主题.太阳能是最具发展潜力的新能源。光伏发电是解决能源危机，实现能源可持续发展的重要途径之一。硅太阳能电池是当今市场的主流产品，其最高效率是24.7%，由新南威尔士大学马丁·格林教授研制的PERL单晶硅电池取得单并保持至今。继续提高转换效率十分困难，但电池的效率会随温度和光强变化而变化。因此，研究温度和光强对太阳能电池的影响是必要的。 二、太阳能光伏电池实验 （一）实验目的 1.了解pn结的基本结构与工作原理。 2.了解太阳能电池组件的基本结构，理解其工作原理。
太阳能电池的的性能主要取决于它的光电转换效率和输出功率
太阳能电池板太阳能电池的的性能主要取决于它的光电转换效率和输出功率. 1.效率越大,相同面积的太阳能电池板输出功率也就越大, 用高效率的太阳 能电池板可以节省安装面积, 但是价格更贵. 2.太阳能电池的功率, 在太阳能电池板的背面标牌中, 有关于太阳能电池 板的输出参数, 如VOC开路电压,ISC短路电流,VMP工作电压,IMP工作电流, 等. 但我们只需要用工作电压和工作电流就可以了, 这两个相乘就可以得 这块太阳能电池板的输出功率. 太阳能电池板介绍：采用高质量单晶/多晶硅材料,经精密设备树脂封装生产出来的太阳能板,有良好的光电转换效果,外形美观,使用寿命长。 太阳能电池板的作用是将太阳的光能转化为电能后，输出直流电存入蓄电池中。太阳能电池板是太阳能发电系统中最重要的部件之一。 太阳能电池组件可组成各种大小不同的太阳能电池方阵，亦称太阳能电池阵列。太阳能电池板的功率输出能力与其面积大小密切相关，面积越大，在相同光照条件下的输 出功率也越大。 2.太阳能电池板的种类 (1)单晶硅太阳能电池 目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，最高的达到24%，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。 (2)多晶硅太阳能电池 多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳能电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约12%左右(2004年7月1日日本夏普上市效率为%的世界最高效率多晶硅太阳能电池)。从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，单 晶硅太阳能电池还略好。
光伏电池的原理及发展现状
光伏电池的原理及发展现状 众所周知，太阳能是一种用之不竭、储量巨大的清洁可再生能源，每天到地球表面的辐射能量相当于数亿万桶石油燃烧的能量，太阳能开发与利用逐步成府重点发展的战略。热能和光能利用是太阳能应用的两种重要形式。光伏发电是利用光伏电池的光伏效应将太阳光的光能直接转换为电能的一种可再生、无污染的发电方式，正在全球范围内迅猛发展，其不仅要替代部分化石能源，而且未来将成为世界能源供应的主体，是世界各国可再生能源发展的重点。本文阐述了太阳能光伏电池的原理，综述了国内外光伏发电技术的发展现状及发展趋势。 光伏电池的原理及发展现状1839 年，法国的Edmond Becquerel 发现了光伏效应，即光照能使半导体材料内部的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流。光伏电池是基于半导体P- N 结接受太阳光照产生光伏效应，直接将光能转换成电能的能量转换器。1954 年，美国Bell 实验室的G．Pearson 等发明了单晶硅光伏电池，其原理如图1 所示。 图 1 中，太阳光照射到光伏电池表面，其吸收具有一定能量的光子，在内部产生处于非平衡状态的电子－空穴对;在P- N 结内建电场的作用下，电子、空穴分别被驱向N，P 区，从而在P- N 结附近形成与内建电场方向相反的光生电场;光生电场抵消P- N 结内建电场后的多余部分使P，N 区分别带正、负电，于是产生由N 区指向P 区的光生电动势; 当外接负载后，则有电流从P 区流出，经负载从N 区流入光伏电池。图2 为光伏电池等效电路，其中，Iph为与光伏电池面积、入射光辐照度成正比的光生电流（1 cm2硅光伏电池的Iph值为16 ～30 mA）;ID，Ish分别为P- N 结的正向电流、漏电流;串联电阻RS主要由电池体电阻、电极导体电阻等组成（RS一般＜1 ）;旁漏电阻Rsh 由硅片边缘不清洁或体内缺陷所致（Rsh一般为几k）;RL 为外接负载电阻，IL，UO 分别为光伏电池输出电压、电流;当负载开路（RL= ）时，UO即为开路电压Uoc，其与环境温度成反比、与电池面积无关（在100 mW/cm2的光谱辐照度下，硅光伏电池的Uoc一般为450 ～600 mV。与图2 对应的光伏电池解析模型，
太阳能电池转换效率
Research on New Technologies of Photoelectric Conversion Efficiency in Solar Cell Tianze LI, Chuan JIANG, Cuixia SHENG School of Electric and Electronic Engineering Shandong University of Technology Zibo 255049 ,China e-mail: ltzwang@https://www.360docs.net/doc/e35834971.html, Hengwei LU,Luan HOU, Xia ZHANG School of Electric and Electronic Engineering Shandong University of Technology Zibo 255049 ,China e-mail: henrylu007@https://www.360docs.net/doc/e35834971.html, Abstract—The characteristics of the solar energy and three conversion mode of solar energy including photovoltaic conversion, solar thermal conversion, and photochemical conversion are represented in this paper. On this basis,the materials used in solar cell, as well as the working principle of solar cells, the factors of low convert efficiency of solar cells and the two major bottlenecks encountered in the solar application are analyzed.The idea that spontaneous arrangement of compound organic molecules is achieved by changing the molecular arrangement structure of the organic thin-film solar is put forward. The new structure of liquid crystal layer come into being accordingly so that the electron donor and the receptor molecules of the mixture are separated, and the contacting area between them is enlarged. So the efficiency solar photovoltaic is improved. The research and development of this new technology can solve the technical problem of the low conversion efficiency of solar cell, and open up an effective way to improve the conversion efficiency of solar cells. At last,the prospect of solar photovoltaic technology, solar energy exploit technology and the development of industry is offered in the article. Keywords- photoelectric conversion efficiency; electron donor and recipient; photovoltaic generate power technology I.I NTRODUCTION Energy is the material basis of human society survival and development. In the past 200 years?the energy system based on coal, oil, natural gas and other fossil fuel has greatly promoted the development of human society. However, material life and spiritual life is increasing, the awareness of serious consequences brought from the large-scale use of fossil fuels is increasing at the same time: depletion of resources, deteriorating environment, in addition to all of the above, it induce political and economic disputes of a number of nations and regions, and even conflict and war. After in-depth reflection of the development process of the past, human advance seriously the future path of sustainable development. Today in the 21st century, there is no a problem as important as a sustainable energy supply, especially for the benefit of solar energy development and has been highly concerned by all mankind. Around the world are faced with limited fossil fuel resources and higher environmental challenges, it is particularly important to adhere to energy conservation, improve energy efficiency, optimize energy structure, rely on scientific and technological progress, development and utilization of new and renewable sources.After analyzing two bottleneck problems which affect the conversion efficiency of the solar cell, we put forward a new structure of molecular arrangement of the solar cell to improve the conversion efficiency of the solar cell. II.T HE F EATURES O F S OLAR A ND T HREE C ONVERSION M ODES A.The Features of Solar Solar resources are solar radiation energy on the entire surface of the earth. Solar energy has four features. Firstly, solar energy is sufficient. The gross of solar radiation energy on the surface of the earth is about 6h1017kWh every year. It can be used several billions of years, which is reproducible and cleanest. It isn’t monopolized by any groups or coutries. Secondly, the energy density of solar energy is low. People want to obtain higher energy density by condensers. Thirdly, because of climatic change, the solar energy is mutative. For example, cloudy day and rainy day, the solar energy is weak. People should consider energy storage or use auxiliary devices which provide conventional energy to use solar energy in a row. Forthly, because of the earth rotation, the earth revolution and the angle between the axis of rotation and the orbital plane, days and sensons must change on the earth, solar energy must change too. Fifthly, use of solar energy can make energy level appropriate allocation, so heat energy is made used of. When the sun light shines on the earth, part of the light is reflected or scattered, some light is absorbed, only about 70% of the light which are direct light and scattered light passes through the atmosphere to reach the surface of the earth. Part of the light on the surface of the earth is absorbed by the objects surface, another part is reflected into the atmosphere. Fig.1 shows the schematic diagram of the sun incident on the ground. Figure1. Schematic diagram of the sun incident on the ground 978-1-4244-7739-5/10/$26.00 ?2010 IEEE
有机太阳能电池转换效率的理论极限值约为21%
有机太阳能电池转换效率的理论极限值约为21％ 电荷分离时存在0.4 eV能量损失的情况下，光电转换效率的理论极限值与太阳能电池可吸收的光能的最小值（光吸 收端能量）之间的关系。红线表示无机太阳能电池的理论极限值，蓝线表示有机太阳能电池的新的理论极限值 在作为新一代太阳能电池备受关注的“有机太阳能电池”方面，日本产业技术综合研究所（产综研）对这种电池将阳光转换成电力的能力——“光电转换效率”（以下简称转换效率）的理论极限进行了模拟计算，得出气数值约为21％。 日本正以产综研太阳能发电工学研究中心为核心，汇集环境能源、测量计量标准、纳米技术材料制造等多领域研究人员组成有机太阳能电池极限效率研讨会，开展有机太阳能电池转换效率的理论极限方面的研究。此次在理论上计算出的约21％的极限值高出目前所能实现的10～12％实际效率许多，表明今后通过选择及改进材料并优化结构，还有望使转换效率进一步提高。 目前主流的晶体硅太阳能电池等无机太阳能电池的转换效率理论极限已获知。此次便是以此为基础，并将无机太阳能电池与有机太阳能电池在吸收光后产生电力的机理方面的不同纳入考虑因素，计算出了有机太阳能电池的转换效率理论极限值。该成果有望成为有机太阳能电池的转换效率“能够提高到何种程度”的研发指南。上述成果将于近期在应用物理学会杂志《Applied Physics Letters》的在线版上公开。 有机太阳能电池拥有有机材料所特有的薄轻软柔特性，可安装在以往的晶体硅太阳能电池板难以设置的场所，作为新一代太阳能电池备受期待。不过，与晶体硅太阳能电池相比，有机太阳能电池在提高转换效率及耐久性方面还存在技术课题。但近年来其转换效率快速提高，有研究称已超过10％，达到了与非晶硅太阳能电池相当的水平。因此，业
太阳能电池的研究现状及发展
太阳能电池的研究现状及发展 【摘要】近年来随着人们对环境的重视，对新能源的需要变得越来越大，太阳能成为新型能源将被广泛应用。黄铁矿结构的二硫化铁（FeS2）是一种具有合适的禁带宽度（Eg≈0.95eV）和较高光吸收系数（当λ≤700nm时，α=5×105cm-1）的半导体材料，而且其组成元素在地球上储量丰富、无毒，有很好的环境相容性。因此，FeS2薄膜在光电子以及太阳能电池材料等方面有潜在的应用前景，受到人们的广泛关注。本文从不同制备方法所制备出的二硫化铁薄膜的研究结果，来分析二硫化铁薄膜的研究状况。 【关键词】能源;二硫化铁;制备方法;光电性能 1.引言 太阳能电池自1954年由诺贝尔实验室和RCA公司几位杰出的科学家发明问世以来，由于地球变暖现象的日益严重，世界各国对二氧化碳的排放量均采取严格的管制，再加上石油匮乏，40年后将消耗殆尽，其价格持续攀升，这些因素都促成了对代替能源的重视与需求，也激发了太阳能产业的蓬勃发展。 太阳是一座聚合核反应器，它一刻不停地向四周空间放射出巨大的能量。它的发射功率为3.865×1026J/S（相当于烧掉1.32×1016ton标准煤释放出来的能量）。地球大气表层所接收的能量仅是其中的22亿分之一，但是地球一年接收的太阳的总能量却是现在人类消耗能源的12000倍。另外，根据文献记载太阳的质量为1.989×1030kg，根据爱因斯坦相对论（E=mc2）可以计算出太阳上氢的含量足够维持800亿年。而由地质资料得出的地球年龄远远小于这个数字。因此可以说太阳能是取之不尽、用之不竭的[1-3] 2.太阳能电池 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。以光电效应工作的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。 2.1 太阳能电池发展 目前，太阳能电池产品是以半导体为主要材料的光吸收材料，在器件结构上则使用P型与N型半导体所形成的PN结产生的内电场，从而分离带负电荷的电子与带正电荷的空穴而产生电压。由于晶体硅材料与器件在技术的成熟度方面领先于其他半导体材料，最早期的太阳能电池极为晶体硅制成，直到近几年晶体硅太阳能电池仍有大约90%的市场占有率。除了技术与投资门槛较低以外，不用担心硅原料匮乏等都是造成其市场占有率高的主因。 在晶体硅太阳能电池之后，大约从1980年起开始有非晶硅薄膜太阳能电池
太阳能电池发展现状及存在的主要问题
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。
太阳能电池材料的研究现状及未来发展
太阳能电池材料的研究现状及未来发展 太阳能是人类取之不尽，用之不竭的可再生能源，它不产生任何环境污染，是清洁能源.太阳光辐射能转化电能是近些年来发展最快，最具活力的研究，人们研制和开发了不同类型的太阳能电池.太阳能电池其独特优势，超过风能、水能、地热能、核能等资源，有望成为未来电力供应主要支柱.制造太阳能电池材料的禁带宽E:应在1.1eV-13W之间，以1.5eV左右为佳，最好采用直接迁移型半导体，较高的光电转换效率(以下简称“效率”)，材料性能稳定，对环境不产生污染，易大面积制造和工业化生产. 1954年美国贝尔实验室研制了世界上第一块实用半导体太阳能电池，不久后用于人造卫星.经近半个世纪努力，人们为太阳电池的研究、发展与产业化做出巨大努力.硅太阳电池于1958年首先在航天器上得到应用.在随后10多年里，空间应用不断扩大，工艺不断改进.20世纪70年代初，硅太阳电池开始在地面应用，到70年代末地面用太阳电池产量己经超过空间电池产量，并促使成本不断降低.80年代初，硅太阳电池进入快速发展，开发的电池效率大幅度提高，商业化生产成本进一步降低，应用不断扩大.20世纪80年代中至今，薄膜太阳能电池研究迅速发展，薄膜电池被认为大幅度降低成本的根本出路，成为 今后太阳能电池研究的热点和主流，并逐步向商业化生产过渡. 1.不同材料太阳电池分类及特性简介 太阳能电池按材料可分为品体硅太阳电池、硅基薄膜太阳电池、化合物半导体薄膜太阳电池和光电化学太阳电池等儿大类.开发太阳能电池的两个关键问题就是:提高效率和降低成本. 1晶体硅太阳电池 晶体硅太阳电池是PV(Photovoltaic)市场上的主导产品，优点是技术、工艺最成熟，电池转换效率高，性能稳定，是过去20多年太阳电池研究、开发和生产主体材料.缺点是生产成本高.在硅电池研究中人们探索各种各样的电池结构和技术来改进电池性能，进一步提高效率.如发射极钝化、背面局部扩散、激光刻槽埋栅和双层减反射膜等，高效电池在这些实验和理论基础上发展起来的. 2硅基薄膜太阳电池 多晶硅(ploy-Si)薄膜和非晶硅(a-Si)薄膜太阳电池可以大幅度降低太阳电池价格.多晶硅薄膜电池优点是可在廉价的衬底材料上制备，其成本远低于晶体硅电池，效率相对较高，不久将会在PV市场上占据主导地位.非晶硅是硅和氢(约10%)的一种合金，具有以下优点:它对 厚，材料的需求量大大减少，沉积温度低(约200'C)，阳光的吸收系数高，活性层只有1m 可直接沉积在玻璃、不锈钢和塑料膜等廉价的衬底材料上，生产成本低，单片电池面积大，便于工业化大规模生产.缺点是由于非晶硅材料光学禁带宽度为1.7eV，对太阳辐射光谱的长
太阳能电池的的性能主要取决于它的光电转换效率和输出功率
太阳能电池板 太阳能电池的的性能主要取决于它的光电转换效率和输出功率. 1.效率越大,相同面积的太阳能电池板输出功率也就越大, 用高效率的太阳能电池板可以节省安装面积, 但是价格更贵. 2.太阳能电池的功率, 在太阳能电池板的背面标牌中, 有关于太阳能电池板的输出参数, 如VOC开路电压,ISC短路电流,VMP工作电压,IMP工作电流, 等. 但我们只需要用工作电压和工作电流就可以了, 这两个相乘就可以得这块太阳能电池板的输出功率. 太阳能电池板介绍：采用高质量单晶/多晶硅材料,经精密设备树脂封装生产出来的太阳能板,有良好的光电转换效果,外形美观,使用寿命长。 太阳能电池板的作用是将太阳的光能转化为电能后，输出直流电存入蓄电池中。太阳能电池板是太阳能发电系统中最重要的部件之一。 太阳能电池组件可组成各种大小不同的太阳能电池方阵，亦称太阳能电池阵列。太阳能电池板的功率输出能力与其面积大小密切相关，面积越大，在相 同光照条件下的输出功率也越大。 2.太阳能电池板的种类 (1)单晶硅太阳能电池 目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，最高的达到24%，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。 (2)多晶硅太阳能电池 多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳能电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约12%左右(2004年7月1日日本夏普上市效率为14.8%的世界最高效率多晶硅太阳能电池)。从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，单晶硅太阳能电池还略好。 ：
太阳能电池的研究现状及发展趋势
太阳能电池的研究现状及发展趋势 摘要：太阳能电池的利用可为人类社会提供可再生的清洁能源。综述了太阳能电池的研究现状, 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：太阳能太阳能电池发展趋势 前言 随着煤、石油等一次性能源的逐渐枯竭及对环境的恶化影响，人类迫切需求对环境友好的可再生能源。目前，太阳能电池由于制造成本高、光电转换效率低，因而其应用受到了限制，但其优点及化石能源的枯竭又促使人们不断地寻找低成本、高效率的太阳能电池材料。 太阳能电池的研究现状 太阳能电池由材料分类大致可分为4类:硅太阳能电池;多元化合物薄膜太阳能电池;有机物太阳能电池;纳米晶太阳能电池。 目前研究和应用最广泛的太阳能电池主要是单晶硅、多晶硅和非晶硅电池。硅太阳能电池中以单晶硅太阳能电池转换效率最高,技术也最为成熟。单晶硅电池己十分成熟,效率高,寿命长,在大规模应用和工业生产中,单晶硅太阳能电池占据主导地位。单晶硅电池的最高效率已达到24.4%,而多晶硅电池的效率也已达到19.8%。但是硅电池生产工艺比较复杂,需要高温(400～2000)和高真空条件,这导致其制造成本较高;同时其成熟的技术使光电转换效率已基本达到极限值,而且其材料本身不利于降低成本。开发太阳能电池的两个关键是:提高转换效率和降低成本。由于非晶硅薄膜成本低,便于大量生产,受到普遍重视并得到迅速发展。目前非晶硅太阳能电池的研究取得两大进展:3叠层结构非晶硅太阳能电池转换效率达到13%,创下新的记录;3叠层太阳能电池年生产能力达5MW。非晶硅太阳能电池由于具有较高的转换效率和较低的成本及质量轻等特点,有着极大的潜力。 多元化合物薄膜太阳能电池主要有砷化镓(GaAs)电池、碲化镉(CdTe)电池、硫化镉(CdS)电池和铜铟硒(CuInSe2)薄膜电池。砷化镓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。在多元化合物薄膜太阳能电池中,由于GaAs电池的原料价格昂贵,且不易制备;而CdTe电池含有危险的重金属元素,对环境保护不利,并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。 以聚合物代替无机材料是太阳能电池制造的方向。其原理是利用不同氧化还原型聚合物的不同氧化还原电势,在导电材料(电极)表面进行多层复合,制成类似无机pn结的单向导电装置。其中一个电极的内层由还原电位较低的聚合物修饰,外层聚合物的还原电位较高,电子转移方向只能由内层向外层转移;另一个电极的修饰正好相反,并且第一个电极上两种聚合物的还原电位均高于后者的两种聚合物的还原电位。当两个修饰电极放入含有光敏化剂的电解液中时。光敏化剂吸光
太阳能电池片技术发展的现状和趋势
太阳能电池片生产技术的发展和趋势 LED光伏电子项目部 2009/2/22
1太阳能电池片的生产工艺 1.1太阳能电池的工作原理 典型的太阳电池本质上是一个大面积半导体二极管，它利用光伏效应原理把太阳辐射能转换成电能。当太阳光照射到太阳电池上并被吸收时,其中能量大于 禁带宽度Eg的光子能把价带中电子激发到导带上去，形成自由电子,价带中留下带正电的自由空穴，即电子-空穴对，通常称它们为光生载流子。自由电子和空穴在不停的运动中扩散到pn结的空间电荷区,被该区的内建电场分离电子被扫 到电池的n型一侧，空穴被扫到电池的p型一侧，从而在电池上下两面(两极) 分 别形成了正负电荷积累，产生“光生电压”,即“光伏效应”（photovoltaic effect）若在电池两侧引出电极并接上负载,负载中就有“光生电流”通过，得到可利用的电能,这就是太阳电池的工作原理，如图1所示。 图1太阳电池的工作原理 光伏效应是1839年法国Becqueral第一次在化学电池中观察到的。1876年在固态硒(Se)的系统中也观察到了光伏效应,随后开发出Se/CuO光电池。硅光电池 的报道出现于1941年1954年，贝尔实验室Chapin等人开发出效率为6%的单晶硅光电池，为太阳能光伏发电奠定了技术基础，成为现代太阳电池时代的划时代标志。作为能源,硅太阳电池于1958年首先在航天器上得到应用。在随后10。多年里,硅太阳电池在空间应用中不断扩大，工艺不断改进,电池设计逐步定型。70 年代初，许多新技术引入电池制造工艺,转换效率有了很大提高。与此同时,硅太阳电池开始引入地面应用，70年代末，地面太阳电池产量已经超过了空间电池产 量,促使成本不断降低。80年代初，硅太阳电池发展进入快速发展时期，技术进步和研究开发使太阳电池效率进一步提高，商业化生产成本持续降低，应用不断 扩大。在太阳电池的整个发展历程中,先后开发出各种不同结构的电池，如肖特基(MS)电池、MIS电池、MINP电池、异质结电池等，其中同质p2n结电池自始 至终占着主导地位，其他结构电池对太阳电池的发展也产生了重要影响。在材料 方面,有晶硅电池、非晶硅薄膜电池、铜铟硒(CIS)薄膜电池、碲化镉(CdTe)薄膜电池、砷化镓薄膜电池等，由于薄膜电池被认为是未来大幅度降低成本的根本出