太阳能电池材料和工艺.pdf

ch4 太阳能电池的材料 和工艺 太阳能电池对材料的要求 半导体材料的禁带不能太宽  要有较高的光电转换效率  材料本身对环境不造成污染  材料便于工业化生产且材料性能稳定  一.太阳电池的分类 按照材料分： 按照发展状况分： 二.各类太阳能电池的制造方法及研究状况 硅太阳能电池可分为： 单晶硅太阳能电池 多晶硅薄膜太阳能电池 非晶硅薄膜太阳能电池 1.单晶硅太阳能电池 单晶硅太阳能电池，是以高纯的单晶硅棒为原料的太阳 能电池，其转换效率最高，技术也最为成熟。高性能单晶硅 电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的热加工处理工艺基 础上。 生产工艺： 导电玻璃 膜切割 清洗 检测 镀铝电极 沉积PN结 老化 检测 封装 成品检测 德国费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平电池转 化效率超过23%，最大值可达23.3 ％。 Kyocera公司( 日本京瓷公司)制备的大面积单电晶太阳能电 池转换效率19.44%。 北京太阳能研究所研制的平面高效单晶硅电池 （2cm ×2cm ）转换效率达19.79%，刻槽埋栅电极晶体硅 电池（5cm ×5cm ）转换效率达8.6%。 单晶硅太阳能电池转换效率最高，由于受单晶硅材料 价格及繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅电池成本价格较 高，要想大幅度降低其成本是非常困难的。为了节省高质 量材料，寻找单晶硅电池的替代产品，现在发展了薄膜太 阳能电池，其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳 能电池就是典型代表。 2.多晶硅太阳能电池 多晶硅薄膜太阳电池是将多晶硅薄膜生长在低成本的 衬底材料上，用相对薄的晶体硅层作为太阳电池的激活层, 不仅保持了晶体硅太阳电池的高性能和稳定性, 而且材料 的用量大幅度下降, 明显地降低了电池成本。多晶硅薄膜 太阳电池的工作原理与其它太阳电池一样, 是基于太阳光 与半导体材料的作用而形成光伏效应。 常用制备方法： 低压化学气相沉积法（LPCVD） 等离子增强化学气相沉积（PECVD） 化学气相沉积法 液相外延法（LPPE） 溅射沉积法 反应气体SiH2Cl2 、SiHCl3 、SiCl4或SiH4 ↓ （一定保护气氛下） 硅原子沉积在加热的衬底上 （衬底材料为Si 、SiO2 、Si3N4等 ） 存在问题：非硅衬底上很难形成较大的晶粒，容易在晶粒 间形成空隙 解决方法：先用LPCVD 在衬底上沉炽一层较薄的非晶硅 层,再将这层非晶硅层退火，得到较大的晶粒，然后再在这 层籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜。 德国费莱堡太阳能研究所采用区馆再结晶技术在FZSi衬底 上制得的多晶硅电池转换效率为19％。  日本三菱公司用上述方法制备的电池，效率达16.42%。 美国Astropower 公司采用LPPE 制备的电池效率达 12.2%。 多晶硅薄膜电池由于所使用的硅较单晶硅少，又无效 率衰退问题，并且有可能在廉价衬底材料上制备，其成本 远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜电池，因此， 多晶硅薄膜电池在太阳能电地市场上占很大的份额。 3.非晶硅薄膜太阳能电池 非晶硅薄膜太阳能电池所采用的硅为a-Si。其基本结构不 是pn结而是pin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。 突出特点： 材料和制造工艺成本低。 制作工艺为低温工艺（100-300℃），耗能较低。 易于形成大规模生产能力，生产可全流程自动化。 品种多，用途广。 存在问题：光学带隙为1.7eV