【2017年整理】太阳电池中的薄膜技术与材料.ppt

太阳电池中的薄膜技术与材料;一 太阳电池原理与薄膜太阳电池优势; 太阳能电池是利用半导体pn结由异种材料构成的异质结，将光转变成电能的光电变换半导体元件。其原理如图所示，入射光中能量比半导体禁带宽度Eg大的光子，会激发价带中的电子跃迁到导带，与此同时，在价带中产生空穴。由于太阳能电池中半导体pn结电场的存在，导致受光子激发产生的电子和空穴在电场作用下向n型区与p型区积累，结果产生光生伏特效应。如果将pn结两端外接电路，就可形成电流，实现光能到电能的转化。 ;太阳电池分类;;二 硅系薄膜太阳电池;单晶硅、多晶硅、非晶硅结构示意图;;2.2 薄膜硅的材料特性 薄膜硅大的分类上可以分为非晶与微晶两种，非晶硅的非晶有非晶态的意思，非晶硅禁带宽度大约为1.7eV，洁净贵是1.1eV，所以非晶硅可以吸收的光的波长限于月700μm以下。 从结构上来说，微晶硅是由非常小的结晶硅构成的，微晶硅的晶粒尺寸大致在10-100nm，仅为多晶硅晶粒的十万分之一。由于晶粒小，所以有很多晶界，会阻碍电荷的输运。但是可以有选择制作条件，可以获得晶界间隙少的致密Si，吸收波长范围可以达到1100nm的近红外区域。;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.;硅基薄膜的制备方法; 制作薄膜硅最具代表性的制膜法是等离子增强化学气相沉积，反应室中导入硅烷与氢气，使用射频电源产生等离子体，通过匹配器向单侧电极（负极）供电，另一侧电极接地，基板被加热到200℃左右。;;;2.4 薄膜硅太阳能电池基本结构;;p-i-n 结;;;;2.5 非晶硅/微晶硅薄膜太阳电池概况;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.;;2.6 非晶硅/微晶硅叠层电池的主要制备步骤： 1、沉积透明导电膜（ITO、AZO或FTO）在玻璃衬底上，使用激光光刻机对透明导电膜进行光刻分块，形成大规模集成的前电极块与块之间相互绝缘的隔离沟槽； 2、采用PECVD或VHF-PECVD来沉积顶电池，沉积压力为50-1000Pa，衬底温度为150-250℃，在透明导电膜上依次沉积p型非晶硅掺杂层、i本征非晶硅层和n型非晶硅掺杂层，制备出顶电池； 3、预热已沉积的器件，温度为180℃-250℃，沉积压力为130-1000Pa，在真空室中用PECVD或VHF-PECVD法，在中间透明反射层背面沉积微晶硅薄膜底电池；;4、使用激光光刻机穿透顶电池和底电池各膜层，形成一条与穿透厚度相同的隔离沟道； 5、使用磁控溅射在底电池的N层上沉积一层透明导电膜； 6、采用磁控溅射或真空蒸发，在底电池的透明导电膜上沉积金属铝膜作为背电极； 7、使用激光刻透玻璃衬底上除前电极外所有的膜层，形成一条与穿透厚度相同的隔离沟道，该隔离沟道将各电池单元分割，制成串联电池组件;三 碲化镉薄膜太阳电池;CdTe是一种化合物半导体，在太阳能电池中一般作吸收层。由于它的直接带隙为1.45eV，最适合于光电能量转换，因此使得约2μm厚的CdTe吸收层在其带隙以上的光学吸收率达到90%成为可能，允许的最高理论转换效率在大气质量AM1.5条件下高达28%。;; 碲化镉薄膜太阳电池生产工艺流程图;CdTe薄膜制备技术;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.;　近空间升华法沉积设备示意图;CdTe在高于450度时升华并分解，当它们沉积在较低温度的衬底上时，再化合形 成多晶薄膜。为了制取厚度均匀、化学组份均匀、晶粒尺寸均匀的薄膜，不希望 镉离子和碲离子直接蒸发到衬底上。因此，反应室要用保护性气体维持一定的气 压。这样，源和衬底间的距离必须很小。 显然，保护气体的种类和气压、源的温度、衬底的温度等，是这种方法的最关键 的制备条件。保护气体以惰性气体为佳，也可以用氮气和空气。其中，氦气最 好，被国外大