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薄膜太阳能电池的研究现状与发展趋势

导读: 倡导绿色环保,清洁高效能源是当今时代的主题,越来越受到各国的广泛关注。本文概述了包括非晶硅、多晶硅、CIGS、有机在内的薄膜太阳能电池的发展状况。通过比较这几种薄膜太阳能电池各自的特点,指出有待解决的问题,展望薄膜太阳能电池的发展趋势和研究前景。

  1.引言

  太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源,生物质能、风能、水能等都来源于太阳能。太阳能电池是是一种通过光伏效应将太阳能转变为电能的一种装置,是利用太阳能的一种重要形式。

  目前,人们根据所选用的半导体材料将太阳能电池应用技术分为晶硅和薄膜两大类。晶硅太阳能电池在现阶段的大规模应用和工业生产中占据主导地位,但由于其成本过高,限制了其发展。相比晶硅等其它太阳能电池,薄膜太阳能电池具有生产成本低、原材料消耗少、弱光性能优良等优势。随着世界能源紧缺,薄膜太阳能电池作为一种光电功能薄膜,可以有效地解决能源短缺问题,而且无污染,还可以实现光伏建筑一体化,易于大面积推广。

  2.非晶硅薄膜太阳能电池

  非晶硅薄膜太阳能电池转换效率较低,实验室转换效率只有13%,但工艺成熟、成本较晶硅低廉、制备方便,适于大规模生产。

  非晶硅薄膜太阳能电池通常为叠层结构,玻璃基板上沉积了透明导电膜(transparentconductiveoxide,TCO)层、非晶硅层(a—Si层)和背电极层(Al/ZnO层)3层薄膜,其中非晶硅层通过磁控溅射法沉积。

  相对于单晶硅太阳能电池,非晶硅薄膜是一种极有希望大幅度降低太阳电池成本的材料。非晶硅薄膜太阳能电池具有诸多优点使之成为一种优良的光电薄膜光伏器件。(1)非晶硅的光吸收系数大,因而作为太阳能电池时,薄膜所需厚度相对其他材料如砷化镓时,要小得多;(2)相对于单晶硅,非晶硅薄膜太阳能电池制造工艺简单,制造过程能量消耗少;(3)可实现大面积化及连续的生产;(4)可以采用玻璃或不锈钢等材料作为衬底,因而容易降低成本;(5)可以做成叠层结构,提高效率。

  但同时非晶硅薄膜太阳能电池仍存在一些需要解决的问题。(1)由于Staebler-Wronski效应的存在,使得非晶硅薄膜太阳能电池在太阳光下长时间照射会产生效率的衰减,从而导致整个电池效率的降低;(2)沉积速率低,影响非晶硅薄膜太阳能电池的大规模生产;(3)后续加工困难,如Ag电极的处理问题;(4)在薄膜沉积过程中存在大量的杂质,如O2、N2、C等,影响薄膜的质量和电池的稳定性。

  非晶硅薄膜太阳能电池的下一步研究主要有以下几个方向:其一是采用优质的底电池i层材料;其二朝叠层结构电池发展;第三是在保证效率的条件下,开发生产叠层型非晶硅太阳电池模块技术;最后使用便宜封装材料以降低成本。

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