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太阳能非晶硅发展历史

  1976卡尔松和路昂斯基报告了无定形硅(简称a-Si)薄膜太阳电池的诞生。当时,小面积样品的光电转换效率为2.4人时隔二十多年,a-Si太阳电池现在已发展成为最用廉价的太阳电池品种之一。非晶硅科技已转化为一支大规模的产业。世界上总组件生产力在每年五十兆瓦以上。组件及相关产品销售额在十亿美元以上,应用范围小到手表、计.器电源大到10儿瓦级的独立电站。涉及诸多品种的电子消费品、照明和家用电源、衣牧,抽水、广播通讯台站电源及中小型联网电站等。a-Si太阳电池成了光伏能源的一支生力

  对整个光伏洁净可再生能源发展起了巨大的推动作用。非晶硅太阳电池技术的日益成熟增强了人们对作为清洁可再生能源的光伏能替代一次性常规能源的信心。 非晶硅太阳电池的主发展过程是生动、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。本文将追迷非晶硅太阳电池的发生、发展的过程。简要评迷其中的关键之点。指出进一步发展的方向。

  一、非晶硅太阳电池的诞生

  1、社会需求催生a-Si太阳电池

  太阳电池在七十年代中期诞生,应视为,发明科学家力图使自己从事的科研工作适应:会需求的一个范例。他们在报告中提出了发明非太阳电池的两大目标:与昂责的晶体硅J日电池竞争;利用非晶硅太阳电池发电,与常规能源竞争。七十年代曾发生过有名的能源危机;这种背景催促科学家把对a-Si材料的一般性研究转向廉价太阳电池应用技术创新,这种创新实际上又是非晶半导体向晶体半导体的第三次挑战。太电池本来是晶体硅的应用领域,挑战者称,太阳电池虽然是高品位的光电子器件,但不一定要用昂责的晶体半导体材料制造,廉价的非晶硅薄膜材料也可以胜任。

  2.非晶硅太阳电池的理论与技术基础的确立

  无定形材料第一次在光电子器件领露头角是在1950年。当时人们在寻找适用于电视摄像管和复印设备用的光电导材料时找到了无定形硒(a一Se )和无定形三硫化锑(a一SbS3)。当时还不存在非晶材料的概念及有关的领域,而晶体半导体的理论基础---能带理论,早在三十年代就已成熟。晶体管已经发明。晶体半导体光电特性和器件开发正是热点。而a-Se和a-SbS3这类材料居然在没有基础理论的情况下发展成为产值在十亿美元的大产业,非晶材料的这第一次挑战十分成功,还启动了对非晶材料的科学技术研究。 1957年斯皮尔成功地测量了a-Se材料的漂移迁移率,1958年美国的安松第一次在论文中提出,无定形体系中存在电子局域化效应。 1960年,前苏联人约飞与热格尔在题为“非晶态、无定形态及液态电子半导体”的文章中,提出了对非晶半导体理论有要意义的论点,即,决定固体的基本电子特性是属于金属还是半导体还是绝缘体的主素是构成凝聚态的原子短程结构,即最近邻的原子配位情况。从1960年起,人们开始致力于制备a一Si和aGe薄膜材料。早先采用的主要是溅射法。同时有人系统地研究了这些薄膜的光学特性。1965年斯特林等人第一次采用辉光放电(GD)或等离子体增强化相沉积(简为PECVD)制备了氢化无定形硅(a一si: H)薄膜.这种方法采用射频电磁场激励低压硅烷等气体,辉光放电化学分解,在衬底上形成a一Si薄膜。这就是后来的太阳电池用a一Si材料的主要制备方法。

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