非晶硅太阳能电池结构是怎么样的？

2021-09-18 16:07

非晶硅太阳能电池是以玻璃、不锈钢及特种塑料为衬底的薄膜太阳电池，结构如图2所示。为减少串联电阻，通常用激光器将TCO膜、非晶硅（A－si）膜和铝（Al）电极膜分别切割成条状。

国际上采用的标准条宽约1cm，称为一个子电池，用内部连接的方式将各子电池串连起来，因此集成型电池的输出电流为每个子电池的电流，总输出电压为各个子电池的串联电压。在实际应用中，可根据电流、电压的需要选择电池的结构和面积，制成非晶硅太阳能电池。

第一层为普通玻璃，是电池的基底。

第二层为TCO，即透明氧化物导电膜

一方面光从它穿过被电池吸收，所以要求它的光透过率高；另一方面作为电池的一个电极，所以要求它能够导电。TCO 一般制备成绒面，主要起到减少反射光从而增加光的吸收率的作用。太阳能电池就是以这两层为衬底沉积形成的。

太阳能电池的第一层为P层，即窗口层；其次是i 层，即太阳能电池的本征层，光生载流子主要在这一层产生；然后是n层，起到连接i极和背电极的作用。最后是背电极和Al／Ag 电极。

由于a－Si（非晶硅）多缺陷的特点，a－Si 的p－n 结是不稳定的，而且光照时光电导不明显，几乎没有有效的电荷收集。所以，a－Si 太阳能电池基本结构不是p－n结而是p－i－n 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（因为非掺杂的a－Si 是弱n 型）。重掺杂的p、n 区在电池内部形成内建势，以收集电荷。同时两者可与导电电极形成欧姆接触，为外部提供电功率。i 区是光敏区，此区中光生电子、空穴是光伏电力的源泉。入射光尽可能多地进入i区，最大限度地被吸收，并有效地转换为电能，因此对i区要求是既保证最大限度地吸收入射光，又要保证光生载流子最大限度地输运到外电路。

非晶体硅结构的长程无序破坏了晶体硅电子跃迁的动量守恒选择定则，相当于使之从间接带隙材料变成了直接带隙材料。它对光子的吸收系数很高，通常0．5μm 左右厚度的a－Si 就可以将敏感谱域的光吸收殆尽。所以，p－i－n 结构的a－Si 电池的厚度取0．5μm 左右，而作为死光吸收区的p、n 层的厚度在10nm 量级。