a_Si_H薄膜太阳能电池(2)

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些优点,所以近几年来人们主要集中于pin电池的研究,出现了几种形式的pin结构,转化效率大为提高。

pin型结构是伴随a-Si H的发展而产生的一种电池结构,它与c-Si H太阳能电池的主要差别是增加了一个本征层-i层。在a-Si H结构中,载流子的扩散长度很短,光生载流子一旦产生,如果该处或邻近没有电场存在时,则这些光生载流子由于扩散长度的限制将会很快复合而不能被收集

[5]

2009年 第30卷 第5期

究指出,a-Si光伏系统在经过1年或2年的10%初始功率衰减后可望获得可靠和恒定的功率输出。目前,最好的电池和组件的稳定化转换效率已超过10%,而稳定化效率达到10%是a-Si电池能得以大规模应用的转折点。表1列出了最近报道的有关数据。

表1 a-Si薄膜太阳能电池和组件的最高稳定效率[3,4]

结构-Sia-Si/aa-Sia-Si/a-SiGea-Si/a-SiGe/a-SiGe

-Si/aa-Sia-Si/a-SiGea-Si/a-Si/a-SiGea-Si/a-SiGe/a-SiGe

面积/cm0.250.250.250.251200902863903

2

稳定效率/%

9.210.111.213.08.99.58.810.2

来源USSCUSSCUSSCUSSCFujiUSSCSolarexUSSC

。根据

a-Si H的这一特点,要对光生载流子产生有效的收

集,就要求在a-Si H太阳能电池中光注入所及的整个范围内尽量布满电场,因此就设计出带有本征层的pin结构。在pin结构的电池中,由pi结和in结形成的内建场几乎跨越整个本征层,该层中的光生载流子完全置于该电场之中,一旦产生即可被收集,从而可以明显地提高电池效率。显然,这同时也要求本征层有较高的光生载流子产生率、低缺陷态密度和合适的厚度,制备高质量的i层以及寻找合适的i层厚度是关键。不算玻璃衬底,这种结构的电池厚度大约在1 m

以内。

3.2 a-Si H薄膜太阳能电池存在的主要问题

为了使薄膜太阳能发电能够与其它商业化的发电方式进行竞争,假设模块的稳定转换效率为8.5%,那么非晶硅太阳能电池模块的生产成本就必须低于每瓦1.4美元,才具有竞争力[11]。在可见光范围内,非晶硅比单晶硅有更大的吸收系数,因此实

图1 a-Si H太阳电池的典型结构示意图

现光伏转换所需的膜层厚度仅为0.3~0.45 m,且每瓦所需硅的量极少。在每一阶段,制造非晶硅太阳能电池所需消耗的电能比生产单晶硅太阳能电池少,对于非晶硅太阳能电池,制造电池所需消耗的电能成本的回报时间约为0.6~1.5年。目前尽管在a-Si太阳能电池的开发中取得的进步给人留下了深刻的印象,但尚有一些为确保技术上长期成功必须

解决的问题。

现在非晶硅薄膜太阳能电池的研究和开发一般分为:1)提高转换效率;2)提高稳定性;3)开发批量生产技术。

在提高非晶硅薄膜太阳能电池的转换效率和稳定性方面,人们开展了许多制造方法、材料和器件结构方面的研究,其中叠层薄膜太阳能电池是一个重要的开发方向。3.3 a-Si H薄膜太阳能电池制备方法、材料和结

构的改进

在制造方法方面有:电子回旋共振法、光化学气相沉积法、直流辉光放电法、射频辉光放电法、溅谢法和热丝法等。特别是射频辉光放电法由于其低温过程(~200 ),易于实现大面积和大批量连续生

3 a-Si H薄膜太阳能电池的进展、存

在问题及改进

3.1 a-Si H薄膜太阳能电池的发展现状

在光伏市场中,a-Si电池是目前最实用化的薄膜电池,它易于进行大面积自动化生产,制造过程能耗低,原材料消耗少,非晶硅(a-Si)的PV产品大部分用于诸如电子计算器、手表、路灯等消费产品,但近几年也开发了非晶硅太阳能电池模块发电。由于其极低的生产成本,在日本 新阳光计划 下的PV推广项目已对非晶硅薄膜太阳能电池进行了约20年的探索开发

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。目前非晶硅(a-Si)单结薄膜太

阳能电池的最高转换效率为13.2%,然而,在太阳光照射下早期的a-Si太阳能电池模块的转换效率的衰减一般达到30%~50%。因此主要的科研力量已从提高初始转换效率转到稳定的转换效率上来,并且a-Si太阳能池的结构也从单结研究转到多结研究上来,以改进其稳定性并提高转换效率。多结非晶硅a-Si太阳能电池是使用对应于不同太阳光谱部分的不同光伏材料膜层来制作的,现在已有若干研