硅太陽能電池

硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池三種。

單晶硅太陽能電池

單晶硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)重要包括正面梳狀電極、減反射膜、N型層、PN結(jié)、P型層、背面電極等。單晶硅太陽能電池廣泛用于空間和地面，這種太陽能電池以高純的單晶硅棒為原料。將單晶硅棒切成片，經(jīng)過一系列的半導(dǎo)體工藝形成PN結(jié)。

然后采用絲網(wǎng)印刷法做成柵線，經(jīng)過燒結(jié)工藝制成背電極，單晶硅太陽能電池的單體片就制成了。單體片即可按所要的規(guī)格用串聯(lián)和并聯(lián)的方法組裝成太陽能電池組件(太陽能電池板)，構(gòu)成一定的輸出電壓和電流。最后用框架進(jìn)行封裝，將太陽能電池組件組成各種大小不同的太陽能電池陣列。

硅系列太陽能電池中，單晶硅大陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。高性能單晶硅電池是建立在高質(zhì)量單晶硅材料和相關(guān)的成熱的加工處理工藝基礎(chǔ)上的。

現(xiàn)在單晶硅的電地工藝己近成熟，在電池制作中，一般都采用表面織構(gòu)化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術(shù)，開發(fā)的電池重要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電極單晶硅電池。

提高轉(zhuǎn)化效率重要是靠單晶硅表面微結(jié)構(gòu)處理和分區(qū)摻雜工藝。目前單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為15%左右，實(shí)驗(yàn)室成果也有20%以上的。

單晶硅太陽能電池的特點(diǎn)

單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率無疑是最高的，在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，雖然其轉(zhuǎn)換效率高，但是制作單晶硅太陽能電池要大量的高純度硅材料，且工藝復(fù)雜，電耗很大池工藝影響，且太陽能電池組件平面利用率低，致使單晶硅成本價(jià)格居高不下。要想大幅度降低其成本是非常困難的。

為了節(jié)省高質(zhì)量材料，尋找單晶硅電池的替代產(chǎn)品，現(xiàn)在發(fā)展了薄膜太陽能電池，其中多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池就是典型代表。

多晶硅太陽能電池

多晶硅薄膜太陽電池是將多晶硅薄膜生長在低成本的襯底材料上，用相對(duì)薄的晶體硅層作為太陽電池的激活層，不僅保持了晶體硅太陽電池的高性能和穩(wěn)定性，而且材料的用量大幅度下降，明顯地降低了電池成本。多晶硅薄膜太陽電池的工作原理與其它太陽電池相同，是基于太陽光與半導(dǎo)體材料的用途而形成光伏效應(yīng)。

多晶硅太陽能電池芯片是具有光電效應(yīng)的半導(dǎo)體器件，半導(dǎo)體的PN結(jié)被光照后出現(xiàn)電流，當(dāng)光直射太陽能電池芯片，其中一部分被反射，一部分被吸收。一部分透過電池芯片、被吸收的光激發(fā)被束縛的高能級(jí)狀態(tài)下的電子，使之成為自由電子，這些自由電子在晶體內(nèi)向各方向移動(dòng)，余下空穴（電子以前的位置）。空穴也圍繞晶體飄移，自由電子（－）在N結(jié)聚集，空穴（＋）在P結(jié)聚集，當(dāng)外部環(huán)路被閉合，電流出現(xiàn)。

太陽能電池使用的多晶硅材料多半是含有大量單晶顆粒的集合體，或用廢次單晶硅料和冶金級(jí)硅材料熔化，然后注入石墨鑄模中，即得多晶硅錠。這種硅錠鑄成立方體，以便切片加工成方形電池片。

多晶硅太陽能電池板的制作工藝與單晶硅太陽能電池板差不多，其光電轉(zhuǎn)換效率約12%左右，稍低于單晶硅太陽能電池，但是材料制造簡(jiǎn)便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大量發(fā)展。

多晶硅太陽能電池的特點(diǎn)

1、具有穩(wěn)定高效的光電轉(zhuǎn)換效率。

2、表面覆深藍(lán)色氮化硅減反膜,顏色均勻美觀。

3、高品質(zhì)的銀和銀鋁漿料，確保良好的導(dǎo)電性、可靠的附著力和很好的電極可焊性。

4、高精度的絲網(wǎng)印刷圖形和高平整度，使得電池易于自動(dòng)焊接和激光切割。

非晶硅太陽能電池

非晶硅太陽能電池由透明氧化物薄膜(TCO)層、非晶硅薄膜P-I-N層(I層為本征吸收層)、背電極金屬薄膜層組成，基底可以是鋁合金、不銹鋼、特種塑料等。它與單晶硅和多晶硅太陽能電池的制作方法完全不同，硅材料消耗很少，電耗更低。

制造方法有多種，最常見的是用輝光放電法得到N型或P型的非晶硅膜。襯底材料一般用玻璃或不銹鋼板。非晶硅太陽能電池很薄，可以制成疊層式，或采用集成電路的方法制造，可一次制作多個(gè)串聯(lián)電池，以獲得較高的電壓。

非晶態(tài)硅，其原子結(jié)構(gòu)不像晶體硅那樣排列得有規(guī)則，而是一種不定形晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。非晶硅屬于直接帶系材料，對(duì)陽光吸收系數(shù)高，只要1ùm厚的薄膜就可以吸收80%的陽光。

非晶硅薄膜太陽能電池的成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)。由于硅原料不足和價(jià)格上漲，促進(jìn)了高效使用硅的技術(shù)和非晶硅薄膜系太陽能電池的開發(fā)。非晶硅薄膜電池低廉的成本彌補(bǔ)了其在光電轉(zhuǎn)換效率上的不足，未來將在光伏發(fā)電上占據(jù)越來越重要的位置。

但是由于非晶硅缺陷較多，制備的太陽能電池效率偏低，且其效率還會(huì)隨著光照衰減，導(dǎo)致非晶硅薄膜太陽能電池的應(yīng)用受到限制。

目前非晶硅薄膜電池研究的重要方向是與微晶硅結(jié)合，生成非晶硅/晶硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池，這種電池不僅繼承了非晶硅電池的優(yōu)點(diǎn)，而且可以延緩非晶硅電池的效率隨光照衰減的速度，目前單純非晶硅薄膜電池的最高轉(zhuǎn)換效率為17.4%。

非晶硅薄膜太陽能電池的特點(diǎn)

非晶硅薄膜太陽能電池與晶體硅太陽能電池相比，具有重量輕、工藝簡(jiǎn)單、成本低、耗能少和便于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因此受到人們重視，并得到迅速的發(fā)展。非晶硅薄膜太陽能電池首先實(shí)現(xiàn)商品化，也是目前產(chǎn)業(yè)規(guī)模最大的薄膜電池。

雖然非晶硅薄膜太陽能電池得到了廣泛的研究和應(yīng)用。但是，依然存在著很多問題要去解決：

1、y光學(xué)禁帶寬度為1.7eV，使得材料本身對(duì)太陽輻射光譜的長波區(qū)域吸收不敏感，限制了其光電轉(zhuǎn)換效率;

2、光電轉(zhuǎn)換效率隨著光照時(shí)間的上升而衰弱，即所謂的光致衰退（SW）效應(yīng)，使得電池性能不穩(wěn)定;

3、制備過程中，非晶硅的沉積速率較低，影響了非晶硅薄膜太陽能電池的商業(yè)化生產(chǎn);

4、電池組件的后續(xù)加工困難，如Ag電極的處理問題;

5、在薄膜沉積過程中存在大量的負(fù)面雜質(zhì)，如Oz，Nz和C等，影響薄膜的質(zhì)量和電池的穩(wěn)定性。