硅基薄膜太阳电池的发展趋势

2023-11-18 理论教育版权反馈

【摘要】：实验证明，用μc-Si和p01y-Si薄膜代替a-Si作电池的有源层制备的电池，在长期光照下没有任何衰退现象。因此，发展晶化的硅基薄膜太阳电池是实现高稳定、高效、低成本最有前途的方法，因而成为国际同行研究的热点。目前研究的焦点是如何利用低成本工艺技术，获得大面积优质的晶化硅薄膜材料，以及新型硅基薄膜电池结构的优化设计。大面积优质多晶（微晶）硅薄膜的获得及与非晶硅电池的最佳匹配，将使硅基薄膜太阳电池性能产生突破性进展。

现有的硅基薄膜电池一非晶硅电池效率的光致不稳定性是由非晶硅材料微结构的亚稳态属性决定的，因此S-w效应是不易完全消除的，为了获得高效率、高稳定性的硅基薄膜大阳电池，近年来叉出现了微晶硅（μc-Si）、多晶硅（po1y-Si）薄膜电池。实验证明，用μc-Si和p01y-Si薄膜代替a-Si作电池的有源层制备的电池，在长期光照下没有任何衰退现象。因此，发展晶化的硅基薄膜太阳电池是实现高稳定、高效、低成本最有前途的方法，因而成为国际同行研究的热点。目前研究的焦点是如何利用低成本工艺技术，获得大面积优质的晶化硅薄膜材料，以及新型硅基薄膜电池结构的优化设计。

当前，制备晶化硅薄膜材料的技术很多，但基本上可分成两大类。一类是高温生长技术，如快速热CyD技术、等离子喷涂技术等。另一类是低温晶化技术，如PECVD、HW—CVD直接生长和a-Si膜固相晶化技术，其中包括炉热退大、快速光热退火和金属诱导选择晶化等。总的来说，高温技术晶化的材料具有较大的晶粒尺寸，用这种材料制备的电池效率在10%以上。高温晶化技术的缺点是能耗高、工艺复杂、衬底材料成本高。而低温晶化技术制备的晶化材料的晶粒尺寸较小，但用该材料制备的电池效率也达到9.2人低温晶化技术最大的优点是便于采用玻璃等廉价衬底，且工艺能耗较小。将来那种技术路线占优势，要看其性能价格比。μC—Si材料可以用pECvD技术，通过加大氢稀释率和微量掺硼获得，具有与a—Si相同的低温工艺、工艺简单、便于大面积生产的优点，因而受到普遍重视。目前，用μC—Si材料制备的太阳电池已达到8.5们勺效率，制备μC—Si材料中存在的问题是其生长速率较低（＜1A）不利于降低制造成本。当前提高μc—Si长速率的方法主要是增加等离子体的激发频率，如用超高频技术（vIIF）可使μC—Si生长速率增加到10A/s.并可获得效率7.2%的μcLi电池。在高沉积速率下如何提高pc—8i材料的光电特性是有待解决的问题。

尽管在微晶、多晶硅薄膜技术中还存在许多问题，但是其在未来的高稳定效率、低成本、长寿命薄膜光伏技术中具有很大的潜力，特别是用微晶、多晶硅薄膜做为窄带隙材料与非晶硅组成叠层电池结构，可更充分地利用太阳光谱。因为μc—Si和p01y—Si比a—SiGe具有更窄的光学带隙（1.12ev），用a—Si/μc—Si和a—Si/po1y—Si叠层结构代替a—Si/a-SiGe/a—SiGe三结叠层结构，可将电池光谱响应长波限从目前的0.9pm扩展到1.1pm，如(www.chuimin.cn)

此可把太阳能的利用率提高10%以上，加之po1y—Si和μc—Si比a—SiGe具有更好的稳定性将使电池的稳定效率有更大的提高，目前a-Si/Uc叠层太阳电池的稳定效率已达到12%，a—Si/poly—Si叠层太阳电池的稳定效率为11.5%。大面积优质多晶（微晶）硅薄膜的获得及与非晶硅电池的最佳匹配，将使硅基薄膜太阳电池性能产生突破性进展。

硅基薄膜太阳电池的发展趋势

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