硅太陽能電池簡介

太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。太陽能電池按結(jié)晶狀態(tài)可分為結(jié)晶系薄膜式和非結(jié)晶系薄膜式兩大類，而前者又分為單結(jié)晶形和多結(jié)晶形。以光電效應(yīng)工作的薄膜式太陽能電池為主流，而以光化學(xué)效應(yīng)工作的濕式太陽能電池則還處于萌芽階段。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。

一、單晶硅太陽能電池

單晶硅大陽能電池在硅系列太陽能電池中轉(zhuǎn)換效率zui高，技術(shù)也zui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)的電池主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)化效率主要是靠單晶硅表面微結(jié)構(gòu)處理和分區(qū)摻雜工藝。國內(nèi)北京太陽能研究所積極進(jìn)行晶體硅太陽能電池的研究和開發(fā)，研制的平面單晶硅電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到19.79%，刻槽埋柵電極晶體硅電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)8.6%。單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率zui高使其在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)供應(yīng)中占據(jù)著主導(dǎo)地位，但由于受單晶硅材料價格及相應(yīng)的繁瑣的電池工藝影響，致使單晶硅成本價格居高不下，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。

二、多晶硅薄膜太陽能電池

通常的晶體硅太陽能電池是在厚度350－450μm的高質(zhì)量硅片上制成的，這種硅片從提拉或澆鑄的硅錠上鋸割而成。因此實際消耗的硅材料更多。為了節(jié)省材料，人們從70年代中期就開始在廉價襯底上沉積多晶硅薄膜，但由于生長的硅膜晶粒大小，未能制成有價值的太陽能電池。為了獲得大尺寸晶粒的薄膜，人們一直沒有停止過研究，并提出了很多方法。目前制備多晶硅薄膜電池多采用化學(xué)氣相沉積法，包括低壓化學(xué)氣相沉積和等離子增強化學(xué)氣相沉積工藝。此外，液相外延法和濺射沉積法也可用來制備多晶硅薄膜電池。液相外延法的原理是通過將硅熔融在母體里，降低溫度析出硅膜。中國光電發(fā)展技術(shù)中心采用液相外延法在冶金級硅片上生長出硅晶粒，并設(shè)計了一種類似于晶體硅薄膜太陽能電池的新型太陽能電池，稱之為“硅粒”太陽能電池，但有關(guān)性能還不是很清楚。由于多晶硅薄膜電池所使用的硅遠(yuǎn)較單晶硅少，又無效率衰退問題，并且有可能在廉價襯底材料上制備，其成本遠(yuǎn)低于單晶硅電池，而效率高于非晶硅薄膜電池，因此多晶硅薄膜電池不久將會取代單晶硅電池在太陽能電地市場上占據(jù)主導(dǎo)地位。

三、非晶硅薄膜太陽能電池

提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本是開發(fā)太陽能電池的兩個關(guān)鍵。由于非晶硅薄膜太陽能電池的成本低，便于大規(guī)模供應(yīng)，普遍受到人們的重視并得到迅速發(fā)展。非晶硅作為太陽能材料盡管是一種很好的電池材料，但由于其光學(xué)帶隙為1.7eV，使得材料本身對太陽輻射光譜的長波區(qū)域不敏感，這樣一來就限制了非晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。此外，其光電效率會隨著光照時間的延續(xù)而衰減，即所謂的光致衰退S一W效應(yīng)，使得電池性能不穩(wěn)定。解決這些問題的這徑就是制備疊層太陽能電池，疊層太陽能電池是由在制備的p、i、n層單結(jié)太陽能電池上再沉積一個或多個P-i-n子電池制得的。疊層太陽能電池提高轉(zhuǎn)換效率、解決單結(jié)電池不穩(wěn)定性的關(guān)鍵問題在于它把不同禁帶寬度的材科組臺在一起，提高了光譜的響應(yīng)范圍；頂電池的i層較薄，光照產(chǎn)生的電場強度變化不大，保證i層中的光生載流子抽出；底電池產(chǎn)生的載流子約為單電池的一半，光致衰退效應(yīng)減小；疊層太陽能電池各子電池是串聯(lián)在一起的。

單結(jié)非晶硅太陽能電池的zui高轉(zhuǎn)換效率是在小面積（0．25cm2）電池上取得的。南開大學(xué)的耿新華等采用工業(yè)用材料，以鋁背電極制備出面積為20X20cm2、轉(zhuǎn)換效率為8．28％的a－Si/a－Si疊層太陽能電池。非晶硅太陽能電池因其較高的轉(zhuǎn)換效率和較低的成本及重量輕等特點，有著極大的潛力。但同時由于它的穩(wěn)定性不高直接影響了它的實際應(yīng)用。如能進(jìn)一步解決穩(wěn)定性問題及提高轉(zhuǎn)換率，非晶硅太陽能電池必將成為太陽能電池的主要發(fā)展產(chǎn)品之一。