非晶矽太陽能電池教學講義

1、非晶矽太陽能電池的發(fā)展及其演進非晶矽太陽能電池的發(fā)展及其演進n在1970年代美國RCA公司率先利用矽烷作為基本原料，來研製出第一個非晶矽太陽能電池，其吸光以及光導電特性是較優(yōu)良。然而，其結晶構造是比單晶矽的以及多晶矽的要來得差的進而促使其擴散距離變短的。 n非晶矽所存在的懸浮鍵數(shù)量，比單晶矽的以及多晶矽的要來多的，因而造成電子以及電洞的再復合速率變快，使非晶矽太陽能電池的能量轉換效率變差的。一般的解決方式，是將太陽能電池的非晶矽薄膜作得很薄的，以減少電子以及電洞的再復合作用產(chǎn)生。n目前，一般商業(yè)化太陽電池的種類，有單晶矽、多晶矽以及非晶矽等三種。n現(xiàn)階段的商品化太陽電池的應用，主要仍是以單晶矽

2、的以及多晶矽的等兩種結晶矽為主。n在2004年，單晶矽的、多晶矽的、以及非晶矽的市場佔有率，分別地是28.6%、56.0%、以及3.4%。非晶矽太陽能電池基本結構非晶矽太陽能電池基本結構抗反射薄膜層玻璃基板透明導電薄膜層p- S i型i- S i型p- S i G e型i- S i G e型n- S i G e型背面反射層n- S i型A g / A l 電極抗反射薄膜層玻璃基板透明導電薄膜層p- S i型i- S i型n- S i型p- S i G e型i- S i G e型n- S i G e型p- S i型i- S i型n- S i型背面反射層A g / A l 電極- S i : H-

3、 S i G e: H- S i : H- S i G e: H- S i : H( a ) 兩層式( b ) 三層式抗反射薄膜層玻璃基板透明導電薄膜層p- S i型i- S i型p- S iG e型i- S iG e型n- S iG e型背面反射層n- S i型A g / A l 電極抗反射薄膜層玻璃基板透明導電薄膜層p- S i型i- S i型n- S i型p- S iG e型i- S iG e型n- S iG e型p- S i型i- S i型n- S i型背面反射層A g / A l 電極- S i : H- S iG e : H- S i : H- S iG e : H- S i :

4、H( a ) 兩層式( b ) 三層式nppni厚度 (t)光p光厚度 (t)ndf(J )電子擴散電流dr(J )電子漂移電流pdf(J )電洞漂移電流dr(J )漂移電流Staebler-Wronski EffectStaebler-Wronski Effectn又稱為光輻射性能衰退效應。n太陽光照射之後的短時間之內(nèi)，其光電轉換性能會大幅地衰退，其衰退的程度約為10.0%30.0%。n解決光輻射性能衰退效應，一般是使用多層堆疊排列方式，來形成多層式薄膜太陽能電池元件。也有使用光浴處理 (Light Soaking) 以及150C的熱處理，使非晶矽薄膜太陽能電池的轉換效率，回復穩(wěn)定。非晶矽太

5、陽能電池特性非晶矽太陽能電池特性單晶矽非晶矽多晶矽n非晶矽對於太陽光的吸收大於結晶矽500倍，故只需要薄薄的一層，就可以將光子的能量有效地吸收，而且不需要使用昂貴的結晶矽基板，可以使用較便宜的玻璃、陶瓷、或金屬等基板。n結晶矽太陽電池的面積，將受限於矽晶圓錠的尺寸大小，而無法延伸至12吋以上的大面積生產(chǎn)。n在周邊環(huán)境的溫度方面，在夏季時分的溫度是較高的，非晶矽薄膜太陽能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量是較高的，而結晶矽太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量反而是較小的，此乃因為非晶矽薄膜太陽能電池的溫度係數(shù)(0.26%/C)，是小於結晶矽太陽能電池的(0.50%/C)。n非晶矽太陽能電池元件的優(yōu)點，有生產(chǎn)成本較低的、封裝

6、製程可省略、生產(chǎn)效率較高的、產(chǎn)品種類多樣化、以及應用範圍較廣的等。n其缺點方面則有戶外裝設之後，初期使用的光劣化效應，而使輸出功率減少15.0%20.0%、光電轉換效率較低的、時效性老化的明顯、以及壽命較短的等。n非晶矽太陽能電池未來的研究發(fā)展方向，有光劣化效應抑制及其安定化、低生產(chǎn)成本化、堆疊式結構、薄膜層薄化、以及軟性透明非晶矽太陽電池等。薄膜非晶矽太陽能電池製作技術薄膜非晶矽太陽能電池製作技術薄膜型非晶矽太陽能電池元件的製作方法：薄膜型非晶矽太陽能電池元件的製作方法：n液相磊晶液相磊晶 (Liquid Phase Epitaxy, LPE)(Liquid Phase Epitaxy, L

7、PE)n低壓化學蒸鍍低壓化學蒸鍍 (Low Pressure CVD, LP-CVD)(Low Pressure CVD, LP-CVD)n常壓化學蒸鍍常壓化學蒸鍍 (Atmosphere Pressure CVD, AP-CVD)(Atmosphere Pressure CVD, AP-CVD)n電漿強化化學蒸鍍電漿強化化學蒸鍍 (Plasma Enhanced CVD, PE-CVD)(Plasma Enhanced CVD, PE-CVD)n離子輔助化學蒸鍍離子輔助化學蒸鍍 (Ion Assisted CVD, IA-CVD)(Ion Assisted CVD, IA-CVD)n熱線化學

8、蒸鍍熱線化學蒸鍍 (Hot Wire CVD, HW-CVD)(Hot Wire CVD, HW-CVD)非晶矽太陽能電池模組製程技術非晶矽太陽能電池模組製程技術填充材前面或正面玻璃配線金屬線背面保護板透明樹脂太陽能電池晶胞(1) 填充材(3) 配線(5) 金屬框盒組立(2) 太陽能電池胞(4) 樹脂填充背面保護(6) 模組完成太陽能電池及模組充電控制電路量測電路電壓安定電路防逆流二極體二次電池蓄電次系統(tǒng)n以相同的發(fā)電量及轉換效率的模組系統(tǒng)而言，非晶矽薄膜太陽能電池光電發(fā)電系統(tǒng)裝設的總面積，大於結晶矽太陽能電池光電發(fā)電系統(tǒng)的3倍以上。n就非晶矽薄膜太陽能電池光電發(fā)電系統(tǒng)而言，光電轉換效率是小於

9、結晶矽太陽能電池的；相對地，所需裝設的面積是較大的。n唯有提高非晶矽薄膜太陽能電池的光電轉換效率，才可使裝設此發(fā)電系統(tǒng)所需的總面積，相當於結晶矽太陽能電池光電發(fā)電系統(tǒng)的。透明導電薄膜材料及其特性透明導電薄膜材料及其特性適用於太陽能電池之透明導電薄膜電極特性要求：n1.高的光透過率n2.低的表面電阻值n3.好的歐姆接觸電極n4.組織化表面結構n5.安定的化學特性n透明導電薄膜成形的材料，有摻雜3.010.0 wt% 氧化錫的氧化銦，以及銦錫合金等兩種。n銦錫氧化物 (Indium Tin Oxide，In2O3-SnO2，ITO) 是一種n型的半導體材料。n其結晶形態(tài)、導電特性、以及光學性等，均受到化學成份、氧分壓、氧 /Ar分壓比、濺鍍電功率、成膜溫度、以及成膜方式等所影響的，特別地是氧分壓的調(diào)節(jié)以及控制。銦錫氧化物透明導電薄膜成形的方法：n濺鍍法