硅太陽能電池的原理和硅薄膜太陽能電池技術(shù)的介紹

　　硅太陽能電池的原理

　　太陽能電池是利用太陽光和材料相互作用直接產(chǎn)生電能的器件。 能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種， 如： 硅系材料（ 單晶硅、多晶硅、非晶硅） ， 化合物半導(dǎo)體（ 砷化鎵、硒銦銅） 等。 它們的發(fā)電原理基本相同。 此類太陽能電池的工作原理是基于P- N 結(jié)的光生伏打效應(yīng)： 當(dāng)N 型半導(dǎo)體與 P 型半導(dǎo)體通過適當(dāng)?shù)姆椒ńM合到一起時， 在二者的交界處就形成了 P - N 結(jié); 由于多數(shù)載流子的擴散， 形成了空間電荷區(qū)， 并形成一個不斷增強的從 N 型半導(dǎo)體指向 P 型半導(dǎo)體的內(nèi)建電場， 導(dǎo)致多數(shù)載流子反向漂移; 達(dá)到平衡后， 擴散產(chǎn)生的電流和漂移產(chǎn)生的電流相等。 如果光照在 P- N 結(jié)上， 而且光能大于P- N 結(jié)的禁帶寬度， 則在 P- N 結(jié)附近將產(chǎn)生電子- 空穴對。 由于內(nèi)建電場的存在， 產(chǎn)生的非平衡電子載流子將向空間電荷區(qū)兩端漂移， 產(chǎn)生光生電勢， 破壞了原來的平衡。 若在電池兩側(cè)引出電極并接上負(fù)載， 負(fù)載中就有 光生電流 通過， 得到可利用的電能， 這就是太陽能電池發(fā)電的基本原理。 若把幾十個、數(shù)百個太陽能電池單體串聯(lián)、并聯(lián)起來， 組成太陽能電池組件， 在太陽光的照射下， 便可獲得輸出功率相當(dāng)可觀的電能［ 1］

　　硅薄膜太陽能電池技術(shù)

　　硅薄膜太陽能電池依據(jù)材料微結(jié)構(gòu)的不同， 可分為單晶硅（mono - Si） 、多晶硅（ poly- Si） 、非晶硅 （ a- Si： H） 和微晶硅（ ：c- Si:H） 薄膜電池。 單晶硅薄膜太陽能電池是當(dāng)前開發(fā)得最快的一種太陽能電池， 它的構(gòu)造和生產(chǎn)工藝已定型， 產(chǎn)品已廣泛應(yīng)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。 為了降低生產(chǎn)成本， 現(xiàn)在地面應(yīng)用的太陽能電池采用太陽能級的單晶硅棒， 材料性能指標(biāo)有所放寬。 有的也可使用半導(dǎo)體器件加工的頭尾料和廢次單晶硅材料， 經(jīng)過復(fù)拉制成太陽能電池專用的單晶硅棒。 目前單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為 15% 左右; 實驗室成果也有 20% 以上的 ［ 2］ ， 缺點是造價昂貴， 難以大面積制做在非硅襯底上。 多晶硅薄膜電池性能穩(wěn)定且轉(zhuǎn)換效率較高， 但通常需要采用長時間熱處理工藝， 需要能夠耐受高溫的硼硅玻璃或陶瓷材料作為襯底， 同時還面臨材料性能改善的技術(shù)挑戰(zhàn)。 盡管由澳大利亞新南威爾士大學(xué)和太平太陽電力有限公司聯(lián)合開發(fā)的玻璃基底多晶硅薄膜太陽能電池在制備技術(shù)上獲得了難能可貴的成功， 并已在德國CSG2I 公司實施了產(chǎn)業(yè)化， 但基于制造成本等多方面的考慮， 多晶硅薄膜電池現(xiàn)階段尚不足以作為商業(yè)化薄膜太陽電池的最佳選擇。 非晶硅太陽能電池工藝成熟、成本低， 且無原料瓶頸。 非晶硅薄膜太陽能電池是薄膜太陽能電池中最成熟的產(chǎn)品， 其加工原理為使用硅烷（ SiH4） 等離子體分解法， 通過在硅烷摻雜乙硼烷（ B2H6） 和磷化氫（ PH3） 等氣體， 在低成本基板上（ 玻璃、不銹鋼） 低溫成膜。 其主要優(yōu)點是成本低、制備方便.