非晶硅太陽(yáng)能電池研究-畢業(yè)論文

1、1非晶硅太陽(yáng)能電池非晶硅太陽(yáng)能電池摘要：隨著煤炭、石油等現(xiàn)有能源的頻頻告急和生態(tài)環(huán)境的惡化使得人類不得不盡快尋找新的清潔能源和可再生資源。其中包括水能、風(fēng)能和太陽(yáng)能，而太陽(yáng)能以其儲(chǔ)量巨大、安全、清潔等優(yōu)勢(shì)使其必將成為21世紀(jì)的最主要能源之一。太陽(yáng)是一個(gè)巨大的能源，其輻射出來(lái)的功率約為其中有被地球截取，這部分能量約有的能量闖過(guò)大氣層到達(dá)地面，在正對(duì)太陽(yáng)的每一平方米地球表面上能接受到1kw左右的能量。目前太陽(yáng)能發(fā)電分為光熱發(fā)電和光伏發(fā)電兩種

2、形式。太陽(yáng)能熱發(fā)電是利用聚光集熱器把太陽(yáng)能聚集起來(lái)，將一定的工質(zhì)加熱到較高的溫度（通常為幾百攝氏度到上千攝氏度），然后通過(guò)常規(guī)的熱機(jī)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電或通過(guò)其他發(fā)電技術(shù)將其轉(zhuǎn)換成電能。光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。目前光—電轉(zhuǎn)換器有兩種：一種是光—伽伐尼電池，另一種是光伏效應(yīng)。由一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能電池片組成的太陽(yáng)能電池板稱為光伏組件，將光伏組件串聯(lián)起來(lái)再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。因?yàn)楣?/p>

3、伏發(fā)電規(guī)模大小隨意、能獨(dú)立發(fā)電、建設(shè)時(shí)間短、維護(hù)起來(lái)也簡(jiǎn)單所以從70年代開(kāi)始光伏發(fā)電技術(shù)得到迅速發(fā)展，日本、德國(guó)、美國(guó)都大力發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)，他們走在了世界的前列，我國(guó)在光伏研究和產(chǎn)業(yè)方面也奮起直追，現(xiàn)在以每年20％的速度迅速發(fā)展。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；太陽(yáng)能電池；硅基太陽(yáng)能電池；非晶硅太陽(yáng)能電池3區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)，也是太陽(yáng)能電池的工作原理。2.2太陽(yáng)能電池種類太陽(yáng)能電池的種類有很多，按材料來(lái)分，有硅基太陽(yáng)能電池

4、（單晶，多晶，非晶），化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池（砷化鎵（GaAs），磷化銦（InP），碲化鎘（CdTe）銅銦鎵硒（CIGS）），有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池(酞青，聚乙炔)，染料敏化太陽(yáng)能電池，納米晶太陽(yáng)能電池；按結(jié)構(gòu)來(lái)分，有體結(jié)晶型太陽(yáng)能電池和薄膜太陽(yáng)能電池。3.硅基太陽(yáng)能電池3.1非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能電池的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題就是：提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本。由于非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)，普遍受到人們的重視并得到迅速發(fā)展，其

5、實(shí)早在70年代初，Carlson等就已經(jīng)開(kāi)始了對(duì)非晶硅電池的研制工作，近幾年它的研制工作得到了迅速發(fā)展，目前世界上已有許多家公司在生產(chǎn)該種電池產(chǎn)品。非晶硅半導(dǎo)體材料的最基本特征是組成原子的排列為長(zhǎng)程無(wú)序、短程有序，原子的鍵合類似晶體硅，形成一種共價(jià)無(wú)規(guī)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這結(jié)構(gòu)，不是無(wú)規(guī)理想的網(wǎng)絡(luò)模型，其中含有一定量的結(jié)構(gòu)缺陷、懸掛鍵、斷鍵和空洞等。非晶硅電池的工作原理與單晶硅電池類似，都是利用半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。與單晶硅電池不同的

6、是，非晶硅電池光生載流子只有漂移運(yùn)動(dòng)而無(wú)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，原因是由于非晶硅結(jié)構(gòu)中的長(zhǎng)程無(wú)序和無(wú)規(guī)網(wǎng)絡(luò)引起的極強(qiáng)散射作用，使載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度很短。如果在光生載流子的產(chǎn)生處或附近沒(méi)有電場(chǎng)存在，則光生載流子受擴(kuò)散長(zhǎng)度的限制，將會(huì)很快復(fù)合而不能吸收。為能有效地收集光生載流子，將電池設(shè)計(jì)成為pin型，其中p層是入射光層，i層是本征吸收層，處在p和n產(chǎn)生的內(nèi)建電場(chǎng)中。當(dāng)入射光通過(guò)p層進(jìn)入i層后，產(chǎn)生電子空穴對(duì)，光生載流子一旦產(chǎn)生后就由內(nèi)建電場(chǎng)分開(kāi)，空穴漂移

7、到p邊，電子飄移到n邊，形成光生電流和光生電壓。非晶硅光學(xué)帶隙為1.7eV使得材料本身對(duì)太陽(yáng)輻射光譜的長(zhǎng)波區(qū)域不敏感，這樣一來(lái)就限制了非晶硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。此外，其光電效率會(huì)隨著光照時(shí)間的延續(xù)而衰減，即所謂的光致衰退SW效應(yīng)，使得電池性能不穩(wěn)定。解決這些問(wèn)題的途徑就是制備疊層太陽(yáng)能電池，疊層太陽(yáng)能電池是由在制備的p、i、n層單結(jié)太陽(yáng)能電池上再沉積一個(gè)或多個(gè)Pin子電池制得的。疊層太陽(yáng)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(wèn)