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光电子技术论文
硅光电池——我们日常生活中的太阳
能电池
光电池也称为光伏电池。它既可以作为电源,又可以作为光电检测器件。作为电源使用的光电池,主要是直接把太阳的辐射能转换为电能,称为太阳能电池。
常见的光电池有硅光电池、硒光电池、硫化镉光电池、***化镓光电池,还有硫化***电池等。其中硅光电池、因其价格便宜、光电转换效率高、光谱响应宽(很适合红外探测)、寿命长、稳定性好、频率特性好、能奈高能辐射、、等优秀的特点,备受人们关注。所以,在此本人着重介绍硅光电池。
一、硅光电池的分类:
1) 单晶体硅光电池
单晶体硅光电池用P型(或n型)硅衬底,通过磷(或硼)扩散形成Pn结而制作成的,生产技术成熟,是光伏市场上的主导产品。单晶硅光电池面积有限,目前比较大的为Φ10至20cm的圆片,年产能力46MW/a。目前主要课题是继续扩大产业规模,开发带状硅光电池技术,提高材料利用率。%,-18%,地面用大量生产的在AM1条件下多在11-18%之间。
2)多晶体硅光电池
p-Si(多晶硅,包括微晶)光电池没有光致衰退效应,材料质量有所下降时也不会导致光电池受影响,是国际上正掀起的前沿性研究热点。在单晶硅衬底上用液相外延制备的p-%,经减薄衬底,加强陷光等加工,%,用CVD法制备的转换效率约为 -%。采用廉价衬底的p-Si薄膜生长方法有PECVD和热丝法,或对a-Si:H材料膜进行后退火,达到低温固相晶化,%%的无退化电池。微晶硅薄膜生长与a-Si工艺相容,光电性能和稳定性很高,研究受到很大重视,%。大面积低温p-Si膜与-Si组成叠层电池结构,是提高a-S光电池稳定性和转换效率的重要途径,可更充分利用太阳光谱,理论计算表明其效率可在28%以上,将使硅基薄膜光电池性能产生突破性进展。
3) 非晶体硅光电池
a-Si(非晶硅)光电池一般采用高频辉光放电方法使硅烷气体分解沉积而成的。由于分解沉积温度低,可在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑料片上沉积约1μm厚的薄膜,易于大面积化(×),成本较低,多采用p in结构。为提高效率和改善稳定性,有时还制成三层p in 等多层叠层式结构,或是插入一些过渡层。其商品化产量连续增长,年产能力45MW/a,10MW生产线已投入生产,全球市场用量每月在1
千万片左右,居薄膜电池首位。发展集成型a-Si光电池组件,激光切割的使用有效面积达90%以上,%,大面积大量生产的为8-10%,叠层结构的最高效率为21%。研发动向是改善薄膜特性,精确设计光电池结构和控制各层厚度,改善各层之间界面状态,以
求得高效率和高稳定性。
二、硅光电池的工作原理(简介)
即使是是不同材料制作的硅光电池,它的发电原理也是基本相同的,其能量转换的基础是PN结的光生伏特效应。这里便不得不提及光生伏特效应。
当光照射到PN结上时,产生电子一空穴对,在半导体内部结附近生成的载流子没有被复合而到达空间电荷区, 受内建电场的吸引,电子流入n区,空穴流入p区,结果使n区储存了过剩的电子,p区有过剩的空穴