太阳能电池及材料研究和发展现状
太阳能电池用硅材料的研究现状与发展趋势
太阳能电池用硅材料的研究现状与发展趋势一、本文概述随着全球能源结构的转型和环保意识的日益增强，可再生能源的开发和利用已经成为当今世界的重要议题。
其中，太阳能作为一种清洁、无污染、可持续的能源形式，受到了广泛关注。
太阳能电池作为将太阳能转化为电能的关键设备，其性能与材料的选择密切相关。
硅材料因其优异的半导体性能、丰富的储量以及相对成熟的生产工艺，成为了太阳能电池的主流材料。
本文旨在探讨硅材料在太阳能电池领域的研究现状，分析其在不同应用场景下的性能特点，并展望其未来的发展趋势。
本文将对硅材料的基本性质进行介绍，包括其晶体结构、电子特性以及光学性质等，为后续的研究提供理论基础。
我们将详细分析当前硅材料在太阳能电池中的应用现状，包括不同类型的硅太阳能电池（如单晶硅、多晶硅、非晶硅等）的优缺点、制造工艺以及光电转换效率等方面的内容。
我们还将探讨硅材料在柔性太阳能电池、异质结太阳能电池等新型电池技术中的应用前景。
在此基础上，本文将深入探讨硅材料研究的最新进展，包括纳米硅材料、硅基复合材料以及表面改性技术等新型硅材料的开发与应用。
这些新技术和新材料的出现，为硅太阳能电池的性能提升和成本降低提供了新的可能性。
我们将对硅材料在太阳能电池领域的发展趋势进行展望，探讨未来硅材料研究的方向和重点，以期为推动太阳能电池的持续发展和广泛应用提供参考。
二、硅材料的性质及其在太阳能电池中的应用硅是一种半导体材料，具有独特的电子结构，使其成为太阳能电池的理想选择。
硅的禁带宽度适中（约为1电子伏特），可以吸收可见光及近红外光区的太阳光，使其具有较高的光电转换效率。
硅材料还具有丰富的储量、良好的稳定性和相对较低的成本，这些因素使得硅成为商业化太阳能电池中最广泛使用的材料。
硅材料主要分为单晶硅、多晶硅和非晶硅三种类型。
单晶硅具有最高的光电转换效率，但成本也相对较高；多晶硅成本较低，效率略低于单晶硅；非晶硅则以其低廉的成本和易于大规模生产的特性而受到关注，但其光电转换效率相对较低。
太阳能光伏技术研发及应用现状与前沿
太阳能光伏技术研发及应用现状与前沿太阳能光伏技术是当前最为热门的新能源技术之一，在世界范围内得到了广泛应用和推广。
以下为太阳能光伏技术的研发及应用现状与前沿的相关参考内容：1. 研发现状（1）晶薄太阳能电池技术晶薄太阳能电池技术是近年来快速发展的一种新型电池技术，其具有体积小、重量轻、柔性好、透明性高等优点，在建筑物、交通工具等领域有广泛应用前景。
（2）高效太阳能电池技术高效太阳能电池技术是目前太阳能光伏技术研发的热点之一，主要集中在晶体硅太阳能电池与薄膜太阳能电池等方面。
研究人员通过材料优化、外延生长技术、光学设计等手段，不断提高太阳能电池的转化效率和稳定性，使其在实际应用中具有更高的性价比和可靠性。
（3）钙钛矿太阳能电池技术钙钛矿太阳能电池技术是一种新兴的太阳能电池技术，在高效性和较低生产成本方面具有潜在优势。
目前研究人员已经通过材料改进和制备工艺优化等措施，使得钙钛矿太阳能电池的转化效率逐步提高，并在实验室条件下达到了超过25%的高效率。
2. 应用现状（1）太阳能光伏电站太阳能光伏电站是目前太阳能光伏技术最为成熟的应用之一，其集中式装置能够实现大规模电力供应，具有内部化风险少、经济效益高等优点。
目前全球已建成的太阳能光伏电站已经突破1000GW，其中新能源光伏发电占比逐年增大。
（2）户用太阳能光伏发电系统户用太阳能光伏发电系统是近年来得到广泛应用的分布式光伏电站，其具有方便快捷、灵活可调等优点，能够满足家庭、企事业单位等不同需求的供电需求。
目前，我国已建成众多的户用太阳能光伏发电系统，为新能源的普及和推广做出了重要贡献。
3. 应用前沿（1）光伏-储能技术光伏-储能技术是近年来新兴的技术热点之一，其能够解决光伏电站存在的间歇性供电问题，提高太阳能的利用效率和经济效益。
目前，光伏-储能技术已经在我国多个城市实现了应用，并取得显著成效。
（2）可穿戴太阳能光伏设备可穿戴太阳能光伏设备是太阳能光伏技术应用的新型领域，包括太阳能手表、太阳能背包、太阳能充电宝等多种应用形式。
太阳能电池的研究现状及发展前景
太阳能电池的研究现状及发展前景太阳能电池是一种将太阳光能直接转化为电能的器件。
它是现代清洁能源领域中备受瞩目的技术之一。
随着对环境污染和非可再生能源的担忧日益增加，太阳能电池作为一种可持续发展和环保的选择，正变得越来越热门。
本文将介绍太阳能电池的研究现状及发展前景。
一、太阳能电池的研究现状太阳能电池是利用半导体材料制成的电池，其工作原理是将光子能量转化为电子能量。
现在最常用的太阳能电池是硅基太阳能电池。
硅基太阳能电池已发展了几十年，其效率已经逐渐接近极限。
然而，硅基太阳能电池的成本仍然比较高，对大规模应用来说仍然不够经济实惠。
为了降低成本同时提高太阳能电池的效率，研究人员正在寻找替代性材料。
一些新兴材料被广泛研究，如钙钛矿、有机太阳能电池和复合太阳能电池等。
其中，钙钛矿太阳能电池由于其高效率和低成本而备受关注。
与硅基太阳能电池相比，钙钛矿太阳能电池不但具有更高效率，而且材料成本也更便宜。
因此，钙钛矿太阳能电池被认为是一种有望在未来大规模应用的技术。
二、太阳能电池的发展前景随着对环境污染和非可再生能源的担忧日益增加，太阳能电池作为一种可持续发展和环保的选择越来越受到重视。
据国际能源机构预测，到2030年，太阳能电力将成为全球电力消费量中最大的单一来源之一。
在未来几年中，太阳能电池技术将继续发展，效率将逐步提高，成本也将进一步下降。
此外，在不断涌现的新材料和新技术的推动下，太阳能电池将不断完善，性能将不断提升。
总的来说，太阳能电池是一种前景广阔的清洁能源技术。
它可以为世界各地的人们提供可靠、廉价的电力，同时帮助我们减少对环境的破坏，降低对化石燃料的依赖。
因此，在国际上，太阳能电池技术被认为是实现可持续发展的关键技术之一。
三、结语太阳能电池作为一种可持续发展和环保的技术，已经成为了清洁能源领域中备受瞩目的一种技术。
虽然目前太阳能电池的研究仍在进行之中，但已经取得了很大的进展。
未来，随着新材料和新技术的涌现，太阳能电池将变得更加高效、便宜和可靠，同时也将为我们提供更多的清洁能源选择。
太阳能电池技术的研究现状和未来
太阳能电池技术的研究现状和未来太阳能电池作为一种清洁、环保、可再生的能源源，近年来引发了广泛的关注和研究。
随着科技的发展和应用逐渐成熟，太阳能电池的性能和效率也在不断提升。
本文将从太阳能电池的基本原理出发，述说太阳能电池技术的研究现状、未来发展和应用前景。
太阳能电池的基本原理太阳能电池也叫光电池，是将太阳能转化为电能的一种设备。
太阳能电池的基本结构由P型半导体、N型半导体和界面组成。
当太阳光线照射到P型半导体和N型半导体交界处时，会产生一定的电场，使得自由电子从N型半导体向P型半导体移动，从而产生电流。
太阳能电池的电流与电池面积成正比，与太阳辐照度和电池温度之积成正比，与太阳照射面的倾角、方向和阴影的影响成反比。
太阳能电池的研究现状随着太阳能电池技术的不断发展和变革，其效率和运行性能也有了巨大的提升。
目前，太阳能电池主要分为单晶硅、多晶硅、非晶硅、染料敏化晶体管和钙钛矿太阳能电池等多种类型。
其中，钙钛矿太阳能电池是近年来发展的一种新型太阳能电池，在效率和成本等方面均有很大的潜力。
单晶硅太阳能电池是较早的一种太阳能电池，其效率较高，但成本较高。
多晶硅太阳能电池的效率略低于单晶硅太阳能电池，但成本更便宜。
非晶硅太阳能电池是一种薄膜太阳能电池，其成本和制造难度低，但效率较低。
染料敏化太阳能电池是一种新型太阳能电池，其效率和成本均有很大潜力。
钙钛矿太阳能电池是一种效率非常高的太阳能电池，且成本相对较低，具有广阔的应用前景。
太阳能电池的未来发展太阳能电池是一种非常有前途的新能源，其在未来的应用前景也十分广阔。
随着环保意识的逐步提高，太阳能电池的需求量也将逐渐增加。
在未来，太阳能电池的主要发展方向包括以下几个方面：增强效率：太阳能电池的效率是目前研究的热点之一，提高效率可能是太阳能电池未来的主要发展方向。
目前，钙钛矿太阳能电池具有较高的效率，成为了太阳能电池研究的一大热点。
降低成本：太阳能电池虽然具有广泛的应用前景，但其成本较高，制约了其在大规模应用方面的发展。
太阳能电池的发展现状
太阳能电池的发展现状近年来，太阳能作为一种可再生能源备受关注。
而太阳能电池作为太阳能的直接转化器，发展也日益迅猛。
本文将从太阳能电池的发展历程、现有技术、未来发展方向等方面对太阳能电池的发展现状进行探讨。
一、太阳能电池的发展历程太阳能电池的发展历程可以追溯至19世纪末期。
当时，人们已经认识到一种名为光电效应的现象。
这一现象指的是电子在光照射下从物质表面被发射出来的现象。
而在20世纪初期，太阳能电池首次面世。
最初的太阳能电池利用的是硒化铜（Cu2Se）和硒化铟（In2Se3）等元素材料。
这些材料在光照射下会释放电子，并产生电流。
随着技术的不断推进，太阳能电池的效率也逐渐提高。
20世纪50年代，美国贝尔实验室发明了硅太阳能电池。
这种太阳能电池可将光能转换为电能。
同时，由于硅是地球上最常见的物质之一，因此也成为了太阳能电池主要的材料。
二、现有技术目前，太阳能电池主要采用的是硅材料和非晶硅材料两种技术。
硅太阳能电池是目前世界上应用最广泛的太阳能电池之一。
而非晶硅太阳能电池虽然效率不如晶体硅太阳能电池，但其成本较低，可以通过大面积卷材制作，更适合大规模应用。
此外，还有一些新型太阳能电池技术也在快速发展中。
例如有机太阳能电池，其通过有机半导体材料将光能转化为电能。
有机太阳能电池具有重量轻、生产成本低、可弯曲等特点，因此被视为未来太阳能电池的发展方向之一。
此外，还有钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池等新型太阳能电池技术都在不断研究中。
三、未来发展方向太阳能电池正迎来一个新的发展阶段。
在人们的共同努力下，太阳能电池效率不断提高，成本不断下降。
太阳能电池已经成为可再生能源的代表，未来发展前景广阔。
未来的太阳能电池将继续追求高效率、低成本、环保等特点。
有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池等新型太阳能电池技术将会得到更广泛的应用。
太阳能电池的产业链也将逐渐完善，从太阳能电池的生产、安装、维护等方面进行全面升级。
总的来说，太阳能电池正进入一个新的快速发展阶段。
有机太阳能电池技术的现状与未来发展
有机太阳能电池技术的现状与未来发展太阳能是最为常见的可再生能源之一，但是常规太阳能电池的生产成本较高，效率也不高，因此有机太阳能电池技术的出现便是一个重要的突破。
有机太阳能电池是一种新型的可再生能源，具有较低的成本、可塑性、透明性、轻量化等优势，目前已经成为了许多科学研究的关注焦点。
一、有机太阳能电池技术的现状有机太阳能电池是将有机分子进行修饰后形成的薄膜材料，分为多种类型例如聚合物太阳能电池、小分子太阳能电池以及染料敏化太阳能电池等。
这些材料可塑、轻便，可以用于制造含有曲面和可弯曲构件的新型设备，以及建筑设计。
此外，有机太阳能电池还可以在室内或室外环境中产生电能，无需额外的电力供应。
聚合物太阳能电池（PSC）是目前研究的重点之一。
它通过构建由聚合物链组成的纳米结构，使电子和空穴能够分离并形成电流。
这种材料光谱范围广，制备简单，可连续制备大面积的器件，适合商业应用。
PSC充分利用了聚合物链的分子链距离、宽深，可以实现光谱范围开发与电子传输的优化。
此外，小分子太阳能电池（SMC）也是一种有机太阳能电池。
与PSC不同的是，SMC是由小分子组成的材料，具有易扩散和高迁移率的特点，其光谱范围有限，适用于特定的应用场景。
SMC的发展空间也在逐步被发掘着。
染料敏化太阳能电池（DSSC）利用了染料吸收光的原理，在锗或氧化锌中生成光生电荷，实现电能转换，它目前最为成熟的应用领域是薄膜太阳能电池板。
DSSC具有美感、透明度高、制作工艺简单等特点，对建筑材料应用非常有前景。
二、未来有机太阳能电池技术的发展有机太阳能电池具有广阔的发展前景。
目前，为了提高材料的光吸收效率和光电转换效率，研究人员正在开发新的有机分子结构及其组合方式。
聚合物及小分子太阳能电池的发展路线是改进电子迁移行为、增强稳定性和制备高效量子点共生材料。
同时，跨出单一有机太阳电池的局限性，实现多元化的应用场景和集成、节能需求。
例如，利用有机太阳能电池制造的柔性屏幕、太阳能电池板等逐渐诞生。
太阳能电池技术发展现状及未来趋势
太阳能电池技术发展现状及未来趋势太阳能电池是一种利用太阳能转化为电能的设备，是可再生能源领域的关键技术之一。
随着人们对清洁能源需求的不断增加，太阳能电池技术也得到了长足的发展。
本文将对太阳能电池技术的现状及未来趋势进行探讨。
当前，太阳能电池技术已经取得了许多重大突破，使之成为可靠的替代传统能源的选择。
目前市场上主流的太阳能电池技术包括单晶硅、多晶硅、薄膜太阳能电池等。
单晶硅太阳能电池以其高转换效率和长寿命在市场上占据一定比例，但其制造成本较高。
多晶硅太阳能电池具有较低的制造成本和较高的效率，是目前应用最广泛的太阳能电池技术之一。
薄膜太阳能电池则具有柔性、轻便的特点，但其转换效率相对较低。
在技术发展方面，太阳能电池技术正在朝着提高转换效率、降低成本、增强可持续性和适应多种应用等方向发展。
研究人员正在不断探索新材料和新结构，以提高太阳能电池的效率。
例如，针对传统硅基电池的限制，研发人员开始探索钙钛矿太阳能电池。
钙钛矿太阳能电池具有较高的转换效率和较低的制造成本，被视为未来重要的技术突破。
此外，有机太阳能电池也被广泛研究，具有制备工艺简单和低成本的优势，但其稳定性和效率仍然需要进一步提升。
另外，太阳能电池的成本也一直是制约其广泛应用的主要因素之一。
随着技术进步和规模效应的不断发挥，太阳能设备的制造成本得到了明显下降。
同时，一些新型太阳能电池材料的研发也有望降低成本。
例如，钙钛矿太阳能电池的低制造成本和高效率使其成为替代传统太阳能电池的有力竞争者。
随着钙钛矿技术的进一步成熟，太阳能电池的价格将显著下降，进一步推动其市场应用。
除了提高效率和降低成本，太阳能电池技术还将朝着提高可持续性和适应多种应用的方向发展。
在可持续性方面，研究人员正在探索使用环境友好和可再生的材料制造太阳能电池，以减少对环境的影响。
同时，太阳能电池与能源储存技术的结合也是发展的重要方向之一。
通过储能技术，太阳能可以在光照不足或夜间继续供应电力，使太阳能电池系统更加可靠、灵活。
太阳能电池产业的现状和发展
太阳能电池产业的现状和发展
太阳能电池产业是全球新能源领域的重要组成部分，得益于政策支持、技术进步和市场需求的增长，目前正处于快速发展阶段。
现状主要体现在以下几个方面：
1. 技术突破：太阳能电池的转换效率不断提升，新型材料如钙钛矿等的研发也取得显著进展，使得电池成本下降，性能提高。
2. 产业链完善：从上游原材料供应到中游电池片生产，再到下游光伏电站建设和运营，整个产业链条已经相当成熟。
3. 市场规模扩大：随着环保意识增强和可再生能源政策推动，全球太阳能电池市场持续增长，预计未来几年将保持10%左右的年均增长率。
4. 商业模式创新：除了传统的集中式电站，分布式发电、光伏+储能等多元化商业模式也在逐渐兴起。
5. 国际竞争加剧：中国、美国、欧洲等地的企业在技术研发和市场份额争夺上激烈竞争。
未来的发展趋势主要表现在以下几点：
1. 技术革新将持续推动产业升级，高效、低成本的太阳能电池将成为主流。
2. 政策引导和支持将对行业发展起到关键作用，包括补贴、税收优惠以及可再生能源配额制度等。
3. 储能技术的进步将解决太阳能发电的间歇性问题，进一步提升其竞争力。
4. 分布式光伏发电将在全球范围内得到更广泛的应用，尤其是在电力需求增长迅速的地区。
5. 随着能源互联网的发展，太阳能电池将与电动汽车、智能家居等形成互动，为构建绿色低碳社会做出贡献。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第１９卷第５期２００６年９月浙江万里学院学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＺｈｅｊｉａｎｇＷａｎｌｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶ０１．１９Ｎｏ．５Ｓｅｐ．２００６太阳能电池及材料研究和发展现状汪建军，刘金霞（浙江万里学院，宁波３１５１０１）摘要：文章介绍了不同材料的太阳能电池，如单晶硅、多晶硅、多晶硅薄膜、非晶硅薄膜、ＣｕｌｎＳｅ２、ＣｄＴｅ、染料敏化等太阳电池主要制各工艺、典型结构与特性．简要说明不同电池商品化生产情况及光伏产业发展趋势．关键词：太阳能电池；高效电池；光伏产业中图分类号：ＴＫ５１２文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－－２２５０（２００６）０５一００７３—０５收稿日期：２００６－－０１一ｌｌ作者简介：汪建军，浙江万里学院基础学院实验师；刘金霞，浙江万里学院基础学院副教授．太阳能是人类取之不尽，用之不竭的可再生能源，它不产生任何环境污染，是清洁能源．太阳光辐射能转化电能是近些年来发展最快，最具活力的研究，人们研制和开发了不同类型的太阳能电池．太阳能电池其独特优势，超过风能、水能、地热能、核能等资源，有望成为未来电力供应主要支柱．制造太阳能电池材料的禁带宽度＆应在１．１ｅＶ．１．７ｅＶ之间，以１．５ｅＶ左右为佳，最好采用直接迁移型半导体，较高的光电转换效率（以下简称“效率”），材料性能稳定，对环境不产生污染，易大面积制造和工业化生产．１９５４年美国贝尔实验室研制了世界上第一块实用半导体太阳能电池，不久后用于人造卫星．经近半个世纪努力，人们为太阳电池的研究、发展与产业化做出巨大努力．硅太阳电池于１９５８年首先在航天器上得到应用．在随后ｌＯ多年里，空间应用不断扩大，工艺不断改进．２０世纪７０年代初，硅太阳电池开始在地面应用，到７０年代末地面用太阳电池产量已经超过空间电池产量，并促使成本不断降低．８０年代初，硅太阳电池进入快速发展，开发的电池效率大幅度提高，商业化生产成本进一步降低，应用不断扩大．２０世纪８０年代中至今，薄膜太阳能电池研究迅速发展，薄膜电池被认为大幅度降低成本的根本出路，成为今后太阳能电池研究的热点和主流，并逐步向商业化生产过渡．１不同材料太阳电池分类及特性简介太阳能电池按材料可分为品体硅太阳电池、硅基薄膜太阳电池、化合物半导体薄膜太阳电池和光电化学太阳电池等几大类．开发太阳能电池的两个关键问题就是：提高效率和降低成本．１．１晶体硅太阳电池晶体硅太阳电池是ＰＶ（Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ）市场上的主导产品，优点是技术、工艺最成熟，电池转换效率高，性能稳定，是过去２０多年太阳电池研究、开发和生产主体材料．缺点是生产成本高．在硅电池研究中人们探索各种各样的电池结构和技术来改进电池性能，进一步提高效率．如发射极钝化、背面局部扩散、激光刻槽埋栅和双层减反射膜等，高效电池在这些实验和理论基础上发展起来的…．１．２硅基薄膜太阳电池多晶硅（ｐｌｏｙ．Ｓｉ）薄膜和非晶硅（ａ．Ｓｉ）薄膜太阳电池可以大幅度降低太阳电池价格．多晶硅薄膜电池优点是可在廉价的衬底材料上制备，其成本远低于晶体硅电池，效率相对较高，不久将会在ＰＶ市场上占据主导地位．非晶硅是硅和氢（约１０％）的一种合金，具有以下优点：它对阳光的吸收系数高，活性层只有ｌｌａｍ厚，材料的需求量大大减少，沉积温度低（约２００℃），可直接沉积在玻璃、不锈钢和塑料膜等廉价的衬底材料上，生产成本低，单片电池面积大，便于工业化大规模生产．缺点是由于非晶硅材料光学禁带宽度为１．７ｅＶ，对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，限制了非晶硅电池的效率，且其效率会随着光照时间的延续而衰减（即光致衰退），使电池性能不稳定．７４浙江万里学院学报２００６年９月１．３化合物半导体薄膜太阳电池化合物半导体薄膜太阳电池主要有铜铟硒（ＣＩＳ）和铜铟镓硒（ＣＩＧＳ）、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ等，它们都是直接带隙材料，带隙宽度Ｅ在１．１．６ｅＶ之间，具有很好大范围太阳光谱响应特性．所需材料只要几个微米厚就能吸收阳光的绝大部分，是制作薄膜太阳电池的优选活性材料．ＧａＡｓ带隙宽度１．４５ｅＶ，是非常理想直接迁移型半导体ＰＶ材料，在ＧａＡｓ单晶衬底上生长单结电池效率超过２５％，但价格也高，用于空间瞠。
．ＣＩＳ和ＣＩＧＳ电池中所需ＣＩＳ、ＣＩＧＳ薄膜厚度很小（约２ｕｍ），吸收率高达１０５／ｃｍ．ＣＩＳ电池的带隙Ｅ为１．０４ｅＶ，是间接迁移型半导体，为了提高效率，只要将Ｇａ替代ＣＩＳ材料中部分Ｉｎ，形成Ｃｕｌｎｌ．。
ＧａｘＳｅ２（简称ＣＩＧＳ）四元化合物，掺Ｇａ目的将带隙宽度＆调到１．５ｅＶ，因而ＣＩＧＳ电池效率高∞。
．ＣＩＳ和ＣＩＧＳ电池由于廉价、高效、性能稳定和较强的抗辐射能力得到各国ＰＶ界的重视，成为最有前途新一代太阳电池，非常有希望在未来十年大规模应用［３－４］．缺点是Ｓｅ、Ｉｎ都是稀有元素，大规模生产材料来源受到一定限制．ＣｄＴｅ电池的带隙Ｅ。
为１．５ｅＶ，光谱响应与太阳光谱十分吻合，性能稳定，光吸收系数极大，厚度为１１．ｔｍ的薄膜，足以吸收大于ＣｄＴｅ禁带能量的辐射能量的９９％，是理想化合物半导体材料，理论效率为３０％哺１，是公认的高效廉价薄膜电池材料，一直被ＰＶ界看重．缺点是Ｃｄ有毒，会对环境产生污染．因此ＣｄＴｅ电池用在空间等特殊环境．１．４染料敏化Ｔｉｏｚ纳米薄膜太阳电池１９９１年瑞士Ｇｒａｔｚｅｌ教授以纳米多孔Ｔｉ０２为半导体电极，以Ｒｕ络合物作敏化染料，并选用１２／１３．氧化还原电解质，发展了一种新型的染料敏化Ｔｉ０２纳米薄膜太阳电池（简称ＤＳＣ）．ＤＳＣ具有理论转换效率高，透明性高，廉价成本和简单工艺等优点，实验室光电效率稳定在１０％以上∞１．缺点是使用液体电解质，带来使用不便以及对环境影响．染料敏化Ｔｉ０２纳米化学太阳能电池受到国内外科学家的重视．目前对它的研究处于起步阶段，近年来成为世界各国争相开发研究热点．２不同材料太阳电池主要制备工艺、典型结构、效率比较分析２．１单晶硅太阳电池单晶硅太阳电池制备和加工工艺：一般以高纯度单晶硅棒原料，有的也用半导体碎片或半导体单晶硅的头尾料，经过复拉制成太阳电池专用的单晶硅棒．在电弧炉中用碳还原石英砂制成纯度约９９％冶金级半导体硅，然后将它在硫化床反应器进行化学反应，使其杂质水平低于１０‘１０％，达到电子级半导体硅要求．将单晶硅棒切成厚约３００ｕｍ硅片作太阳电池原料片，通过在硅片上掺杂和扩散，硅片上形成了ｐｎ结，然后采用丝网印刷法，将银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面上涂减反射膜，这样，单晶硅太阳电池单体片就制成了．经检验后的单体片按需要规格组装成太阳电池组件（太阳电池板），用串联和并联的方法构成一定输出开路电压和短路电流．２．２多晶硅太阳电池浇铸多晶硅技术是降低成本的重要途径之一，该技术省去昂贵单晶拉制过程，用纯度低的硅作投炉料，耗料、耗电较小．铸锭工艺主要有定向凝固法和烧铸法两种．定向凝固法：将硅料放在坩埚中加以熔融，从坩埚底部通上冷源形成一定温度梯度，使固液界面从坩埚底部向上移动形成晶锭．烧铸法：选择多晶块料或单晶硅头尾料，破碎后用１：５氢氟酸和硝酸混合液进行适当腐蚀，用离子水冲洗呈中性，并烘干．用石英坩埚装好多晶硅材料，加入适量硼硅，放入烧铸炉，在真空状态下加热熔化，熔化后保温２０ｍｉｎ，然后注入石墨铸模中，待慢慢凝固冷却后得多品硅锭．晶体硅太阳电池典型结构、效率等如表１所示ｕ’“．表１国内外高效晶体硅太阳电池比较２．３多晶硅薄膜太阳电池通常的晶体硅太阳电池是在厚度３５０－－一４５０ｌａｍ的高质量硅片上制成的，实际消耗的硅材料较多．为了节省材料，人们从２０世纪７０年代中期就开始在廉价的衬底上沉积多晶硅薄膜，第５期汪建军，刘金霞：太阳能电池及材料研究和发展现状７５用相对薄晶体硅层作电池激活层．目前制备多晶硅薄膜电池工艺方法主要有以下几种：化学气相沉积（ＣＶＤ）法；低压化学气相沉积（ＬＰＣＶＤ）法；等离子增强化学气相沉积（ＰＥＣｖＤ）法；液相外延（ＬＰＥ）法；快速热ＣＶＤ（ＲＴＣＶＤ）法；溅射沉积（ＰＳＭ）法等．ＣＶＤｊ亡艺：以Ｓｉｌｌ２Ｃ１２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｈ或ＳｉＨ４作反应气体，在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在加热的衬底上，衬底材料一般选用Ｓｉ、Ｓｉ０２、ＳｉａＮ４等．但研究发现，在非硅衬底上很难形成较大的晶粒，并且容易在晶粒间形成空隙．解决这一问题办法是先用ＬＰＣＶＤ法在衬底上沉积一层较薄的非晶硅层，再将这层非晶硅层退火，得到较大的晶粒，然后再在这层晶粒上沉积厚的多晶硅薄膜．该工艺中区熔再结晶（ｚＭＲ）技术无疑是很重要的一个环节．２．４非晶硅薄膜太阳电池非晶硅薄膜太阳电池典型制备工艺：一般用高频辉光放电、ＰＥＣＶＤ等方法制各．辉光放电法是将石英容器抽成真空，充入氢气或氩气稀释硅烷（ＳｉＨ４），用射频电源加热，使硅烷电离形成等离子体．非晶硅薄膜就沉积在被加热的衬底上．若在硅烷中掺入适量氢化磷或氢化硼，可得ｎ型或Ｐ型非晶硅膜．非晶硅中由于原子排列缺少结晶硅的规则性，缺陷多．为此，要在Ｐ层与ｎ层之间加入较厚的本征层ｉ，非品硅薄膜电池一般具有ｐ．ｉ．ｎ结构．为了提高光电效率和改善稳定性，通常制备ｐ．ｉ．ｎ／ｐ．ｉ－ｎ／ｐ．ｉ．ｎ叠层太阳能电池，叠层太阳电池是在制备的ｐ．ｉ．ｎ单结太阳能电池上再沉积一个或多个ｐ．ｉ．ｎ形成的双结或三结非晶硅薄膜电池．非晶硅太阳电池在玻璃（ｇｌａｓｓ）衬底上沉积透明导电膜（ＴＣＯ），然后依次用等离子反应沉积ｐ．ｉ．ｎ三层非晶硅，再蒸镀铝（ＡＩ）电极．光从玻璃入射，电池电流从导电膜和铝引出，双结非晶硅薄膜电池结构为ｇｌａｓｓ／ＴＣＯ／ｐ．ｉ．１１／ｐ．ｉ．ｎ／ＺｎＯ／Ａｇ／ＡＩ，衬底为不锈钢和塑料膜等．为了增加短波区的光谱响应，采用梯度膜层的ａ－ＳｉＣ窗口涂层和微晶硅Ｐ膜层；为了增加长波区的光谱响应，采用绒面ＴＣＯ膜、绒面多层背反射电极（ＺｎＯ／Ａｇ／Ａ１）和多带隙叠层结构，从而提高光电转换效率伸１．表２为多晶硅薄膜太阳电池比较ｕ川，表３为非晶硅薄膜太阳电池及组件比较哺１．表２多晶硅薄膜太阳电池比较衬底薄膜制各方法效率研究机构ＳｉＬＰＣＶＤ、ＺＭＲ１９．Ｏ％德国ＦｒａｕｎｈｏｆｅｒＳｉＬＰＣＶＤ、ＺＭＲ１６．４％日本三菱公司一ＬＰＥ法１６．４％新南威尔士大学玻璃Ｐｉｎ结构ＰＥＣＶＤ１２．０％日本Ｋａｎｅｋａ公司曼ｉ≥丛堕璺∑Ｑ！！：垡ｊ！塞奎堕墼婴塞匝表３非晶硅薄膜太阳电池及组件比较结构面积／ｃｍ２稳定效率研究机构２．５ｃＩｓ和ＣＩＧＳ薄膜太阳电池ＣＩＳ电池薄膜的生长工艺主要有真空蒸发法、铜铟合金膜的硒化处理法等．蒸发法是采用各自的蒸发源蒸镀铜、铟和硒，硒化处理法是使用Ｈ２Ｓｅ叠层膜硒化，但该法难以得到均匀的ＣＩＳ．ＣＩＳ电池结构：金属栅状电极，减反射膜／窗口层（ＺｎＯ）／过渡层（ＣｄＳ）／光吸收层（ＣＩＳ）／金属背电极（ＪⅥＯ）／衬底．经过多年研究，ＣＩＳ电池发展了不同结构，主要差别在于窗口的选择．ＣＩＳ薄膜电池从８０年代初８％的效率发展到目前的１５％左右ｂ１．ＣＩＳ薄膜太阳电池具有价格低廉、性能良好和制作工艺简单等优点，将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向．ＣＩＧＳ制备工艺有共蒸法和硒化法哺３．共蒸法是在衬底上用Ｃｕ、Ｉｎ和（Ｇａ）Ｓｅ进行蒸发、反应；硒化法是先在衬底上生长Ｃｕ、Ｉｎ（Ｇａ）层，再在Ｓｅ气氛中硒化．成膜方法有溅射法、近空间升华（ＣＳＳ）法、ＭＯＣＶＤ法、电沉积法等，大面积商业化生产采用磁控溅射法．ＣＩＧＳ基本结构：ｇｌａｓｓ／Ｍｏ／ＣＩＧＳ／ＣｄＳ／ＺｎＯ．美国能源部可再生能源实验室（ＮＲＥＬ）于１９９９年研制出效率为１８．８％ＣＩＧＳ电池，目前ＣＩＧＳ效率达１９．２％憎１．２．６ＣｄＴｅ薄膜太阳电池ＣｄＴｅ薄膜生长工艺主要有：丝网印刷烧结法，真空蒸发法，近空间升华法，电镀沉积法等．丝网印刷烧结法：由含ＣｄＴｅ、ＣｄＳ浆料进行丝网印刷ＣｄＴｅ、ＣｄＳ膜，然后在６００＂～７００ｌ℃可控气氛下进行热处理１ｈ得大晶粒薄膜．近空间升华法：采用玻璃作衬底，衬底温度５００＂～６００℃，沉积速率１０１１ｍ／ｍｉｎ．真空蒸发法：将ＣｄＴｅ从约７００℃加热钳埚中升华，冷凝在３００＂～４００℃衬底上，典型沉７６浙江万里学院学报２００６年９月积速率ｌｎｍ／ｓ．以ＣｄＴｅ吸收层，ＣｄＳ作窗口层半导体异质结电池的典型结构：减反射膜／玻璃／（Ｓｎ０２：Ｆ）／ＣｄＳ／Ｐ．ＣｄＴｅ／背电极．ＣｄＴｅ电池实验室效率１６．４％，商业化电池平均效率８％．１０％旧１．２．７染料敏化Ｔｉｏｚ纳米薄膜太阳电池Ｔｉ０２纳米太阳电池制备：先合成Ｔｉ０２纳米粒子，合成方法很多，包括液相水解法、气相火焰法、ＴｉＣｌ４气相氧化法、溶胶凝胶法等，多数用水解法，然后将制得Ｔｉ０２纳米粒子微粒均匀涂于导电玻璃上，在室温干燥１０ｍｉｎ，在５０℃下处理１５ｍｉｎ，再以２０．５０℃／ｍｉｎ的速率升温至４５０℃处理３０ｍｉｎ，冷却后得１０１ｘｍ厚纳米多孔Ｔｉ０２膜¨０。