薄膜太阳能电池原理及优缺点

   |    2019年12月16日  |   中国太阳能光伏网  |    0 条评论  |    229

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薄膜太阳能电池原理及优缺点

薄膜太阳能电池可以使用在价格低廉的陶瓷、石墨、金属片等不同材料当基板来制造,形成可产生电压的薄膜厚度仅需数μm,目前转换效率最高可以达13%。薄膜太阳能电池原理是什么?薄膜太阳能电池优缺点有哪些?

通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350-450μm的高质量硅片上制成的,下面我们一起来看看薄膜太阳能电池原理及优缺点。

薄膜太阳能电池

薄膜太阳能电池原理及优缺点

种类

材料为无机盐,其主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。

碲化镉

硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高,成本较单晶硅电池低,并且也易于大规模生产,但由于镉有剧毒,会对环境造成严重的污染,因此,并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。

砷化镓

砷化镓(GaAs)III-V化合物电池的转换效率可达28%,GaAs化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率,抗辐照能力强,对热不敏感,适合于制造高效单结电池。但是GaAs材料的价格不菲,因而在很大程度上限制了用GaAs电池的普及。

薄膜太阳能电池

铜铟硒

铜铟硒薄膜电池(简称CIS)适合光电转换,不存在光致衰退问题,转换效率和多晶硅一样。具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点,将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向。唯一的问题是材料的来源,由于铟和硒都是比较稀有的元素,因此,这类电池的发展又必然受到限制。

光伏发电就是利用半导体技术,直接将太阳光转化为电能。太阳能是一种清洁、高效的可再生能源,能广泛应用于家庭发电系统和大型商业光伏项目等诸多领域。

晶体硅是太阳能电池大规模生产中最常用的原材料,通常包括单晶硅和多晶硅。目前晶体硅太阳能电池约占整个太阳能市场90%左右的市场份额。

在各类薄膜太阳能电池中,预计能实现规模化生产的是硅基薄膜,CIS和CdTe,其中CIS薄膜太阳能电池制造过程中由于要用到稀有金属硒,使得大规模的生产的成本比较高,而且CIS的生产工艺十分复杂,给大规模生产也造成了一定的困难,所以目前时机还未完全成熟。至于CdTe薄膜太阳能电池,由于其原材料中的“镉”被证实是一种致癌物质,所以与太阳能电池的绿色能源特性有些许冲突,另外其原材料中的“碲”,价格也比较贵。所以相比来说,硅基薄膜电池更适合大规模化生产。

薄膜太阳能电池

薄膜太阳能电池优缺点

薄膜型太阳能电池由于使用材料较少,就每一模块的成本而言比起堆积型太阳能电池有着明显的减少,制造程序上所需的能量也较堆积型太阳能电池来的小,它同时也拥有整合型式的连接模块,如此一来便可省下了独立模块所需在固定和内部连接的成本。未来薄膜型太阳能电池将可能会取代现今一般常用硅太阳能电池,而成为市场主流。非晶硅太阳能电池与单晶硅太阳能电池或多晶硅太阳能电池的最主要差异是材料的不同,单晶硅太阳能电池或多晶硅太阳能电池的材料都疏,而非晶硅太阳能电池的材料则是SiH4,因为材料的不同而使非晶硅太阳能电池的构造与晶硅太阳能电池稍有不同。

SiH4最大的优点为吸光效果及光导效果都很好,但其电气特性类似绝缘体,与硅的半导体特性相差甚远,因此最初认为SiH4是不适合的材料。但在1970年代科学家克服了这个问题,不久后美国的RCA制造出第一个非晶硅太阳能电池。虽然SiH4吸光效果及光导效果都很好,但由于其结晶构造比多晶硅太阳能电池差,所以悬浮键的问题比多晶硅太阳能电池还严重,自由电子与电洞复合的速率非常快;此外SiH4的结晶构造不规则会阻碍电子与电洞的移动使得扩散范围变短。基于以上两个因素,因此当光照射在SiH4上产生电子电洞对后,必须尽快将电子与电洞分离,才能有效产生光电效应。所以非晶硅太阳能电池大多做得很薄,以减少自由电子与电洞复合。由于SiH4的吸光效果很好,虽然非晶硅太阳能电池做得很薄,仍然可以吸收大部分的光。

薄膜太阳能电池

非晶硅薄膜型太阳能电池的结构不同于一般硅太阳能电池,如图9所示,其主要可分为三层,上层为非常薄(约为0.008微米)且具有高掺杂浓度的P+;中间一层则是较厚(0.5?1微米)的纯质层(Intrinsiclayer),但纯质层一般而言通常都不会是完全的纯质(Intrinsic),而是掺杂浓度较低的n型材料;最下面一层则是较薄(0.02微米)的n。而这种p+-i-n的结构较传统p-n结构有较大的电场,使得纯质层中生成电子电洞对后能迅速被电场分离。而在P+上一层薄的氧化物膜为透明导电膜(TransparentConductingOxide:TCO),它可防止太阳光反射,以有效吸收太阳光,通常是使用二氧化硅(SnO2)。非晶硅太阳能电池最大的优点为成本低,而缺点则是效率低及光电转换效率随使用时间衰退的问题。因此非晶硅太阳能电池在小电力市场上被广泛使用,但在发电市场上则较不具竞争力。

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