太阳能电池分类及知识一览

OFweek 太阳能光伏网OFweek 太阳能光伏网 http://solar.ofweek.com太阳能电池分类及知识一览太阳能电池，也称为光伏电池，是将太阳光辐射能直接转换为电能的器件。由这种器件封装成太阳能电池组件， 再按需要将一定数量的组件组合成一定功率的太阳电池方阵， 经与储能装置、 测量控制装置及直流 — 交流变换装置等相配套，即构成太阳电池发电系统，也称为光伏发电系统。太阳能光伏发电最核心的器件是太阳能电池。 而太阳能电池的发展历史已经经过了 160 多年的漫长的发展历史。从总的发展来看，基础研究和技术进步都起到了积极推进的作用， 至今为止， 太阳能电池的基本结构和机理没有发生改变。太阳能电池1.按结构分类? 同质节太阳能电池 ? 异质节太阳能电池 ? 肖特基太阳能电池2.按材料分类? 硅太阳能电池 ? 多元化合物薄膜太阳能电池 ? 有机化合物太阳能电池? 敏化纳米晶太阳能电池 ? 聚合物多层修饰电极型太阳能电池3.按工作方式分类? 平板太阳能电池 ? 聚光太阳能电池 ? 分光太阳能电池p 第一代： 单晶硅和多晶硅两种， 大约占太阳能电池产品市场的 89.9 ％。 第一代太阳能电池基于硅晶片基础之上， 主要采用单晶体硅、 多晶体硅为材料。 其中，单晶硅电池转换效率最高，可达到 18－ 20％，但生产成本高。p 第二代：薄膜太阳能电池，占太阳能电池产品市场的 9.9% ，第二代太阳能电池基于薄膜技术基础之上， 主要采用非晶硅及氧化物等为材料。 效率比第一OFweek 太阳能光伏网OFweek 太阳能光伏网 http://solar.ofweek.com代低，最高的的转化效率为 13％，但生产成本最低。p 第三代：铜铟硒（ CIS）等化合物薄膜太阳能电池及薄膜 Si 系太阳能电池。主要处于实验室生产状态， 由于其的高效率， 低成本而存在潜在庞大的经济效应。1.硅太阳能电池可分为：1） .单晶硅太阳能电池2） .多晶硅薄膜太阳能电池3） .非晶硅薄膜太阳能电池单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池， 是以高纯的单晶硅棒为原料的太阳能电池， 其转换效率最高， 技术也最为成熟。 高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的热加工处理工艺基础上。非晶硅薄膜太阳能电池非晶硅薄膜太阳能电池所采用的硅为 a-Si 。其基本结构不是 pn 结而是 pinOFweek 太阳能光伏网OFweek 太阳能光伏网 http://solar.ofweek.com结。掺硼形成 p 区，掺磷形成 n 区， i 为非杂质或轻掺杂的本征层。突出特点：? 材料和制造工艺成本低。? 制作工艺为低温工艺（ 100-300 ℃） ，耗能较低。? 易于形成大规模生产能力，生产可全流程自动化。? 品种多，用途广。存在问题：光学带隙为 1.7eV→ 对长波区域不敏感 → 转换效率低光致衰退效应：光电效率随着光照时间的延续而衰减解决途径：制备叠层太阳能电池，即在制备的 p-i-n 单结太阳能电池上再沉一个或多个 p-i-n 子电池制得。生产方法：反应溅射法、 PECVD 法、 LPCVD 法。反应气体： H2 稀释的 SiH4 衬底材料：玻璃、不锈钢等OFweek 太阳能光伏网OFweek 太阳能光伏网 http://solar.ofweek.com多晶硅太阳能电池多晶硅薄膜太阳电池是将多晶硅薄膜生长在低成本的衬底材料上， 用相对薄的晶体硅层作为太阳电池的激活层， 不仅保持了晶体硅太阳电池的高性能和稳定性， 而且材料的用量大幅度下降， 明显地降低了电池成本。 多晶硅薄膜太阳电池的工作原理与其它太阳电池一样， 是基于太阳光与半导体材料的作用而形成光伏效应。常用制备方法：? 低压化学气相沉积法（ LPCVD ）? 等离子增强化学气相沉积（ PECVD ）? 液相外延法（ LPPE ）? 溅射沉积法反应气体 SiH2Cl2 、 SiHCl3 、 SiCl4 或 SiH4 ↓ （一定保护气氛下）硅原子沉积在加热的衬底上（ 衬底材料为 Si、 SiO2 、 Si3N4 等 ）OFweek 太阳能光伏网OFweek 太阳能光伏网 http://solar.ofweek.com存在问题：非硅衬底上很难形成较大的晶粒，容易在晶粒间形成空隙解决方法：先用 LPCVD 在衬底上沉炽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，然后再在这层籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜。多晶硅薄膜电池由于所使用的硅较单晶硅少， 又无效率衰退问题， 并且有可能在廉价衬底材料上制备， 其成本远低于单晶硅电池， 而效率高于非晶硅薄膜电池，因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。2.多元化合物薄膜太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓 III-V 族化合物、硫化镉、碲化镉及铜铟硒薄膜电池等。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 III-V 化合物电池的转换效率可达 28% ，砷化镓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。 但是砷化镓材料的价格不菲， 因而在很大程度上限制了用砷化镓电池的普及。OFweek 太阳能光伏网OFweek 太阳能光伏网 http://solar.ofweek.com铜铟硒薄膜电池（简称 CIS ）适合光电转换，不存在光致衰退效应的问题，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。3.有机化合物太阳能电池有机太阳能电池以有光敏性质的有机物作为半导体材料， 以光伏效应而产生电压形成电流。有机太阳能电池按照半导体的材料可以分为单质结结构、 pn 异质结结构和染料敏化纳米晶结构。根据有关调查数据，有机太阳能电池的成本平均只有硅太阳能电池的10%--20% ； 然而， 目前市场上的有机太阳能电池的光电转换效率最高只有 10% ，这是制约其全面推广的主要问题。 因此， 如何提高光电转换率是今后应该解决的重点问题。4.敏化纳米晶太阳能电池染料敏化 TiO2 太阳电池实际上是一种光电化学电池。 1991 年， 瑞士洛桑高等工业学院（ EPFL ）的 Michael Gr? tzel 教授领导的研究小组用廉价的宽带隙OFweek 太阳能光伏网OFweek 太阳能光伏网 http://solar.ofweek.com氧化物半导体 TiO2 制备成纳米晶薄膜， 薄膜上吸附大量羧酸 -联吡啶 Ru（ II） 的配合物的敏化染料， 并选用含氧化还原电对的低挥发性盐作为电解质， 研制成一种称为染料敏化纳米晶太阳能电池 。纳米晶 TiO2 太阳能电池的优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在 10% 以上，制作成本仅为硅太阳电池的 1/5～ 1/10 ，寿命能达到 20 年以上。 但此类电池的研究和开发刚刚起步，估计不久的将来会逐步走上市场。基本原理：染料分子吸收太阳光能跃迁到激发态， 激发态不稳定， 电子快速注入到紧邻的 TiO2 导带， 染料中失去的电子则很快从电解质中得到补偿， 进入 TiO2 导带中的电于最终进入导电膜 ， 然后通过外回路产生光电流。5.聚合物多层修饰电极型太阳能电池以有机聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制造的研究方向。由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本低等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始， 不论是使用寿命， 还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。 能否发展为具有实用意义的产品， 还OFweek 太阳能光伏网OFweek 太阳能光伏网 http://solar.ofweek.com有待于进一步研究探索。