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1、简述非晶硅薄膜太阳电池为什么用p-i-n结构？由于非晶硅材料具有独特的性质，所以其太阳电池结构不同于晶体硅中的简单的p-n结结构，而是p-i-n结构。这是因为非晶 硅材料属于短程有序、长程无序的晶体结构，对载流子有很强的散射作用，导致载流子的扩散长度很短，使得光生载流子在 太阳电池中只有漂移运动而无扩散运动。因此，单纯的非晶硅p-n结中，隧道电流往往占主导地位，使其呈电阻特性，而无 整流特性，也就不能制作太阳电池。为此，要在p层与n层之间加入较厚的本征层i,以扼制其隧道电流，所以，为了解决 光生载流子由于扩散限制而很快复合（即隧道电流）的问题，非晶体硅薄膜太阳电池一般被设计成pin结构，其中p
2、为入射 光层，i为本征吸收层，n为基层地。简述表面钝化常用的方法有哪些？表面氧钝化和氢钝化，表面钝化工艺有：掺氯氧化法、磷硅玻璃钝化法、氮化硅钝化法、三氧化二铝钝化法、半绝缘多晶硅钝化法、低压化学气相 淀积钝化法、金属氧化物钝化法、有机聚合物钝化法、玻璃钝化法等数十种钝化方法。Pin电池片和nip电池片由于其制膜顺序完全相反，各有自己的特点： 从大的不同点说起话，顺序为pin电池片的透明电极在nip电池片里是背面电极，在接近表面的一侧。在基片上形 成的透明电极是氧化物，在形成微晶电池片时，有被氢原子还原的担心，pin型电池片的最佳吸收宽度会变窄。nip型在金属 基片或绝缘基片上形成金属薄膜，可
3、形成微晶硅，由于不受氢还原的影响，在高温下也可形成膜，可以扩大最佳吸收宽度。 从集成结构的观点来看，pin用的是与非晶相类似的集成化技术，有可能形成超级线性集成结构，nip电池片要和非 晶硅电池片一样形成超级线性结构，在同一基片上叠层时，要用与Cu （In, Ga） Se2太阳能电池同样的方法集成。简述CIS和CIGS系太阳能电池的新进展表现在哪些地方。（P119）1）Cd自由缓冲层。关于不用Cd的缓冲层的开发研究，目前是相当活跃的。使用CIGS系太阳能电池时，Cd的的绝对量是 非常少的，是住宅应用时几乎不产生问题的用量，但对于环保的太阳能电池还是应该考虑尽量避免使用。2）柔性基片。最近，使用
4、柔性基片的CIGS太阳能电池的开发正在活跃进行中。这类基片除了用薄膜基片进行连续生长外， 在宇宙应用上也期待有很大的市场。CIGS太阳能电池，在高能量粒子存在的宇宙空间中，为了显示高度的安定性能，如果 重量轻的柔性基片能制造高效率的太阳能电池，空间应用时重要的W/kg比就可以达到极大值。3）S系、Al系等新材料。可作为太阳能电池相应禁带宽度的钙硫化铁矿半导体是很多的，除了Cu （InGa） Se2系外，人们对 CuInS2也有很高的兴趣。在CuInS2系中，目前小面积可达到12%的转换效率。最近，人们更感兴趣的材料还有Cu （In-Al） Se2系，由于Al容易被氧化，是很难处理的材料，故只得
5、到了与Ga系接近的16.9%的转化效率。4）聚光电池片。标准状态下CIGS电池片的聚光的工作效率为17.9%，当聚光倍率增加，开放电压也提高，聚光倍率14时 可得到21.5%的转换效率。5）宇宙空间应用。目前知道的太阳能电池中，按Si、GaAs、InP的顺序，可得到高耐放射性的实验结果，但已明确，CIGS 比InP具有更强的受耐性oSchock等人用初期效率为10%的CuInS2薄膜太阳能电池,即使用10MeV的质子照射（3*1016p/cm2）， 电气性能也能维持在初期值的85%以上。6）4端子串联的高效化。小面积CIGS系太阳能电池的转换效率为19%，为了实现串联太阳能电池，有必要对开发较
6、迟缓的 宽禁带宽度的材料的高品质化加快进程，根据这一组合，有望达到将来25%的转化效率。为了实现串联结构，有必要在隧道 结合部开发禁带宽度更广的P型透明导电膜。什么是LPE法？并对该法作简单描述。 什么是MOCVD法？并对该法作简单描述。 GaAs单晶（外延）薄膜的制备技术：1）液相外延（LPE）制备GaAs薄膜单晶：GaAs液相外延就是将GaAs溶解在Ga的饱和溶液中，然后覆盖在衬底表面，随 着温度的缓慢降低，析出的GaAs原子沉积在衬底表面，逐渐长成GaAs的单晶层，其厚度可以从几百纳米到几百微米。2）有机金属化学气相生长（沉积）（MOCVD）外延制备GaAs薄膜单晶：制备GaAs薄膜单晶
7、是利用氢气作为载体，利用三 甲基镓（TMGa）或三乙基镓和砷烷（AsH3）为原材料，在反应室内相互作用分解，然后在衬底上制备出外延薄膜。其化学 反应方程式为（CH3） 3Ga+AsH3GaAs+3CH4。3）分子束外延（MBE :论述题1请从材料、性能及制造结构等方面，阐述单晶硅、多晶硅、非硅硅及微晶硅薄膜太阳能电池的相同点和不同点，并简单地 介绍一下硅太阳能电池的现状及发展前景。（与晶体硅相比，非晶硅薄膜具有下列特征和性质）：1）晶体硅的原子是在三维 空间上周期性、有规律地重复排列，具有原子长程有序的特点；而非晶硅的原子在数纳米甚至更小的范围内呈有限的短程周 期性的重复排列；从长程结构来看，
8、原子排列是无序的。2）晶体硅由连续的共价键组成，而非晶硅虽然也是由共价键组成 的，价电子被束缚在共价键中，满足外层8电子稳定结构的要求，而且每个原子都具有4个共价键，呈四面体结构。但其共 价键显示连续的无规则的网络结构。3）单晶硅的物理性质是各向异性，即在各个晶相其物理特性有微小差异；而多晶硅、 微晶硅、纳米硅的晶相呈多向性，所以，其物理特性是各向同性；非晶硅的结构也决定了其物理性质具有各向同性。4）从 能带结构上看，非晶硅的能带不仅有导带、价带和禁带，而且有导带尾带、价带尾带，其缺陷在能带中引入的缺陷能级也比 晶体硅中显著，如硅中含有大量的悬挂键，会在禁带中引入深能级，取决于非晶硅结构的无序
9、程度。其电子输送性质也与晶 体硅有区别，出现了跃迁导电机制，电子和空穴的迁移率很小。对电子而言，只有1cm2/(Vs)；对空穴而言，约为0lcm2/ (Vs)。5)晶体硅为间接带隙结构，而非晶硅为准直接带隙结构，所以，非晶硅的光吸收系数大。而且，带隙宽度也不是 晶体硅的1.12eV，氢化非晶硅薄膜的带隙宽度为1.7eV。并且，非晶硅的带隙宽度可以通过不同的合金连续可调，其变化范 围为1.42.0eV。6)在一定范围内，取决于制备技术，通过改变合金组分和掺杂浓度，非晶硅的密度、导电率、能隙等性质 可以连续变化和调整，易于实现新性能材料的开发和优化。7)非晶硅比晶体硅具有更高的晶格势能，因此在热力
10、学上处于 亚稳状态，在适合的热处理条件下，非晶硅可以转化为多晶硅、微晶硅和纳米硅。实际上，后者的制备常常通过非晶硅的晶 化而来。硅太阳能电池的现状及发展前景：有机太阳能的研究现状：当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成 为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。而太阳能电池便是一个 很好的应用。无机：这种无机原料太阳能电池造价昂贵，因而与其他一些能源发电比起来缺乏竞争力。(纵然如此研究者也不在少数)。有机太阳能电池的发展前景：当大多数新型太阳能电池还处在实验阶段，其能效却已被不断夸大的时候，有机材料太阳能电池能够降低发电成本的潜能
11、已 经被实实在在地发掘并开始为人们所用，因为这些有机材料的半导体可以被大量生产并灵活运用于各个领域。如今，世界各地的科学家和工程师们都在努力发展这一技术以更早达到商业化的目标。全球太阳能电池产业1994-2004年10年里增长了 17倍，太阳能电池生产主要分布在日本、欧洲和美国。2006年全球太阳能电池安装规模已达1744MW，较2005年成长19%，整个市场产值已正式突破100亿美元大关。 2007年全球太阳能电池产量达到3436MW，较2006年增长了 56%。中国对太阳能电池的研究：中国对太阳能电池的研究起步于1958 年, 20世纪80年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池 生产线，使
12、中国太阳能电池生产能力由原来的3个小厂的几百kW 下子提升到4个厂的4.5MW,这种产能一直持续到2002 年，产量则只有2MW左右。到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。事实上，人们已经用上太阳能，不过其成本大约是传统电力的三倍。一一前者的成本是每千瓦1822美分，而传统电力的价 格仅为每千瓦510美分。这说明，转换率不是最重要的，低成本的获取能源才是大家的目的。随着技术的进步，例如利用“塑 料”太阳能电池来取代比较昂贵的硅太阳能电池，美国能源部认为太阳能成本将在
13、几年内降至常规电力的水平。由此可以看 出，太阳能电池市场前景广阔。1) GaAs具有最佳禁带宽度1.424eV，与太阳光谱匹配良好，具有高的光电转换理论效率，是很好的高效太阳电池材料。2) 由于禁带宽度相对较大，可在较高温度下工作。3) GaAs材料对可见光的吸收系数高，使绝大部分的可见光在材料表面2um 以内就被吸收，电池可采用薄层结构，相对节约材料。4)高能粒子辐射产生的缺陷对GaAs中的光生电子-空穴复合的影响 较小，因此电池的抗辐射能力较强。5)较高的电子迁移率使得在相同的掺杂浓度下，材料的电阻率比Si的电阻率小，因此 由电池电阻引起的功率损耗较小。6) p-n结自建电场较高，因此光照
14、下太阳电池的开路电压较高。所以GaAs的单结和多结 太阳电池具有光谱响应特性好、空间应用寿命长、可靠性高的优势，尽管成本高，但在空间电源方面有较大的应用。从m- v族半导体太阳能电池的材料成本、性能等，请阐述薄膜太阳电池和聚光型太阳电池的目前发展现状及未来发展方向。 (P126-138)III-V族化合物电池片不仅因效率高的特长而引人注目，而且有低价格、重量轻的特点，因此可进行薄膜化设计。在Si基片 上的GaAs单结电池片上，达到了 AM0效率18.3%, AM1.5的效率为20.2%。聚光型太阳电池：用凸透镜和反射镜的太阳光聚光技术，能够提高太阳能电池的转换效率，且可使太阳能电池材料的使用量
15、 下降，因此，具有节省资源、低成本化的特点。m-V族太阳能电池的新进展：多结结构太阳能电池的高效率化研究正在不断取得进展。在Ge基片上的InGaP/GaAs 2结电 池及InGaP/GaAs/Ge 3结电池已作为空间太阳能电池得到了规模化生产。作为下一代超高效率太阳能电池，可以考虑3、4 结结构的带聚光方式的太阳能电池。作为3结结构的太阳能电池，最理想的是禁带宽度为1.93eV/l42eV/l05eV材料的组合。 如果考虑InGaP/InGaAs/Ge结构是现实的；作为4结结构的太阳能电池，2 eV/1.42 eV/1.05 eV/0.7 eV组合有望得到高效率， 可以考虑(Al) InGaP
16、/GaAs/leV/Ge 等结构。根据由NREL制造的3、4结结构太阳能电池的转换效率的数学解析，3结电池的理论转换效率AM1.5、500倍聚光为46.5%； AM0、无聚光为38.5%。4结电池的理论转换效率AM1.5直达光、500倍聚光为52.5%； AM0、无聚光为40.5%。为了进一步实现高效率化，对于生长条件、过程条件、材料物性以及装置结构的详细解析是很重要的。Ge基片上的34结 电池的实现，有希望在Si异质延伸生长上创造出突破性的技术。用于聚光型太阳能电池的聚光型光伏发电系统，有望低成本化，第一代晶体硅太阳能电池、第二代增加的薄膜太阳能电池， 作为第三代的太阳能光伏发电系统，聚光型太阳能电池是最令人期待的。从色素增感型太阳电池的性能、成本及新型色素增感的开发，请阐述色素增感型太阳电池目前的发展现状及未来的发展前景。 P151153Craetzel教授等人使用N3
