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1、 毕业设计（论文）题目 非晶硅太阳能电池研究 学 院光伏工程学院专业 班 级 姓名 学号 指导教师 完成日期 目录摘要11.引言12.太阳能电池概述12.1.太阳能电池原理12.2 太阳能电池种类22.3 太阳能电池发展趋势23硅基太阳能电池 23.1 单晶硅太阳能电池2 3.2多晶硅薄膜太阳能电池 23.3 非晶硅薄膜太阳能电池33.4 三种太阳能电池性能分析和亟待解决的问题53.4.1 性能分析53.4.2 需要解决的问题53.5光伏系统的特殊应用53.5.1 空间应用 53.6发展中国家的光伏发电64.非晶硅太阳电池的发展历程64.1非晶硅太阳电池的诞生64.1.2理论上的突破 64.2
2、 非晶硅太阳电池的初期发展74.2.1初期的技术进步和繁荣74.2.2a-SI太阳电池的优势74.3非晶硅太阳电池技术完善与提高84.3.1 叠层电池技术84.3.2新材料探索 84.3.3新技术探索 84.3.4新制备技术探索94.4非晶硅太阳电池的未来发展94.4.1现有a-Si太阳电池产业的市场开发94.4.2技求进一步发展的方向 105.国内外非晶硅太阳能电池产业及市场分析 10 5.1 世界光伏产业总体发展趋势 105.2 非晶硅系列太阳能电池发展迅猛115.2.1 非晶硅材料转换效率约68%125.2.2 薄膜硅原料需求低且发电效率高125.3 国内太阳能电池产业发展现状及主要问题
3、126 结论137谢辞138参考文献14摘要：随着煤炭、石油等现有能源的频频告急和生态环境的恶化使得人类不得不尽快寻找新的清洁能源和可再生资源。其中包括水能、风能和太阳能，而太阳能以其储量巨大、安全、清洁等优势使其必将成为21世纪的最主要能源之一。太阳是一个巨大的能源，其辐射出来的功率约为 其中有 被地球截取，这部分能量约有 的能量闯过大气层到达地面，在正对太阳的每一平方米地球表面上能接受到1kw左右的能量。目前太阳能发电分为光热发电和光伏发电两种形式。太阳能热发电是利用聚光集热器把太阳能聚集起来，将一定的工质加热到较高的温度（通常为几百摄氏度到上千摄氏度），然后通过常规的热机动发电机发电或通
4、过其他发电技术将其转换成电能。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。目前光电转换器有两种：一种是光伽伐尼电池，另一种是光伏效应。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件，将光伏组件串联起来再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。因为光伏发电规模大小随意、能独立发电、建设时间短、维护起来也简单所以从70年代开始光伏发电技术得到迅速发展，日本、德国、美国都大力发展光伏产业，他们走在了世界的前列，我国在光伏研究和产业方面也奋起直追，现在以每年20的速度迅速发展。关键词: 光伏发电 太阳能电池 硅基太阳能电池 非晶硅太阳能电池1.引言1976年卡尔
5、松和路昂斯基报告了无定形硅（简称a一Si）薄膜太阳电他的诞生。当时、面积样品的光电转换效率为24。时隔20多年，a一Si太阳电池现在已发展成为最实用廉价的太阳电池品种之一。非晶硅科技已转化为一个大规模的产业，世界上总组件生产能力每年在50MW以上，组件及相关产品销售额在10亿美元以上。应用范围小到手表、计算器电源大到10Mw级的独立电站。涉及诸多品种的电子消费品、照明和家用电源、农牧业抽水、广播通讯台站电源及中小型联网电站等。a一Si太阳电池成了光伏能源中的一支生力军，对整个洁净可再生能源发展起了巨大的推动作用。非晶硅太阳电他的诞生、发展过程是生动、复杂和曲折的，全面总结其中的经验教训对于进一
6、步推动薄膜非晶硅太阳电池领域的科技进步和相关高新技术产业的发展有着重要意义。况且，由于从非晶硅材料及其太阳电池研究到有关新兴产业的发展是科学技术转化为生产力的典型事例，其中的规律性对其它新兴科技领域和相关产业的发展也会有有益的启示。本文将追述非晶硅太阳电他的诞生、发展过程，简要评述其中的关键之点，指出进一步发展的方向。2.太阳能电池概述2.1.太阳能电池原理太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应把光能转化成电能的装置。太阳能电池以光电效应工作的结晶体太阳能电池和薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。所谓
7、光生伏特效应就是当物体受到光照时，物.1.体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。为了理解太阳能电池的运做，我们需要考虑材料的属性并且同时考虑太阳光的属性。太阳能电池包括两种类型材料，通常意义上的P型硅和N型硅。在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体掺杂了能俘获电子的硼、铝、镓、铟等杂质元素，那么就构成P型半导体。如果在硅晶体面中掺入能够释放电子的磷、砷、锑等杂质元素，那么就构成了N型半导体。若把这两种半导体结合在一起，由于电子和空穴的扩散，在交接面处便会形成PN结，并在结的两边形成内建电场。太阳光照在半导体 p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电
8、场的作用下，空穴由n 区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应，也是太阳能电池的工作原理。2.2 太阳能电池种类太阳能电池的种类有很多，按材料来分，有硅基太阳能电池（单晶，多晶，非晶），化合物半导体太阳能电池（砷化镓（GaAs），磷化铟（InP），碲化镉（CdTe）, 铜铟镓硒（CIGS），有机聚合物太阳能电池(酞青，聚乙炔)，染料敏化太阳能电池，纳米晶太阳能电池；按结构来分，有体结晶型太阳能电池和薄膜太阳能电池。2.3 太阳能电池发展趋势市场发展的需求和发电成本降低的需要是太阳能光伏技术发展的“原动力”；同时，技术进步也是促进光伏产业发展的重要因素。几十年来，围绕
9、着降低成本的各种研究工作取得了辉煌成就，表现在电池效率不断提高、硅片厚度持续减薄、新材料应用、产业化技术改进等方面，对降低光伏发电成本起到了决定性作用。3硅基太阳能电池3.1 单晶硅太阳能电池 单晶硅太阳能电池是当前开发得最快、应用最为广泛的一种太阳能电池，它的构造和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。其生产工艺流程如下：将单晶硅棒切成片，一般片厚约0.3毫米。硅片经过抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。加工太阳能电池片，首先要在硅片上掺杂和扩散，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行。这样就硅片上形成PN结。然后采用丝网印刷法，精配好的银浆印在硅片上做
10、成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉。因此，单晶硅太阳能电池的单体片就制成了。单体片经过抽查检验，即可按所需要的规格组装成太阳能电池组件（太阳能电池板），用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流。最后用框架和材料进行封装。3.2多晶硅薄膜太阳能电池 通常的晶体硅太阳能电池是在厚度200350m 的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。因此实际消耗的硅材料更多。为了节省材料，人们从70 年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜。多晶硅（Poly-Si）薄膜是由许多大小不等和具有不同晶面取向的小晶粒构成的。其晶粒尺
11、寸一般约在几十至几百nm级，大颗粒尺寸可达m级。高质量的半导体多晶硅薄膜的许多性能参数，都可用单晶硅（c-Si）薄膜和非晶硅氢合金（a-Si：H）薄膜的参数来代替。多晶硅薄膜在长波段具有高光敏性，对可见光能有效吸收，.2.又具有与晶体硅一样的光照稳定性，因此被公认为是高效、低耗的理想光伏器件材料。目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积（LPCVD）和等离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺。此外，液相外延法（LPPE）和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜电池。多晶硅薄膜可在600以下的低温沉积，随后用激光加热晶化或固相结晶等方法形成。电池衬底可采用玻璃甚至塑料类的柔性材
12、料。也可以直接在高温下生长形成多晶硅薄膜，生长温度大于1000，硅的沉积速率约为5nmmin。生长温度高就需要选择耐高温衬底材料，目前通常采用低质量的硅、石墨或陶瓷材料。由于在高温下生长薄膜，获得的多晶硅薄膜具有较好的结晶性，晶粒尺寸较大。低温制备多晶硅薄膜电池，一般采用CVD方法。由低温沉积的薄膜，晶粒尺寸较小，获得的电池效率不高。要获得10%15%的效率，晶粒尺寸须大于l00nm。高温制备多晶硅薄膜电池，一般采用液相外延法（LPPE）、区熔再结晶（ZMR）及低压化学气相沉积（LPCVD），APCVD、等离子增强化学气相沉积（PECVD）等方法。先在耐高温衬底材料上生长厚度为1020nm 的多晶硅薄膜，再利用晶体硅电池常规制备工艺进行p-n 结及电极制备。化学气相沉积主要是以SiH2Cl2、SiHCl3、Sicl4 或SiH4，为反应气体,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、SiO2、Si3N4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 L
