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1、薄膜太阳能电池-新一代的绿色光源大型的太阳能电池v薄膜太阳能电池 v英文名称：thin film solar cell v定义：用硅、硫化镉、砷化镓等薄膜为基体材料的太阳能电池，是一种可再生资源。 目录v简介 v普通电池的原理、发展史v薄膜太阳能电池说明 v薄膜太阳能电池的种类v 薄膜太阳能模块结构图 v薄膜太阳电池产品应用v 太阳能电池厚度比较 v薄膜太阳能电池的特色v发展趋势简介v非晶硅(a-Si)太阳电池是在玻璃(glass)衬底上沉积透明导电膜(TCO)，然后依次用等离子体反应沉积p型、i型、n型三层a-Si，接着再蒸镀金属电极铝(Al).光从玻璃面入射，电池电流从透明导电膜和铝引出，
2、其结构可表示为glass/TCO/pin/Al，还可以用不锈钢片、塑料等作衬底。 v硅材料是目前太阳电池的主导材料，在成品太阳电池成本份额中，硅材料占了将近40%，而非晶硅太阳电池的厚度不到1m，不足晶体硅太阳电池厚度的1/100，这就大大降低了制造成本，又由于非晶硅太阳电池的制造温度很低(200)、易于实现大面积等优点，使其在薄膜太阳电池中占据首要地位，在制造方法方面有电子回旋共振法、光化学气相沉积法、直流辉光放电法、射频辉光放电法、溅谢法和热丝法等。特别是射频辉光放电法由于其低温过程(200)，易于实现大面积和大批量连续生产，现成为国际公认的成熟技术。 v在材料研究方面，先后研究了a-Si
3、C窗口层、梯度界面层、C-SiC p层等，明显改善了电池的短波光谱响应.这是由于a-Si太阳电池光生载流子的生成主要在i层，入射光到达i层之前部分被p层吸收，对发电是无效的.而a-SiC和C-SiC材料比p型a-Si具有更宽的光学带隙，因此减少了对光的吸收，使到达i层的光增加；加之梯度界面层的采用，改善了a-SiC/a-Si异质结界面光电子的输运特性.在增加长波响应方面，采用了绒面TCO膜、绒面多层背反射电极(ZnO/Ag/Al)和多带隙叠层结构，即glass/TCO/p1i1n1/p2i2n2/p3i3n3/ZnO/Ag/Al结构. 绒面TCO膜和多层背反射电极减少了光的反射和透射损失，并增
4、加了光在i层的传播路程，从而增加了光在i层的吸收.多带隙结构中，i层的带隙宽度从光入射方向开始依次减小，以便分段吸收太阳光，达到拓宽光谱响应、提高转换效率之目的。在提高叠层电池效率方面还采用了渐变带隙设计、隧道结中的微晶化掺杂层等，以改善载流子收集。 电池是一种能量转化与储存的装置。它通过反应电池是一种能量转化与储存的装置。它通过反应将化学能或物理能转化为电能。电池即一种化学将化学能或物理能转化为电能。电池即一种化学电源，它由两种不同成分的电化学活性电极分别电源，它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极，两电极浸泡在能提供媒体传导作用组成正负极，两电极浸泡在能提供媒体传导作用的电解质中，
5、当连接在某一外部载体上时，通过的电解质中，当连接在某一外部载体上时，通过转换其内部的化学能来提供能。作为一种电的贮转换其内部的化学能来提供能。作为一种电的贮存装置，当两种金属（通常是性质有差异的金属）存装置，当两种金属（通常是性质有差异的金属）浸没于电解液之中，它们可以导电，并在浸没于电解液之中，它们可以导电，并在“极板极板”之间产生一定电动势。电动势大小（或电压）之间产生一定电动势。电动势大小（或电压）与所使用的金属有关，不同种类的电池其电动势与所使用的金属有关，不同种类的电池其电动势也不同。也不同。 普通电池的原理 v电池的性能参数主要有电动势、容量、比能量和电阻。电动势等于单位正电荷由负
6、极通过电池内部移到正极时，电池非静电力（化学力）所做的功。电动势取决于电极材料的化学性质，与电池的大小无关。电池所能输出的总电荷量为电池的容量，通常用安培小时作单位。在电池反应中，1千克 v反应物质所产生的电能称为电池的理论比能量。电池的实际比能量要比理论比能量小。因为电池中的反应物并不全按电池反应进行，同时电池内阻也要引起电动势降，因此常把比能量高的电池称做高能电池。电池的面积越大，其内阻越小。 v电池的能量储存有限，电池所能输出的总电荷量叫做它的容量，通常用安培小时作单位，它也是电池的一个性能参数。电池的容量与电极物质的数量有关，即与电极的体积有关。 v实用的化学电池可以分成两个基本类型：
7、原电池与蓄电池。原电池制成后即可以产生电流，但在放电完毕即被废弃。蓄电池又称为二次电池，使用前须先进行充电，充电后可放电使用，放电完毕后还可以充电再用。蓄电池充电时，电能转换成化学能；放电时，化学能转换成电能。 电池的发展史v在古代，人类有可能已经不断地在研究和测试“电”这种东西了。在1932年于伊拉克的巴格达附近发现储存静电用的粘土瓶。v1780年，意大利解剖学家伽伐尼发现生物电v1799年，伏特成功的制成了世界上第一个电池v1836年，英国的丹尼尔制造出第一个不极化，能保持平衡电流的锌铜电池v1860年，法国的普朗泰发明出用铅做电极的电池，即蓄电池v1887年，英国人赫勒森发明了最早的干电
8、池各种电池薄膜太阳能电池说明v薄膜太阳电池可以使用在价格低廉的玻璃、塑料、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m，因此在同一受光面积之下可较硅晶圆太阳能电池大幅减少原料的用量(厚度可低于硅晶圆太阳能电池90%以上)，目前转换效率最高以可达13%，薄膜电池太阳电池除了平面之外，也因为具有可挠性可以制作成非平面构造其应用范围大，可与建筑物结合或是变成建筑体的一部份，在薄膜太阳电池制造上，则可使用各式各样的沈积(deposition)技术，一层又一层地把p-型或n-型材料长上去，常见的薄膜太阳电池有非晶硅、CuInSe2 (CIS)、CuInGaSe2 (CIGS
9、)、和CdTe.等。 薄膜太阳能电池的种类v非晶硅(Amorphus Silicon, a-Si)、微晶硅(Nanocrystalline Silicon，nc-Si，Microcrystalline Silicon，mc-Si)、化合物半导体II-IV 族CdS、CdTe(碲化镉)、CuInSe2、色素敏化染料(Dye-Sensitized Solar Cell)、有机导电高分子(Organic/polymer solar cells) 、CIGS (铜铟硒化物).等。 薄膜太阳能模块结构图薄膜太阳能模块是由玻璃基板、金属层、透明导电层、电器功能盒、胶合材料、半导体层.等所构成的。 薄膜太阳
10、电池产品应用v半透明式的太阳能电池模块：建筑整合式太阳能应用(BIPV) v薄膜太阳能之应用：随身折迭式充电电源、军事、旅行 v薄膜太阳能模块之应用：屋顶、建筑整合式、远程电力供应、国防 v v 太阳能电池厚度比较v晶硅(200350m) v 非晶性薄膜(0.5m) 薄膜太阳能电池的特色v相同遮蔽面积下功率损失较小(弱光情况下的发电性佳) v照度相同下损失的功率较晶圆太阳能电池少 v有较佳的功率温度系数 v较佳的光传输 v较高的累积发电量 v只需少量的硅原料 v没有内部电路短路问题(联机已经在串联电池制造时内建) v厚度较晶圆太阳能电池薄 v材料供应无虑 v可与建材整合性运用(BIPV) 发展
11、趋势v近年来,业界对以薄膜取代硅晶制造太阳能电池在技术上已有足够的把握。日本产业技术综合研究所于去年2月已经研制出目前世界上太阳能转换率最高的有机薄膜太阳能电池，其转换率已达到现有有机薄膜太阳能电池的4倍。此前的有机薄膜太阳能电池是把两层有机半导体的薄膜接合在一起，其太阳能到电能的转换率约为1%。新型有机薄膜太阳能电池在原有的两层构造中间加入一种混合薄膜，变成三层构造，这样就增加了产生电能的分子之间的接触面积，从而大大提高了太阳能转换率。 可折叠薄膜的太阳能电池是一种利用非晶硅结合PIN光电二极管技术加工而成的薄膜太阳能电池。此系列产品具有柔软便携、耐用、光电转换效率高等特点；可广泛应用于电子
12、消费品、远程监控/通讯、军事、野外/室内供电等领域。 有机薄膜太阳能电池使用塑料等质轻柔软的材料为基板，因此人们对它的实用化期待很高。研究人员表示，通过进一步研究，有望开发出转换率达20%、可投入实际使用的有机薄膜太阳能电池。专家认为,未来5年内薄膜太阳能电池将大幅降低成本，届时这种薄膜太阳能电池将广泛用于手表、计算器、窗帘甚至服装上。 早在10年前，科学家就发明了一种比头发还要细的太阳能电池，由于其所使用的半导体原料远较一般太阳能电池为少，因此可解决太阳能电池价格高昂的问题。后来，研究人员使用称为CIS的复合半导体的技术，将23微米厚的CIS放在玻璃等物料上，制成薄膜太阳能电池。它比传统以矽
13、制成的太阳能电池薄100倍，实际上比头发还要薄，它亦较轻和使用较少半导体物料，售价因此较便宜并可大量生产。 传统的矽电池需大量半导体物料，价格昂贵，因此无法普及，而且由于较笨重，其应用范围受限制。薄膜电池却只需要将廉价物料放在诸如塑胶等有弹性的表面上便可，价钱便宜而且轻便。 有机薄膜太阳能电池使用塑料等质轻柔软的材料为基板，因此人们对它的实用化期待很高。研究人员表示，通过进一步研究，有望开发出转换率达20%、可投入实际使用的有机薄膜太阳能电池。专家相信,不久的将来，薄膜材料的太阳能电池将出现在人们的日常生活中。 目前，世界上至少有40个国家正在开展对下一代低成本、高效率的薄膜太阳能电池实用化的研究开发。 IBM公司2009年公布的“IBM未来五年的五项创新”(IBM Next Five in Five)，列出了在未来5年有望改变人们工作、生活和娱乐方式的创新，其中即包括了薄膜太阳能电池的普及应用。投资薄膜太阳能电池需理性决策投资薄膜太阳能电池需理性决策
