硅太陽能電池簡介

太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置。太陽能電池按結晶狀態可分為結晶系薄膜式和非結晶系薄膜式兩大類，而前者又分為單結晶形和多結晶形。以光電效應工作的薄膜式太陽能電池為主流，而以光化學效應工作的濕式太陽能電池則還處于萌芽階段。硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池三種。

一、單晶硅太陽能電池

單晶硅大陽能電池在硅系列太陽能電池中轉換效率zui高，技術也zui為成熟。高性能單晶硅電池是建立在高質量單晶硅材料和相關的成熱的加工處理工藝基礎上的。現在單晶硅的電地工藝己近成熟，在電池制作中，一般都采用表面織構化、發射區鈍化、分區摻雜等技術，開發的電池主要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電極單晶硅電池。提高轉化效率主要是靠單晶硅表面微結構處理和分區摻雜工藝。國內北京太陽能研究所積極進行晶體硅太陽能電池的研究和開發，研制的平面單晶硅電池轉換效率達到19.79%，刻槽埋柵電極晶體硅電池轉換效率達8.6%。單晶硅太陽能電池轉換效率zui高使其在大規模應用和工業供應中占據著主導地位，但由于受單晶硅材料價格及相應的繁瑣的電池工藝影響，致使單晶硅成本價格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困難的。為了節省高質量材料，尋找單晶硅電池的替代產品，現在發展了薄膜太陽能電池，其中多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池就是典型代表。

二、多晶硅薄膜太陽能電池

通常的晶體硅太陽能電池是在厚度350－450μm的高質量硅片上制成的，這種硅片從提拉或澆鑄的硅錠上鋸割而成。因此實際消耗的硅材料更多。為了節省材料，人們從70年代中期就開始在廉價襯底上沉積多晶硅薄膜，但由于生長的硅膜晶粒大小，未能制成有價值的太陽能電池。為了獲得大尺寸晶粒的薄膜，人們一直沒有停止過研究，并提出了很多方法。目前制備多晶硅薄膜電池多采用化學氣相沉積法，包括低壓化學氣相沉積和等離子增強化學氣相沉積工藝。此外，液相外延法和濺射沉積法也可用來制備多晶硅薄膜電池。液相外延法的原理是通過將硅熔融在母體里，降低溫度析出硅膜。中國光電發展技術中心采用液相外延法在冶金級硅片上生長出硅晶粒，并設計了一種類似于晶體硅薄膜太陽能電池的新型太陽能電池，稱之為“硅粒”太陽能電池，但有關性能還不是很清楚。由于多晶硅薄膜電池所使用的硅遠較單晶硅少，又無效率衰退問題，并且有可能在廉價襯底材料上制備，其成本遠低于單晶硅電池，而效率高于非晶硅薄膜電池，因此多晶硅薄膜電池不久將會取代單晶硅電池在太陽能電地市場上占據主導地位。

三、非晶硅薄膜太陽能電池

提高轉換效率和降低成本是開發太陽能電池的兩個關鍵。由于非晶硅薄膜太陽能電池的成本低，便于大規模供應，普遍受到人們的重視并得到迅速發展。非晶硅作為太陽能材料盡管是一種很好的電池材料，但由于其光學帶隙為1.7eV，使得材料本身對太陽輻射光譜的長波區域不敏感，這樣一來就限制了非晶硅太陽能電池的轉換效率。此外，其光電效率會隨著光照時間的延續而衰減，即所謂的光致衰退S一W效應，使得電池性能不穩定。解決這些問題的這徑就是制備疊層太陽能電池，疊層太陽能電池是由在制備的p、i、n層單結太陽能電池上再沉積一個或多個P-i-n子電池制得的。疊層太陽能電池提高轉換效率、解決單結電池不穩定性的關鍵問題在于它把不同禁帶寬度的材科組臺在一起，提高了光譜的響應范圍；頂電池的i層較薄，光照產生的電場強度變化不大，保證i層中的光生載流子抽出；底電池產生的載流子約為單電池的一半，光致衰退效應減小；疊層太陽能電池各子電池是串聯在一起的。

單結非晶硅太陽能電池的zui高轉換效率是在小面積（0．25cm2）電池上取得的。南開大學的耿新華等采用工業用材料，以鋁背電極制備出面積為20X20cm2、轉換效率為8．28％的a－Si/a－Si疊層太陽能電池。非晶硅太陽能電池因其較高的轉換效率和較低的成本及重量輕等特點，有著極大的潛力。但同時由于它的穩定性不高直接影響了它的實際應用。如能進一步解決穩定性問題及提高轉換率，非晶硅太陽能電池必將成為太陽能電池的主要發展產品之一。