非晶硅微晶硅薄膜电池ppt课件.ppt

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1、非晶硅、微晶硅薄膜太阳能电池非晶硅、微晶硅薄膜太阳能电池太阳能电池太阳能电池课程课程 主讲人：沈红雷主讲人：沈红雷v一、制作过程：一、制作过程：v非晶硅非晶硅(a-Si)太阳电池是在玻璃太阳电池是在玻璃(glass)衬底上沉积透明导电膜衬底上沉积透明导电膜(TCO)，然后依，然后依次用等离子体反应沉积次用等离子体反应沉积p型、型、i型、型、n型型三层三层a-Si，接着再蒸镀金属电极铝，接着再蒸镀金属电极铝(Al).光从玻璃面入射，电池电流从透明导光从玻璃面入射，电池电流从透明导电膜和铝引出，其结构可表示为电膜和铝引出，其结构可表示为glass/TCO/pin/Al，还可以用不锈钢，还可以用不锈

2、钢片、塑料等作衬底。片、塑料等作衬底。 v二、非晶硅简述：二、非晶硅简述：v硅材料是目前太阳电池的主导材料，在成品太阳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，硅材料占了将近电池成本份额中，硅材料占了将近40%，而非晶，而非晶硅太阳电池的厚度不到硅太阳电池的厚度不到1m，不足晶体硅太阳电，不足晶体硅太阳电池厚度的池厚度的1/100，这就大大降低了制造成本，又由，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于非晶硅太阳电池的制造温度很低(200)、易、易于实现大面积等优点，使其在薄膜太阳电池中占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

3、子回旋共振法、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电法由于其低温过程(200)，易于实现大面积，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。和大批量连续生产，现成为国际公认的成熟技术。 v三、优点：三、优点：v 1.制造成本低。这是因为：制造成本低。这是因为：半导体层光吸收系数比晶体半导体层光吸收系数比晶体硅大一个数量级，电池厚度只需硅大一个数量级，电池厚度只需1左右，约为晶体硅电左右，约

4、为晶体硅电池的，可节省大量硅材料。池的，可节省大量硅材料。可直接沉积出薄可直接沉积出薄膜，没有切片损失。膜，没有切片损失。可采用集成技术在电池制备过程中可采用集成技术在电池制备过程中一次完成组件，工艺过程简单。一次完成组件，工艺过程简单。电池的结是在电池的结是在左右的温度下制造的，比晶体硅电池的左右的温度下制造的，比晶体硅电池的的高温低得多，能源消耗小。的高温低得多，能源消耗小。电池的单片面积电池的单片面积可大到可大到，组装方便，易于实现大规模生产。，组装方便，易于实现大规模生产。2.能源消耗的回收期短。每平方米非晶硅电池的生产能耗能源消耗的回收期短。每平方米非晶硅电池的生产能耗仅为仅为左右，

5、能源回收期仅为，左右，能源回收期仅为，比晶体硅低得多。比晶体硅低得多。3.发电量多。据测试，在相同条件下，非晶硅电池的发电发电量多。据测试，在相同条件下，非晶硅电池的发电量较单晶硅电池高左右，较多晶硅电池高左右。量较单晶硅电池高左右，较多晶硅电池高左右。4.售价低。目前约比晶体硅电池的售价约低售价低。目前约比晶体硅电池的售价约低。v 微晶硅材料和电池的制备方法和非晶硅基本上是一样的，只是通过改变沉积参数来改变沉积材料的结构，因此工艺基本上兼容，目前国际上基本采用VHF-PECVD来获得微晶硅薄膜较高速率的沉积效果。微晶硅与非晶硅比，具有更好的结构有序性，用微晶硅薄膜制备的太阳电池几乎没有衰退效

6、应。另外，微晶硅材料结构的有序性使得载流子迁移率相对较高，也有利于电极对光生电子、空穴对的收集。因此说，微晶硅同时具备晶体硅的稳定性、高效性和非晶硅的低温制备特性等低成本优点。但是，微晶硅材料的缺点就是吸收系数比较低，需要比较厚的吸收层，而一般情况下微晶硅的沉积速率又比较慢，所以影响了生产效率。同时，微晶硅带隙较窄，不能充分利用太阳光谱,制作出来的单结微晶硅电池效率并不是特别高 v非晶硅是由化学气相沉积的方法制备的，在真空非晶硅是由化学气相沉积的方法制备的，在真空室内通入硅烷（室内通入硅烷（SiH4）和氢气（）和氢气（H2），通过等离），通过等离子放电使气体分解，然后沉积在子放电使气体分解，然

7、后沉积在200度左右的玻度左右的玻璃或塑料、不锈钢等衬底上形成非晶硅薄膜。非璃或塑料、不锈钢等衬底上形成非晶硅薄膜。非晶硅薄膜由于原子排列不整齐，而且存在许多硅晶硅薄膜由于原子排列不整齐，而且存在许多硅的悬键，因此缺陷态非常多，使得载流子迁移率的悬键，因此缺陷态非常多，使得载流子迁移率较低，制备的器件效率也较低。所以，非晶硅太较低，制备的器件效率也较低。所以，非晶硅太阳电池一般制成阳电池一般制成pin结构，结构，i层是吸光层，负责吸层是吸光层，负责吸收光子产生电子、空穴对，收光子产生电子、空穴对，p、n层形成内建电场，层形成内建电场，把生成的电子、空穴对抽取出来输运到电极。另把生成的电子、空穴

8、对抽取出来输运到电极。另外，非晶硅太阳电池存在外，非晶硅太阳电池存在S-W效应，电池效率存效应，电池效率存在较严重的衰退，一般情况下初始效率衰退在较严重的衰退，一般情况下初始效率衰退20-25%才能达到稳定。才能达到稳定。/ v微晶硅材料和电池的制备方法和非晶硅基本上是一样的，微晶硅材料和电池的制备方法和非晶硅基本上是一样的，只是通过改变沉积参数来改变沉积材料的结构，因此工只是通过改变沉积参数来改变沉积材料的结构，因此工艺基本上兼容，目前国际上基本采用艺基本上兼容，目前国际上基本采用VHF-PECVD来获来获得微晶硅薄膜较高速率的沉积效果。微晶硅与非晶硅比，得微晶硅薄膜较高速率的沉积效果。微晶

9、硅与非晶硅比，具有更好的结构有序性，用微晶硅薄膜制备的太阳电池具有更好的结构有序性，用微晶硅薄膜制备的太阳电池几乎没有衰退效应。另外，微晶硅材料结构的有序性使几乎没有衰退效应。另外，微晶硅材料结构的有序性使得载流子迁移率相对较高，也有利于电极对光生电子、得载流子迁移率相对较高，也有利于电极对光生电子、空穴对的收集。因此说，微晶硅同时具备晶体硅的稳定空穴对的收集。因此说，微晶硅同时具备晶体硅的稳定性、高效性和非晶硅的低温制备特性等低成本优点。但性、高效性和非晶硅的低温制备特性等低成本优点。但是，微晶硅材料的缺点就是吸收系数比较低，需要比较是，微晶硅材料的缺点就是吸收系数比较低，需要比较厚的吸收层

10、，而一般情况下微晶硅的沉积速率又比较慢，厚的吸收层，而一般情况下微晶硅的沉积速率又比较慢，所以影响了生产效率。同时，微晶硅带隙较窄，不能充所以影响了生产效率。同时，微晶硅带隙较窄，不能充分利用太阳光谱分利用太阳光谱,制作出来的单结微晶硅电池效率并不制作出来的单结微晶硅电池效率并不是特别高是特别高 vSTAR结构：结构：naturally surface texture & enhanced absorption with back reflectorv自然的表面纹理和增强吸收自然的表面纹理和增强吸收与反射回来与反射回来vcrystal (line) silicon单晶单晶硅（硅（c-si） v多晶硅多晶硅(poly-si) v非晶硅（非晶硅（a-si）v微晶硅（微晶硅（uc-si）