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硅薄膜太阳能电池

发布时间:2009-08-27

  

  在国际市场硅原材料持续紧张的背景下,薄膜太阳电池已成为国际光伏市场发展的新趋势和新热点。太阳光能照射在一些特殊材料上,会引起材料中电子的移动,形成电势差。太阳能光伏发电,就是依据这个原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。薄膜太阳电池用硅量极少,更容易降低成本,根据目前测算,每瓦成本可降到1.2美金。同时,它既是一种高效能源产品,又是一种新型建筑材料,更容易与建筑完美结合。众所周知,目前制约太阳能电力大规模普及的,主要还是因为发电成本太高。最近国际上一份报告预测,到2010年,只要年日照时数达到2000小时,太阳能发电成本就将达到每度电10美分。要进行新型技术开发,譬如硅晶薄膜的开发。与晶硅太阳能电池相比,这种新型太阳电池比较容易降成本,因为它需要的硅片量比晶硅太阳能电池少100倍。目前,硅片占太阳能电池总成本的70%左右,如果薄膜太阳电池的转换率和晶硅太阳能电池相当,按硅片使用量可节省7-8倍的成本。硅薄膜电池已经到了产业化阶段,这种电池不用硅片,只需要1-2微米的硅,随着技术的不断成熟,硅晶太阳能电池必然为硅薄膜太阳能电池所取代。

  随着使用淀积技术实现在低价衬底上制备多晶硅薄膜太阳能电池,光电产品的价格将会得到大幅降低。 IMEC企业基于铝诱导晶化(AIC)和化学气相沉积(CVD)的多晶硅薄膜电池效率每年提高约1.5%。目前该技术已经取得了最高8%的转换效率。在光电产业中,基于晶圆的单晶硅技术目前拥有超过90%的市场份额。因此太阳能电池成本将主要受硅基材料价格的影响。硅薄膜技术因为使用较少的硅,能够使电池块的价格更加便宜。在利用薄膜低价成本优势同时,人们希翼保持单晶硅高转换效率的优势。由于边界对电子性质会产生负面作用,拥有更大的晶粒尺寸,薄膜才拥有更少的晶粒边界,因此把晶粒尺寸控制在1微米和1毫米之间的技术特别具有吸引力。目前有文章报道的最先进的多晶硅迷你模块已经达到近10%的效率和500mV的开路电压。这些电池基于固态结晶(SPC)技术,晶粒尺寸1到2μm。而使用AIC种子层和外延生长技术,晶粒尺寸能够达到5至20μm,性能最终提高了很多。

  提高硅薄膜太阳能电池的效率的方法包括使用旋涂氧化层平滑氧化铝衬底的表面、采用异质结发射区代替传统的扩散结发射区、改变金属电极的图形和位置以及织构化电池表面等。为了把多晶硅薄膜太阳能电池技术线性提高的趋势保持下去,更多的新特性将会加入目前的工艺。其中一个研究方向是使用透明玻璃陶瓷衬底替代氧化铝衬底。在不远的将来,用该技术制造的上层覆盖结构电池将获得更大的电流和更小的阻抗损失。另一个现象是,目前工艺制造的吸取层中,晶粒中存在大量的带电活性缺陷。为进一步提高多晶硅电池的效率,通过减少晶粒中的缺陷密度来提高晶粒的质量是一个重要的努力方向。

曹逊

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