硅太阳能电池的原理和硅薄膜太阳能电池技术的介绍

　　硅太阳能电池的原理

　　太阳能电池是利用太阳光和材料相互作用直接产生电能的器件。 能产生光伏效应的材料有许多种， 如： 硅系材料（ 单晶硅、多晶硅、非晶硅） ， 化合物半导体（ 砷化镓、硒铟铜） 等。 它们的发电原理基本相同。 此类太阳能电池的工作原理是基于P- N 结的光生伏打效应： 当N 型半导体与 P 型半导体通过适当的方法组合到一起时， 在二者的交界处就形成了 P - N 结; 由于多数载流子的扩散， 形成了空间电荷区， 并形成一个不断增强的从 N 型半导体指向 P 型半导体的内建电场， 导致多数载流子反向漂移; 达到平衡后， 扩散产生的电流和漂移产生的电流相等。 如果光照在 P- N 结上， 而且光能大于P- N 结的禁带宽度， 则在 P- N 结附近将产生电子- 空穴对。 由于内建电场的存在， 产生的非平衡电子载流子将向空间电荷区两端漂移， 产生光生电势， 破坏了原来的平衡。 若在电池两侧引出电极并接上负载， 负载中就有 光生电流 通过， 得到可利用的电能， 这就是太阳能电池发电的基本原理。 若把几十个、数百个太阳能电池单体串联、并联起来， 组成太阳能电池组件， 在太阳光的照射下， 便可获得输出功率相当可观的电能［ 1］

　　硅薄膜太阳能电池技术

　　硅薄膜太阳能电池依据材料微结构的不同， 可分为单晶硅（mono - Si） 、多晶硅（ poly- Si） 、非晶硅 （ a- Si： H） 和微晶硅（ ：c- Si:H） 薄膜电池。 单晶硅薄膜太阳能电池是当前开发得最快的一种太阳能电池， 它的构造和生产工艺已定型， 产品已广泛应用于空间和地面。 这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料。 为了降低生产成本， 现在地面应用的太阳能电池采用太阳能级的单晶硅棒， 材料性能指标有所放宽。 有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料， 经过复拉制成太阳能电池专用的单晶硅棒。 目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为 15% 左右; 实验室成果也有 20% 以上的 ［ 2］ ， 缺点是造价昂贵， 难以大面积制做在非硅衬底上。 多晶硅薄膜电池性能稳定且转换效率较高， 但通常需要采用长时间热处理工艺， 需要能够耐受高温的硼硅玻璃或陶瓷材料作为衬底， 同时还面临材料性能改善的技术挑战。 尽管由澳大利亚新南威尔士大学和太平太阳电力有限公司联合开发的玻璃基底多晶硅薄膜太阳能电池在制备技术上获得了难能可贵的成功， 并已在德国CSG2I 公司实施了产业化， 但基于制造成本等多方面的考虑， 多晶硅薄膜电池现阶段尚不足以作为商业化薄膜太阳电池的最佳选择。 非晶硅太阳能电池工艺成熟、成本低， 且无原料瓶颈。 非晶硅薄膜太阳能电池是薄膜太阳能电池中最成熟的产品， 其加工原理为使用硅烷（ SiH4） 等离子体分解法， 通过在硅烷掺杂乙硼烷（ B2H6） 和磷化氢（ PH3） 等气体， 在低成本基板上（ 玻璃、不锈钢） 低温成膜。 其主要优点是成本低、制备方便.