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2010年第3期节能

(总第332期)ENERGYCONSERVATION—21—

非晶硅薄膜太阳能电池应用分析

金韦利1,姜礼华2

(11江西蓝天学院电子信息工程系,江西南昌330098;
21华中科技大学电子科学与技术系,湖北武汉430074)

摘要:介绍非晶硅薄膜太阳能电池,分析其光致衰退效应与影响光电性能的各种因素。总结并展望了
优化非晶硅太阳能电池的各种技术。
关键词:非晶硅薄膜;光致衰退效应;界面态;太阳能电池
中图分类号:TM91414+2文献标识码:A文章编号:1004-7948(2010)03-0021-04

题,在较低的温度(200℃左右)下可直接沉积在玻
引言
璃、不锈钢、塑料膜和陶瓷等廉价衬底材料上,工艺
太阳能光伏发电作为一种应用洁净可再生能简单,单片电池面积大,便于工业化大规模生产,同
源的技术倍受人们关注。迄今为止,太阳能电池材时亦能减少能量回收时间,降低生产成本。另外,
料的发展经历了三个阶段:第一代单晶硅和多晶硅非晶硅的禁带宽度比单晶硅大,随制备条件的不同
太阳能电池,它们是太阳能电池市场的主流产品;约在115～210eV的范围内变化,这样制成的非晶
第二代基于薄膜材料的太阳能电池,主要有非晶硅硅太阳能电池的开路电压高,同时,还适合在柔性
薄膜电池、多晶硅薄膜电池、碲化镉薄膜电池、砷化的衬底上制作轻型的太阳能电池,可做成半透明的
镓薄膜电池以及铜铟硒薄膜电池等;鉴于前两代太电池组件,直接用做幕墙和天窗玻璃,从而实现光
阳能电池存在的诸多不足,人们认为薄膜化、转换伏发电和建筑房屋一体化。总之,非晶硅薄膜电池
效率高、原料丰富且无毒的太阳能电池应该是第三具有生产成本低、能量回收时间短、适于大批量生
代太阳能电池的研发方向。非晶硅薄膜太阳能电产、弱光响应好以及易实现与建筑相结合、适用范
池若能解决转换效率低和稳定性差的问题,则具备围广等优点。
第三代太阳能电池的条件。因此,目前许多国家和由于非晶硅半导体材料(a-Si)最基本的特征
地区正在投入大量人力和物力来攻克这两大难题。是组成原子的排列为长程无序、短程有序,原子之
间的键合类似晶体硅,形成的是一种共价无规网络
1非晶硅电池特点
结构,它含有一定量的结构缺陷、悬挂键、断键等,
非晶硅太阳能电池作为一种新型太阳能电池,因此载流子迁移率低、扩散长度小、寿命短,所以这
其原材料来源广泛、生产成本低、便于大规模生产,种材料是不适合直接做成半导体器件的。为了降
因而具有广阔的市场前景。它具有较高的光吸收低非晶硅中缺陷态密度,使之成为有用的光电器
系数,在014～0175μm的可见光波段,其吸收系数件,人们发现通过对其氢化处理后非晶硅材料中大
比单晶硅要高出一个数量级,比单晶硅对太阳能辐部分的悬挂键被氢补偿,形成硅氢键,降低了态隙
射的吸收率要高40倍左右,用很薄的非晶硅膜(约密度。1976年研究人员成功实现了对非晶硅材料
1μm厚)就能吸收约80%有用的太阳能,且暗电导的p型和n型掺杂,实现了a-Si-pn结的制
很低,在实际使用中对低光强光有较好的适应,特作[1]。
别适用于制作室内用的微低功耗电源,这些都是非但这种氢化非晶硅pn结不稳定,而且光照时
晶硅材料最重要的特点,也是它能够成为低价太阳光电导不明显,几乎没有有效的电荷收集。因此为
能电池的重要因素。非晶硅薄膜电池由于没有晶了把非晶硅材料做成有效的太阳能电池,常采取的
体硅所需要的周期性原子排列要求,可以不考虑制结构模式为pin结构,p层和i层起着建立内建电
备晶体所必须考虑的材料与衬底间的晶格失配问场的作用,i层起着载流子产生与收集的作用。此

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外,非晶硅材料的光学带隙为117eV,材料本身对效应起因于光照导致在带隙中产生了新的悬挂键
太阳辐射光谱的长波区域不敏感,这样一来就限制缺陷态(深能级),这种缺陷态会影响氢化非晶硅薄
了非晶硅太阳能电池的转换效率,解决这个问题的膜材料的费米能级的位置,从而使电子的分布情况
方法就是制备叠层太阳能电池,一方面增加太阳光发生变化,进而一方面引起光学性能的变化,另一
利用率,另一方面提高非晶硅太阳能电池效率。但方面对电子的复合过程产生影响。这些缺陷态成
是,非晶硅薄膜太阳能电池光电效率会随着光照时为电子和空穴的额外复合中心,使得电子的俘获截
间延续而衰减,即所谓的光致衰退(S-W效应)效面增大、寿命下降[3]。目前对于氢化非晶硅薄膜光
应[2],主要是因为Si-H键很弱,在光