硅太阳能电池制备工艺
摘 要：本文介绍了近几年来,由于能源减少和环境污染的双重压力下硅太阳能的问世。着重阐述了硅太阳能电池的工作原理、结构，不同的电池类型,材料，制造工艺过程，以及提高电池效率的方法和材料，最后讲述了硅太阳能电池的发展趋势。
关键词：硅；太阳能；硅太阳能电池
太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。 制作太阳能池主要是以半导体材料为基础。
如果问人类在21 世纪面临的最大挑战是什么,答案肯定是环境污染和能源短缺。这两个问题已经变成高悬在人类头顶上的达摩克利斯利剑。人类在努力寻找解决这两个问题方法时发现,太阳能的利用应是解决这两个问题的最好方案。
太阳能是地球上取之不尽的能源。人类利用太阳能的想法由来已久,最早是将它转换为热能加以利用,后来光伏效应的发现使太阳能转化为电能成为可能,以致使太阳能利用领域更加广阔。早在本世纪50 年代,第一个实用性的硅太阳电池就在美国贝尔实验室内诞生了。不久,它即被用于人造卫星的发电系统上。迄今为止,太空中成千的飞行器都装备了太阳电池发电系统。尽管如此,太阳电池在地面的应用却一直未得到广泛重视,直到70 年代世界出现“石油危机”,地面大规模应用太阳电池发电才被列上许多国家的议事日程。当时太阳能发电主要使用的是单晶硅太阳电池。进入80 年代中期,环境继能源之后,又成为国际社会普遍关注的焦点之一,全人类又都把目光集中到解决这两个问题的交叉点——太阳能光伏发电上,从而大大加速了开发利用的步伐。此后,随着生产规模的不断扩大、技术的日益提高,单晶硅太阳电池的成本也逐渐下降,1997 年每峰瓦单晶硅太阳电池的成本已经降到5 美元以下。单晶硅太阳电池虽然在现阶段的大规模应用和工业生产中占主导地位,但是也暴露了许多缺点,其主要问题是成本过高。受单晶硅材料价格和单晶硅电池制备过程的影响,若要再大幅度地降低单晶硅太阳电池成本是非常困难的。作为单晶硅电池的替代产品,现在发展了薄膜太阳电池,其中包括非晶硅薄膜太阳电池,硒铟铜和碲化镉薄膜电池,多晶硅薄膜太阳电池。在这几种薄膜电池中,最成熟的产品当数非晶硅薄膜太阳电池,在世界上已经有多家公司在生产该种电池的产品,其主要优点是成本低,制备方便,但也存在严重的缺点,即非晶硅电池的不稳定性,其光电转换效率会随着光照时间的延续而衰减,另外非晶硅薄膜太阳电池的效率也较低,一般在8% 到10% 。硒铟铜和碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜电池高,成本较单晶硅电池低,并且易于大规模生产,还没有效率衰减问题,似乎是非晶硅薄膜电池的一种较好的替代品,在美国已有一些公司开始建设这种电池的生产线。但是这种电池的原材料之一镉对环境有较强的污染,与发展太阳电池的初衷相背离,而且硒、铟、碲等都是较稀有的金属,对这种电池的大规模生产会产生很大的制约。多晶硅薄膜电池由于所使用的硅量远较单晶硅少,又无效率衰减问题,并且有可能在廉价底材上制备,其成本预期要远低于体单晶硅电池,实验室效率已达18%, 远高于非晶硅薄膜电池的效率。因此,多晶硅薄膜电池被认为是最有可能替代单晶硅电池和非晶硅薄膜电池的下一代太阳电池,现在已经成为国际太阳能领域的研究热点[1]。
毕业设计说明书目录
1 引言………………………………………………………………………………………15
2 原理………………………………………………………………………………………16
2．1硅太阳能电池结构………………………………………………………………16
2．2 PN结的形成及工作原理……………………………………………………… 17
2. 3半导体的内光电效应……………………………………………………………18
2. 4光生伏特效应……………………………………………………………………18
2. 5梳状电极和抗反膜………………………………………………………………19
3不同的电池类型………………………………………………………………………… 20
3．1硅系太阳能电池……………………………………………………………… 20
3．1．1单晶硅太阳能电池…………………………………………………………20
3．1．2多晶硅薄膜太阳能电池……………………………………………………21
3．1．3非晶硅薄膜太阳能电池……………………………………………………21
3．2多元化合物薄膜太阳能电池………………………………………………… 22
3.3聚合物多层修饰电极型太阳能电池…………………………………………23
3．4纳米晶化学太阳能电池…………………………………………………………23
4材料和制备…………………………………………………………………………………24
4．1材料…………………………………………………………………………………24
4．2制造工艺……………………………………………………………………………24
4．2．1制造工艺一……………………………………………………………………24
4．2．2制造工艺二……………………………………………………………………30
4.2.2.1具体的制造工艺技术说明……………………………………………………30
4.2.2.2太阳能电池的芯片尺寸………………………………………………………31
4.2.2.3当采取太阳能电池硅晶体各区厚度和其他结构参数………………………31
5制备方法……………………………………………………………………………………31
5.1半导体液相外延生长法(LPE 法)…………………………………………………31
5.2区熔再结晶法(ZMR法)……………………………………………………………32
5.3等离子喷涂法(PSM)………………………………………………………………32
5.4叠层法………………………………………………………………………………32
5.5化学气相沉积法(CVD)……………………………………………………………32
5.6固相结晶法( SPC)…………………………………………………………………33
5.7生长方法及特点对比………………………………………………………………33
5.8采用高效廉价光电转换材料………………………………………………………33
6高效太阳能电池材料………………………………………………………………………34
6.1多晶硅………………………………………………………………………………34
6.2非晶硅薄膜…………………………………………………………………………34
6.3多元化合物薄膜……………………………………………………………………35
6.4聚合物薄膜…………………………………………………………………………36
6.5纳米晶材料…………………………………………………………………………36
6.6光电子倍增材料……………………………………………………………………37
6.7高效太阳能电池结构………………………………………………………………38
7太阳能电池的发展趋势……………………………………………………………………38
8 参考文献………………………………………………………………………………… 41
参考文献
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