太阳能电池的原理、种类与应用

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, SiCl4，而气态，HCl返回到反应中或排放到大气中。然后分解冷凝物,

SiCl4，净化三氯氢硅（多级精馏）。净化后的三氯氢硅采用高温还原工艺，在H2气氛中还原沉积而生成多晶硅。

图5.上述多晶硅生产流程图

对于单晶硅太阳能电池来说，硅不仅要很纯，而且必须是晶体结构中基本上没有缺陷的单晶形式。工业生产这种单晶硅所用的主要方法是直拉(Czochralski)工艺。在坩埚中，将半导体多晶硅熔融，同时，加入微量的期问所需的一种掺杂剂。通过线锯可将单晶硅棒切成厚度为200～300pm的硅片。在切片的过程中，会有30％～50％左右的硅因为刀槽或切割损失被浪费掉了。在切割的过程中，会在硅片表面形成一些损伤层。[2]

图6.直拉法(左)和切片(右)[ 3]

接下来的工艺是: 碱洗制绒 磷酰氯扩散制取p-n结 制作电极与烧结 电池片封装为电池组件

（2）多晶硅太阳能电池

刻蚀边缘的P 制备减反射膜 精选文档

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多晶硅太阳能电池多半是含有大量单晶颗粒的集合体，或用废次单晶硅料和冶金级硅材料熔化浇铸而成．其过程是选择电阻率为100—300

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的多晶块料或单晶硅头尾料，经破碎，用V(氢氟酸)：V(硝酸)=1：5混台液进行

适当的腐蚀，然后用去离子水冲洗呈中性，烘干．用石英坩埚装好多晶硅料，加入适量硼硅。放人浇铸炉，在真空状态中加热熔化．熔化后保温约20 min，然后注入石墨铸模中，待慢慢凝固冷却后，即得多晶硅锭．这种硅锭铸成立方体，以便切片加工成方形太阳能电池片，提高材制利用率和方便组装．多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳能电池差不多，其光电转化效率约19．8％左右，稍低于单晶硅太阳电池，但是材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到了快速发展[3]

多晶硅的生产工艺上面已经介绍，这里不再赘述。

2.化合物薄膜太阳能电池

薄膜太阳能电池是缓解能源危机的新型光伏器件。薄膜太阳能电池可以使用在价格低廉的陶瓷、石墨、金属片等不同材料当基板来制造，形成可产生电压的薄膜厚度仅需数μm，目前转换效率最高可以达13%.[4]

该电池的常用材料有：砷化镓(GaAs)、铜铟硒(CuInSe)、 碲化镉(CdTe)。它们的有关参数参数见表格1。下面以铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池为例加以介绍。

CIGSe薄膜太阳能电池是由其母体铜铟硒(CulnSe2，简称ClSe)发展而来的.[5]

图6.CIGS电池的能带结构[6]

图7.CIGS薄膜太阳能电池组件工艺流程[7]

其制备方法有：

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（1）多元共蒸发法[8]：主要是通过热蒸发将所需的元素蒸发，并使得其以原子或分子的形式沉积下来。此方法制备的CIGSe太阳能电池效率很高，但由于设备昂贵，一般学术研究领域采用较多。

（2）溅射后硒化法[9]：先在Mo薄膜底电极上沉积含有Cu、In、Ga元素的预制层合

金，然后在含有Se的气氛下退火处理，最终得到满足化学计量比的CIGSe薄膜。

（3）肼溶液沉积法[10,11]：利用肼作为溶剂，将含有Cu、In、Ga的二元Se化物彻底溶解，分别得到其溶液。按所需组分配比混合均匀后，通过喷涂或旋涂等方法形成预制层薄膜。最后，在惰性气氛中退火，无需硒化，即可生成质量较好的CIGSe薄膜。

3.染料敏化太阳能电池 重要结构： （1）光阳极.

纳米半导体氧化物薄膜是染料敏化太阳能电池中的核心部分，它的主要作用是，吸附足够多的染料和快速传输电子到导电基底。为了获得较高光电转换效率的 DSSC，要求光阳极薄膜具备多孔结构和较大的接触面以及良好的形貌，以便能够容纳足够多的染料和保证足够多的电解液的渗入，能够起到抑制电子/空穴对复合的作用即使电子的分离速率大于复合速率，保证电子的产生和快速传输。目前，在所研究纳米半导体光阳极薄膜材料中，TiO 2 因具有较宽带禁带宽度3.2eV、良好的光电效应、良好的光催化性能及稳定的光电化学性能等优良性质而成为各国科研人员研究的重点。[12]

（2）染料敏化剂.

因为TiO2不能直接吸收可见光(380nm-780nm)，而染料敏化剂可以帮助半导体Sn02吸收整个区域的可见光，以致提高半导体薄膜对可见光利用率。其中根据材料性质，染料敏化剂可分为有机光敏染料敏化剂和无机光敏染料敏化剂。有机光敏染料包括合成染料和天然有机染料，有机染料光敏化剂包括羧酸多吡啶钌、磷酸多吡啶钌、多联吡啶钌染料、纯有机染料等。无机染料敏化剂稳定性较好，主要集中在钌、锇类的金属多吡啶配合物、金属卟啉、酞菁等。[13]

（3）电解质

使染料分子再生。通常为I-/I3-溶液。

三.太阳能电池的应用

1.硅太阳能电池

硅基电池的应用主要可分为3种类型:并网型、离网和家用电器产品。

（1）并网

进入21纪以来，全球太阳能光伏并网发电年度并网容址增长了44.1倍.从2000年的28 7MW递增至2008年的29.85MW，年均增长率

达60.99%，同比2007年增长了72.65%.全球太阳能光伏并网发电并网累积总里增长10.5倍，从2000的1.435G增至2008年的16.4GW，年增长率为35.6%。世界各国都在楼宇和家居屋顶应用了太阳能电池，所发的电大都可以并网。

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