薄膜硅太阳能电池概述

摘要本文主要阐述了多晶硅、非晶硅和微晶硅等薄膜硅太阳能电池的特点、制备方法、应用和发展现状。并根据当前国际形势和社会需求,提出了太阳能电池材料的发展方向以及应用前景。

关键词太阳能电池;多晶硅;非晶硅;微晶硅

0 引言

目前,世界范围内的能源消耗急剧增加和自然资源匮乏现状日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈,所以人们迫切需要寻找可再生清洁新能源来满足社会的需求。太阳能作为地球可再生的无污染能源引起了科研工作者的普遍关注,太阳能电池的研究与应用得到了迅猛发展。全球太阳能电池最大的生产企业日本夏普电器公司董事长片山干雄指出[1]:“2013 年之前是薄膜硅和结晶硅齐头并进,2013 年以后薄膜硅将成主流。”可见,薄膜太阳能电池在技术开发上已超越传统的太阳能电池,成为太阳能电池研发的重点方向和主流。已研发成功的产品主要有多晶硅薄膜太阳能电池、非晶硅薄膜太阳能电池和微晶硅薄膜太阳能电池。下面分别加以阐述。

1 多晶硅薄膜太阳能电池

多晶硅薄膜太阳能电池[2]是在单晶硅太阳能电池的基础上发展起来的。单晶硅太阳能电池属于结晶硅电池,是转换效率最高、技术最成熟的太阳能电池,尤其在工业生产和大规模应用中,单晶硅太阳能电池占据主导地位。但是单晶硅材料价格昂贵,制备工艺相当繁琐,所以科研工作者从70年代就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜,希望能够降低成本,但当时科技水平实验条件有限,导致生长的硅膜晶粒太小,没有能够取得成效。随着科技的发展,多晶硅薄膜太阳能电池的制备和应用都有了很大进展。目前,制备多晶硅薄膜太阳能电池多采用各种化学气相沉积法,包括低压化学气相沉积(LPCVD)和等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺和快热化学气相沉积(RTCVD)工艺。此外半导体液相外延生长法、固相结晶法和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜太阳能电池。

多晶硅薄膜太阳能电池的转化效率也大大提高,有些已经接近单晶硅太阳能电池。如日本三菱公司在二氧化硅衬底上制备的多晶硅薄膜太阳能电池,其光电效率可达16.5%。德国太阳能研究人员采用区熔再结晶技术所制备的多晶硅电池,其转化效率高达19%[3]。多晶硅薄膜电池所使用的硅比单晶硅少,没有效率衰退问题,并且有可能在廉价衬底材料上制备,成本远远低于单晶硅电池而效率也较高,所以多晶硅薄膜太阳能电池已成为薄膜硅电池开发的热点之一,具有良好的发展前景。