文档介绍：太阳能电池材料的研究进展
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。在太阳能的有效利用中,太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。太阳能电池的研制和开发日益得到重视制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础,其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生的光电子转移反应,根据所用材料的不同,太阳能电池可分为:①硅太阳能电池;②以无机盐如砷化镓Ⅲ—V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池;③纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池,对太阳能电池材料一般的要求有:①半导体材料的禁带不能太宽;②要有较高的光电转换效率;③材料本身对环境不造成污染;④材料便于工业化生产且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑,硅是最理想的太阳能电池材料,这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。但随着新材料的不断开发和相关技术的发展,以其它材料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景,本文简要地综述了太阳能电池的种类及其研究现状,并讨论了太阳能电池的发展趋势。
2、太阳能电池的基本原理
太阳能电池的基本原理: 当电池的表面受到照时, 由于减反射膜的作用, 入射光线小部分被反, 大部分进入光吸收层其中, 能量大于禁带宽度光子被吸收后, 激发出光生载流子在电池内部产的光生电子- 空穴对扩散到 PN 结并受结电场影而分开太阳能电池的 PN 结处存在一个由 N 区向 P 区的内电场在 N 区产生的光生空穴会向N 结扩散, 进入 PN 结后, 即被内电场推向 P 区; 在 P产生的光生电子先向 PN 结扩散, 进入 PN 结后, 即内电场推向 N 区; 而在 PN 结区附近产生的电子穴对, 则立即被内电场分别推向 N 区和 P 区因, 在 N 区积累了大量的光生电子, 而 P 区积累了大空穴, 在 PN 结两侧出现了光生电动势若在两边集电极间接上负载, 则会产生光生电流如图1 所示
3 无机半导体材料
3. 1 硅材料
  非晶硅( a - Si)
由于非晶硅薄膜太阳能电池的成本低,便于大规模生产,普遍受到人们的重视并得到迅速发展。近几年它的研制工作得到了迅速发展,目前世界上已有许多家公司在生产该种电池产品 ,尽管非晶硅是一种很好的太阳能电池材料,,使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感,这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率。此外,其光电效率会随着光照时间的延续而衰减,即所谓的光致衰退S—W效应,使得电池性能不稳定。解决这些问题的途径就是制备叠层太阳能电池,叠层太阳能电池是由在制备的P-i-n层单结太阳能电池上再沉积一个或多个P-i-n子电池制得的。叠层太阳能电池能提高转换效率、大幅度改善单结电池不稳定性的关键在于:
①它把不同禁带宽度的材料组合在一起,提高了光谱的响应范围;②顶电池的i层较薄,光照产生的电场强度变化不大,保证i层中的光生载流子抽出;③底电池产生的载流子约为单电池的一半,光致衰退效应减小;④叠层太阳能电池各子电池是串联在一起的非晶硅薄膜太阳能电池的制备方法有很多,但是以PECVD法最为成熟,该法可以在低温下来制备非晶硅薄膜太阳能电池。反应原料气体为H2稀释的SiH4,衬底主要为玻璃及不锈钢片,制成的非晶硅薄膜经过不同的电池工艺过程可分别制得单结电