太陽能電池材料

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 太陽能電池材料 摘要：太陽能可以轉(zhuǎn)換為熱能、電能和化學(xué)能，是可再生能源，而且不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染。太陽能利用研究是現(xiàn)在能源研究的熱點(diǎn)，其中太陽能的光電利用已經(jīng)顯示了很好的發(fā)展勢(shì)頭。太陽能利用的關(guān)鍵問題是需要發(fā)展新材料。多晶硅薄膜太陽能電池就是近年來太陽能電池的研究的主導(dǎo)，而且多晶硅薄膜也是一種很好的新材料。本文簡(jiǎn)單地介紹了太陽能電池研究現(xiàn)狀和對(duì)多晶硅薄膜太陽能電池材料進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，并討論了太陽能電池的發(fā)展及趨勢(shì)。 關(guān)鍵詞：材料 太陽能利用 太陽能電池 多晶硅 1、引言 經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開能源的

2、支持，但現(xiàn)在世界上的能源越來越少。據(jù)美國石油業(yè)協(xié)會(huì)估計(jì)，地球上尚未開采的原油儲(chǔ)藏量已不足兩萬億桶，可供人類開采時(shí)間不超過95年。面對(duì)即將到來的能源危機(jī)，全世界認(rèn)識(shí)到必須采取開源節(jié)流的戰(zhàn)略。開源就是開發(fā)“綠色能源”，這是解決能源危機(jī)的重要途徑。太陽能、地?zé)崮堋L(fēng)能、海洋能、核能以及生物能等存在于自然界中的能源被稱作“可再生能源”，由于這些能源對(duì)環(huán)境危害較少因此又叫做“綠色能源”。其中，近年來人們對(duì)太陽能材料的研制和利用，已顯示了積極有效的作用。這一新型功能材料的發(fā)展，既可解決人類面臨的能源短缺，又不造成環(huán)境污染。盡管太陽能材料的成本還較高和性能還有待進(jìn)一步提高，但隨著材料科學(xué)的不斷進(jìn)步，太陽能材

3、料愈來愈顯示了誘人的發(fā)展前景。但可以預(yù)見，太陽能材料將扮演更為重要的角色。在太陽能的有效利用當(dāng)中，大陽能光電利用是近些年來發(fā)展最快，最具活力的研究領(lǐng)域之一。為此，人們研制和開發(fā)了太陽能電池。本文簡(jiǎn)單地綜述了太陽能電池研究現(xiàn)狀及其材料分析，并討論了太陽能電池的發(fā)展及趨勢(shì)。 2、太陽能電池研究現(xiàn)狀 太陽能是很好的“綠色能源”，不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染又是可再生能源。制作太陽能電池主要是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，其工作原理是利用光電材料吸收光能后發(fā)生光電于轉(zhuǎn)換反應(yīng)。根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池可分為：1、硅太陽能電池；2、以無機(jī)鹽如砷化鎵III-V化合物、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的電池；3、

4、功能高分子材料制備的大陽能電池；4、納米晶太陽能電池等。不論以何種材料來制作電池，對(duì)太陽能電池材料一般的要求有：1、半導(dǎo)體材料的禁帶不能太寬；2、要有較高的光電轉(zhuǎn)換效率：3、材料本身對(duì)環(huán)境不造成污染；4、材料便于工業(yè)化生產(chǎn)且材料性能穩(wěn)定?；谝陨蠋讉€(gè)方面考慮，硅是最理想的太陽能電池材料，這也是太陽能電池以硅材料為主的主要原因。 目前光伏發(fā)電居世界各國前列的是日本、德國和美國。中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)于20世紀(jì)70年代起步，90年代中期進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展時(shí)期。太陽電池及組件產(chǎn)量逐年穩(wěn)步增加。經(jīng)過30多年的努力，已迎來了快速發(fā)展的新階段。在“光明工程”先導(dǎo)項(xiàng)目和“送電到鄉(xiāng)”工程等國家項(xiàng)目及世界光伏市場(chǎng)的有力拉

5、動(dòng)下，我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。到2007年年底，全國光伏系統(tǒng)的累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到10萬千瓦，從事太陽能電池生產(chǎn)的企業(yè)達(dá)到50余家，太陽能電池生產(chǎn)能力達(dá)到290萬千瓦，太陽能電池年產(chǎn)量達(dá)到1188MW，超過日本和歐洲，并已初步建立起從原材料生產(chǎn)到光伏系統(tǒng)建設(shè)等多個(gè)環(huán)節(jié)組成的完整產(chǎn)業(yè)鏈，特別是多晶硅材料生產(chǎn)取得了重大進(jìn)展，突破了年產(chǎn)千噸大關(guān)，沖破了太陽能電池原材料生產(chǎn)的瓶頸制約，為我國光伏發(fā)電的規(guī)?；l(fā)展奠定了基礎(chǔ)。雖然近年來我國太陽能電池相關(guān)的技術(shù)研發(fā)取得了突破，但是，與國外相比可能還存在一些差距，主要表現(xiàn)在技術(shù)水平、產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)發(fā)展等方面。比如，幾種典型太陽電池的實(shí)驗(yàn)室最好效率都比國外要低，我國

6、單晶硅、多晶硅的實(shí)驗(yàn)室效率分別為19.8%、16.5%，而國外的分別為24.8%和19.8%。 3、太陽能電池材料分析 多晶硅薄膜太陽能電池 多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。熔融的單質(zhì)硅凝固時(shí)，硅原子以金剛石晶格排列成晶核，如果這些晶核長(zhǎng)成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結(jié)合起來，結(jié)晶成多晶硅。 目前太陽能電池使用的多晶硅材料，多半是含有大量單晶顆粒的集合體，或用廢次單晶硅料和冶金級(jí)硅材料熔化澆澆鑄而成。其工藝過程是選擇電阻率為100~300歐姆.cm的多晶塊料或單晶硅頭尾料，經(jīng)破碎，用1：5的氫氟酸和硝酸混合液進(jìn)行適當(dāng)?shù)母g，然后用去離子水沖洗呈中性，并烘干。用石英坩堝裝

7、好多晶硅料，加入適量硼硅，放入澆鑄爐，在真空狀態(tài)中熱化。熔化后的英保溫約20min，然后注入石墨鑄模中，待慢慢凝固冷卻后，既得多晶硅錠。這種硅錠可鑄成立方體，以便切片加工成方形太陽能電池片，可提高材制利用率和方便組裝。 制備多晶硅薄膜電池多采用化學(xué)氣相沉積法，包括低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）和等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）工藝。此外，液相外延法（LPPE）和濺射沉積法也可用來制備多晶硅薄膜電池。 化學(xué)氣相沉積主要是以SiH2Cl2、SiHCl3、Sicl4或SiH4,為反應(yīng)氣體,在一定的保護(hù)氣氛下反應(yīng)生成硅原子并沉積在加熱的襯底上，襯底材料一般選用Si、SiO2、Si3N4

8、等。但研究發(fā)現(xiàn)，在非硅襯底上很難形成較大的晶粒,并且容易在晶粒間形成空隙。解決這一問題辦法是先用 LPCVD在襯底上沉熾一層較薄的非晶硅層，再將這層非晶硅層退火，得到較大的晶粒，然后再在這層籽晶上沉積厚的多晶硅薄膜，因此，再結(jié)晶技術(shù)無疑是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，目前采用的技術(shù)主要有固相結(jié)晶法和中區(qū)熔再結(jié)晶法。多晶硅薄膜電池除采用了再結(jié)晶工藝外，另外采用了幾乎所有制備單晶硅太陽能電池的技術(shù)，這樣制得的太陽能電池轉(zhuǎn)換效率明顯提高。德國費(fèi)萊堡太陽能研究所采用區(qū)館再結(jié)晶技術(shù)在FZ Si襯底上制得的多晶硅電池轉(zhuǎn)換效率為19％，日本三菱公司用該法制備電池，效率達(dá)16.42%。 液相外延（LPE）法的原

9、理是通過將硅熔融在母體里，降低溫度析出硅膜。美國Astropower公司采用LPE制備的電池效率達(dá)12．2％。中國光電發(fā)展技術(shù)中心的陳哲良采用液相外延法在冶金級(jí)硅片上生長(zhǎng)出硅晶粒，并設(shè)計(jì)了一種類似于晶體硅薄膜太陽能電池的新型太陽能電池，稱之為“硅粒”太陽能電池，但有關(guān)性能方面的報(bào)道還未見到。 多晶硅薄膜電池由于所使用的硅遠(yuǎn)較單晶硅少，又無效率衰退問題，并且有可能在廉價(jià)襯底材料上制備，其成本遠(yuǎn)低于單晶硅電池，而效率高于非晶硅薄膜電池，因此，多晶硅薄膜電池不久將會(huì)在太陽能電地市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。 4、太陽能電池的發(fā)展趨勢(shì) 中科院院士褚君浩在接受記者采訪時(shí)曾表示，除了單晶硅、多晶硅

10、、非晶硅太陽能電池外，第三代太陽能電池是一些新概念、新結(jié)構(gòu)的電池，如染料敏化電池、有機(jī)薄膜電池、納米結(jié)構(gòu)電池等，這些電池在未來10年將根據(jù)其穩(wěn)定性、效率和成本情況先后進(jìn)入市場(chǎng)。 中科院院士、中科院半導(dǎo)體研究所研究員王占國介紹說，高效、低成本的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合納米半導(dǎo)體柔性太陽能電池是目前國際前沿研發(fā)熱點(diǎn)之一。以微米不銹鋼帶為襯底的柔性非晶硅薄膜太陽能電池,具有重量輕、抗沖擊、可彎曲、易安裝以及應(yīng)用領(lǐng)域?qū)挼榷喾矫娴膬?yōu)點(diǎn)。 展望太陽能電池的未來，總的來說：薄膜化、高轉(zhuǎn)換效率、原材料豐富、無毒性和低成本是理想的第三代太陽能光伏電池，這是人們追求的目標(biāo)。 5、結(jié)論 以上就與太陽能電池材料的發(fā)展?fàn)?/p>

11、況進(jìn)行了概述。總的來看，太陽能利用的水平,最終取決于太陽能材料的發(fā)展水平。新材料、新工藝的出現(xiàn)，可進(jìn)一步提高人類利用太陽能的水平，也可以為未來的能源危機(jī)做好準(zhǔn)備。 參考文獻(xiàn)： [1] 宋力昕, 章俞之. 太陽能利用及太陽能新材料發(fā)展?fàn)顩r[J]. 21世紀(jì)太陽能新技術(shù), 2003. [2] 李奇, 陳光巨, 李戩洪. 材料化學(xué)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2004. [3] 建軍, 劉金霞. 太陽能電池及材料研究和發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 浙江萬里學(xué)院學(xué)報(bào), 2006，9（5），8~11. [4] 梁宗存, 沈輝, 李戩洪. 太陽能電池研究進(jìn)展[J]. 能源工程, 2000（4），8~11. 專心---專注---專業(yè)