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薄膜太陽能電池有什么類型?

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2021年03月05日  

砷化鎵太陽能電池


GaAs屬于III-V族化合物半導體材料,其能隙為1.4eV,正好為高吸收率太陽光的值,與太陽光譜的匹配較適合,且能耐高溫,在250℃的條件下,光電轉換性能仍很良好,其最高光電轉換效率約30%,特別適合做高溫聚光太陽電池。


砷化鎵生產方式和傳統的硅晶圓生產方式大不相同,砷化鎵要采用磊晶技術制造,這種磊晶圓的直徑通常為46英寸,比硅晶圓的12英寸要小得多。磊晶圓要特殊的機臺,同時砷化鎵原材料成本高出硅很多,最終導致砷化鎵成品IC成本比較高。磊晶目前有兩種,一種是化學的MOCVD,一種是物理的MBE。GaAs等III-V化合物薄膜電池的制備重要采用MOVpE和LpE技術,其中MOVpE方法制備GaAs薄膜電池受襯底位錯,反應壓力,III-V比率,總流量等諸多參數的影響。GaAs(砷化鎵)光電池大多采用液相外延法或MOCVD技術制備。用GaAs作襯底的光電池效率高達29.5%(一般在19.5%左右),產品耐高溫和輻射,但生產成本高,產量受限,目前重要作空間電源用。以硅片作襯底,MOCVD技術異質外延方法制造GaAs電池是降用低成本很有希望的方法。已研究的砷化鎵系列太陽電池有單晶砷化鎵,多晶砷化鎵,鎵鋁砷--砷化鎵異質結,金屬-半導體砷化鎵,金屬--絕緣體--半導體砷化鎵太陽電池等。


砷化鎵材料的制備類似硅半導體材料的制備,有晶體生長法,直接拉制法,氣相生長法,液相外延法等。由于鎵比較稀缺,砷有毒,制造成本高,此種太陽電池的發展受到影響。除GaAs外,其它III-V化合物如Gasb,GaInp等電池材料也得到了開發。


1998年德國費萊堡太陽能系統研究所制得的GaAs太陽能電池轉換效率為24.2%,為歐洲記錄。首次制備的GaInp電池轉換效率為14.7%。另外,該研究所還采用堆疊結構制備GaAs,Gasb電池,該電池是將兩個獨立的電池堆疊在一起,GaAs作為上電池,下電池用的是Gasb,所得到的電池效率達到31.1%。


砷化鎵(GaAs)III-V化合物電池的轉換效率可達28%,GaAs化合物材料具有十分理想的光學帶隙以及較高的吸收效率,抗輻照能力強,對熱不敏感,適合于制造高效單結電池。但是GaAs材料的價格不菲,因而在很大程度上限制了用GaAs電池的普及。


銅銦硒電池


銅銦硒CuInSe2簡稱CIC.CIS材料的能降為1.leV,適于太陽光的光電轉換,另外,CIS薄膜太陽電池不存在光致衰退問題。因此,CIS用作高轉換效率薄膜太陽能電池材料也引起了人們的注目。


CIS電池薄膜的制備重要有真空蒸鍍法和硒化法。真空蒸鍍法是采用各自的蒸發源蒸鍍銅,銦和硒,硒化法是使用H2Se疊層膜硒化,但該法難以得到組成均勻的CIS。CIS薄膜電池從80年代最初8%的轉換效率發展到目前的15%左右。日本松下電氣工業公司開發的摻鎵的CIS電池,其光電轉換效率為15.3%(面積1cm2)。1995年美國可再生能源研究室研制出轉換效率17.l%的CIS太陽能電池,這是迄今為止世界上該電池的最高轉換效率。預計到2000年CIS電池的轉換效率將達到20%,相當于多晶硅太陽能電池。CIS作為太陽能電池的半導體材料,具有價格低廉,性能良好和工藝簡單等優點,將成為今后發展太陽能電池的一個重要方向。唯一的問題是材料的來源,由于銦和硒都是比較稀有的元素,因此,這類電池的發展又必然受到限制。


碲化鎘太陽能電池


CdTe是Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體,帶隙1.5eV,與太陽光譜非常匹配,最適合于光電能量轉換,是一種良好的pV材料,具有很高的理論效率(28%),性能很穩定,一直被光伏界看重,是技術上發展較快的一種薄膜電池。碲化鎘容易沉積成大面積的薄膜,沉積速率也高。CdTe薄膜太陽電池通常以CdS/CdTe異質結為基礎。盡管CdS和CdTe和晶格常數相差10%,但它們組成的異質結電學性能優良,制成的太陽電池的填充因子高達FF=0.75。


制備CdTe多晶薄膜的多種工藝和技術已經開發出來,如近空間升華、電沉積、pVD、CVD、CBD、絲網印刷、濺射、真空蒸發等。絲網印刷燒結法:由含CdTe、CdS漿料進行絲網印刷CdTe、CdS膜,然后在600~700℃可控氣氛下進行熱處理1h得大晶粒薄膜.近空間升華法:采用玻璃作襯底,襯底溫度500~600℃,沉積速率10μm/min.真空蒸發法:將CdTe從約700℃加熱鉗堝中升華,冷凝在300~400℃襯底上,典型沉積速率1nm/s.以CdTe吸收層,CdS作窗口層半導體異質結電池的典型結構:減反射膜/玻璃/(SnO2:F)/CdS/p-CdTe/背電極。電池的實驗室效率不斷攀升,最近突16%。20世紀90年代初,CdTe電池已實現了規模化生產,但市場發展緩慢,市場份額一直徘徊在1%左右。商業化電池效率平均為8%-10%。


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