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薄膜太陽能電池的分類與發(fā)展歷史

2011-07-15 17:43

　　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電池薄膜的制備主要有真空蒸鍍法和硒化法。真空蒸鍍法是采用各自的蒸發(fā)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(fā)展到目前的15%左右。日本松下電氣工業(yè)公司開發(fā)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(yōu)點，將成為今后發(fā)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(fā)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(wěn)定，一直被光伏界看重，是技術上發(fā)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 ／CdT e異質結為基礎。盡管CdS和CdTe和晶格常數(shù)相差10%，但它們組成的異質結電學性能優(yōu)良，制成的太陽電池的填充因子高達F F =0.75。

　　制備CdTe多晶薄膜的多種工藝和技術已經開發(fā)出來，如近空間升華、電沉積、PVD、CVD、CBD、絲網印刷、濺射、真空蒸發(fā)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(fā)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(xiàn)了規(guī)模化生產，但市場發(fā)展緩慢，市場份額一直徘徊在1%左右。商業(yè)化電池效率平均為8%-10%。

　人們認為，CdTe薄膜太陽電池是太陽能電池中最容易制造的，因而它向商品化進展最快。提高效率就是要對電池結構及各層材料工藝進行優(yōu)化，適當減薄窗口層CdS 的厚度，可減少入射光的損失，從而增加電池短波響應以提高短路電流密度，較高轉換效率的CdTe 電池就采用了較薄的CdS 窗口層而創(chuàng)了最高紀錄。要降低成本，就必須將CdTe 的沉積溫度降到550 ℃以下，以適于廉價的玻璃作襯底；實驗室成果走向產業(yè)，必須經過組件以及生產模式的設計、研究和優(yōu)化過程。近年來，不僅有許多國家的研究小組已經能夠在低襯底溫度下制造出轉換效率12%以上的CdTe 太陽電池，而且在大面積組件方面取得了可喜的進展，許多公司正在進行CdTe薄膜太陽電池的中試和生產廠的建設。有的已經投產。