薄膜太陽能電池優(yōu)缺點_薄膜太陽能電池的生產(chǎn) - 全文
文章來源:未知時間:2022-02-18
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薄膜型太陽能電池由于使用材料較少，就每一模塊的成本而言比起堆積型太陽能電池有著明顯的減少，制造程序上所需的能量也較堆積型太陽能電池來的小，它同時也擁有整合型式的連接模塊，如此一來便可省下了獨立模塊所需在固定和內(nèi)部連接的成本。未來薄膜型太陽能電池將可能會取代現(xiàn)今一般常用硅太陽能電池，而成為市場主流。非晶硅太陽能電池與單晶硅太陽能電池或多晶硅太陽能電池的最主要差異是材料的不同，單晶硅太陽能電池或多晶硅太陽能電池的材料都疏，而非晶硅太陽能電池的材料則是SiH4，因為材料的不同而使非晶硅太陽能電池的構(gòu)造與晶硅太陽能電池稍有不同。
SiH4最大的優(yōu)點為吸光效果及光導(dǎo)效果都很好，但其電氣特性類似絕緣體，與硅的半導(dǎo)體特性相差甚遠，因此最初認(rèn)為SiH4是不適合的材料。但在1970年代科學(xué)家克服了這個問題，不久后美國的RCA制造出第一個非晶硅太陽能電池。雖然SiH4吸光效果及光導(dǎo)效果都很好，但由于其結(jié)晶構(gòu)造比多晶硅太陽能電池差，所以懸浮鍵的問題比多晶硅太陽能電池還嚴(yán)重，自由與電洞復(fù)合的速率非?？?；此外SiH4的結(jié)晶構(gòu)造不規(guī)則會阻礙電子與電洞的移動使得擴散范圍變短?；谝陨蟽蓚€因素，因此當(dāng)光照射在SiH4上產(chǎn)生電子電洞對后，必須盡快將電子與電洞分離，才能有效產(chǎn)生光電效應(yīng)。所以非晶硅太陽能電池大多做得很薄，以減少自由電子與電洞復(fù)合。由于SiH4的吸光效果很好，雖然非晶硅太陽能電池做得很薄，仍然可以吸收大部分的光。
非晶硅薄膜型太陽能電池的結(jié)構(gòu)不同于一般硅太陽能電池，如圖9所示，其主要可分為三層，上層為非常薄（約為0.008微米）且具有高摻雜濃度的P＋；中間一層則是較厚（0.5～1微米）的純質(zhì)層（Intrinsic layer），但純質(zhì)層一般而言通常都不會是完全的純質(zhì)（Intrinsic），而是摻雜濃度較低的n型材料；最下面一層則是較?。?.02微米）的n。而這種p+-i-n的結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)p-n結(jié)構(gòu)有較大的電場，使得純質(zhì)層中生成電子電洞對后能迅速被電場分離。而在P＋上一層薄的氧化物膜為透明導(dǎo)電膜（Transparent Conducng Oxide:TCO），它可防止太陽光反射，以有效吸收太陽光，通常是使用二氧化硅（SnO2）。非晶硅太陽能電池最大的優(yōu)點為成本低，而缺點則是效率低及光電轉(zhuǎn)換效率隨使用時間衰退的問題。因此非晶硅太陽能電池在小電力市場上被廣泛使用，但在市場上則較不具競爭力。
成本問題是太陽能技術(shù)廣泛使用的最大阻礙。傳統(tǒng)的硅晶太陽能電池需要復(fù)雜的、耗時的生產(chǎn)過程，這使得每一度電的成本大大提高。非硅薄膜太陽能電池生產(chǎn)方便因此更易沖破成本方面的阻礙。
薄膜太陽能目前在生產(chǎn)方面取得的最大突破是在箔條狀銅銦鎵硒電池方面。納米太陽能公司用類似于膠印的方法生產(chǎn)他們的太陽能電池，下面就讓我們來看看他們是怎么做的吧。首先，大量的鋁條在巨大的打印機中緩慢前進，就像打印報紙那樣，鋁條卷可以達到數(shù)米寬和數(shù)英里長，這使得產(chǎn)品能夠用于不同的用途。其次，一臺在露天下運轉(zhuǎn)的打印機將半導(dǎo)體油墨薄層沉積到鋁基體上。這是在玻璃態(tài)銅銦鎵硒電池和碲化鎘電池大批量生產(chǎn)中取得的一個巨大進步，原來的生產(chǎn)要求半導(dǎo)體在真空室內(nèi)沉積，而現(xiàn)在可以在露天下進行，速度更快，成本更低。接著，另一臺印刷機沉積硫化鎘和氧化鋅薄層，其中氧化鋅層是無反射的，這就確保了陽光能夠到達半導(dǎo)體層。最后，鋁箔條被切成一片片的太陽能電池。像傳統(tǒng)硅太陽能電池一樣進行分類裝配，在納米太陽能公司的生產(chǎn)過程中也是有可能采用的，這意味著電池的電學(xué)特性能夠滿足，并可以達到最高的面板效率分布和產(chǎn)額。而玻璃態(tài)銅銦鎵硒電池不提供自裝配分類單元，因為組成電池的面板并不能很好的符合電學(xué)特性，其能量產(chǎn)額與效率也大打折扣。
用于半導(dǎo)體打印的打印機是易于使用和維護的。不僅如此，而且原料浪費得也非常少，這有助于提高整個生產(chǎn)過程的效率和降低太陽能板產(chǎn)電的成本。用傳統(tǒng)的太陽能板生產(chǎn)一瓦特電需要三美元，傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，在將成本降低到1美元沒瓦特之前太陽能技術(shù)不會有競爭力。納米太陽能公司宣稱他們的超高效生產(chǎn)方式和革命性的半導(dǎo)體油墨將會使太陽能產(chǎn)電的成本降低到僅僅30美分每瓦特。如果這是真的，那么太陽能就可以與煤炭競爭了。
薄膜太陽能技術(shù)并不是。納米太陽能公司的產(chǎn)品已經(jīng)擁有了廣泛的客戶群，包括全球各地的合和政府部門，薄膜太陽能電池的生產(chǎn)者們也非常忙碌。俄亥俄州的第一家太陽能機構(gòu)與居威太陽能機構(gòu)合作在德國的薩克森州建立了40兆瓦的碲化鎘薄膜太陽能基地，于2009年竣工。本田公司正在活躍地進行綜合銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的試驗。
如果太陽能薄膜電池能夠?qū)⑵錆撃芡耆l(fā)揮出來，那么不難想象，在不遠的將來，太陽能將會像陽光一樣無所不在。在城市建筑中，薄膜太陽能電池將覆蓋屋頂和房子的正面，在新建房屋中，它們將作為屋頂紙板被整體安裝。此外，它們還能為新一代的太陽能汽車和卡車供能。
