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1、薄膜太阳能电池的研究与发展现状Research and development status of thin film solar cells,-陈刚祥,目录,前言介绍,结构和原理,现状和前景,分类和特点,第一章：前言,1.1 选题依据1.2 薄膜太阳能电池所具有的优势1.3 薄膜太阳能电池概述,1.1 选题依据,万物生长靠太阳。由于太阳能清洁安全、取之不竭，很多国家将目光投向了清洁的太阳能发电。国际能源署的报告显示，到2030年，全球电力需求将翻番。因此，采用太阳能等可再生能源发电无疑是有效的解决方法。目前，地球表面的太阳辐射高达12万太瓦（1太瓦等于100万兆瓦），其中600太瓦是可用的，
2、而我们人类只需10太瓦就可以了。随着技术的改进、光转换效率的提高以及生产成本的下降，太阳能对未来能源的贡献将会进一步增加。而低成本、轻质量、柔韧易加工性、可低成本大面积制备等突出优点，使得它具有很强的竞争力。,1.2 薄膜太阳能电池所具有的优势,目前硅系太阳能电池的成本主要消耗在价格昂贵的高纯硅材料上，其发展受到了一定的限制。而且硅系太阳能电池光电转换效率的理论极限值为25，效率提高潜力有限。而如今薄膜太阳能电池备受关注，其潜在的低成本、轻质量、柔韧易加工性、可低成本大面积制备等突出优点，使得它具有很强的竞争力。薄膜硅太阳能电池的厚度一般在几个微米，相对于厚度为200微米左右的晶体硅电池来说大
3、大节省了原材料，而且薄膜硅太阳能电池的制程相对简单，成本较为低廉，因此在未来更具有发展前景。,1.3 薄膜太阳能电池概述,目前光电薄膜材料也很丰富，这些材料主要包括：Ge和si单晶以及以它们为基的掺杂体；化合物半导体有：CdS（硫化镉）、CaSe(硒化钙)、CdTe（碲化镉），ZnSe（硒化锌）、HgS（硒化汞）、HgTe（碲化汞），PbS（硫化铅），PbSe（硒化铅）、InP（磷化铟）、InAs（砷化铟），InSb（锑化铟）、GaAs（砷化镓），GaSb（锑化嫁）等。目前薄膜太阳能电池按材料可分为硅薄膜型、化合物半导体薄膜型和有机薄膜型。,第二章.分类和特点,2.1 a-Si：H薄膜2.2
4、Poly-Si薄膜2.3 CIGS薄膜2.4 GaAs薄膜,非晶硅薄膜是一种极有希望大幅度降低太阳电池成本的材料。非晶硅薄膜太阳能电池具有诸多优点使之成为一种优良的光电薄膜光伏器件。(1)非晶硅的光吸收系数大，因而作为太阳能电池时，薄膜所需厚度相对其他材料如砷化镓时，要小得多；(2)相对于单晶硅，非晶硅薄膜太阳能电池制造工艺简单，制造过程能量消耗少；(3)可实现大面积化及连续的生产；(4)可以采用玻璃或不锈钢等材料作为衬底，因而容易降低成本；(5)可以做成叠层结构，提高效率。,2.1 a-Si：H薄膜,2.2 Poly-Si薄膜,由于非晶硅薄膜太阳能电池的光致衰减效应(S-W效应)导致了非晶硅
5、薄膜太阳能电池效率的衰减，因而多晶硅薄膜作为一种性能相对更好的材料应用于太阳能电池。多晶硅(poly-Si)薄膜是由许多大小不等、具有不同晶面取向的小晶粒构成的。它在长波段具有高光敏性，对可见光能有效吸收，且具有与晶体硅一样的光照稳定性，因此被公认为高效、低耗的最理想的光伏器件材料。多晶硅薄膜太阳电池是将多晶硅薄膜生长在低成本的衬底材料上，用相对薄的晶体硅层作为太阳电池的激活层，不仅保持了晶体硅太阳电池的高性能和稳定性，而且材料的用量大幅度下降，明显地降低了电池成本。,2.3 CIGS薄膜,CIGS薄膜太阳能电池是一种具有高光电转换效率且成本较低的化合物薄膜太阳能电池。CIGS组成可表示成Cu
6、(In1-xGax)Se2的形式，具有黄铜矿相结构，是CulnSe2和CuGaSe2的混合半导体。它是以铜铟镓硒为吸收层的高效率薄膜太阳能电池。,1、光电转化效率高2、晶体结构和化学键稳定3、可以在玻璃基板上形成缺陷少，高品质的大晶粒4、制作过程中不存在污染性的化学物质,2.4 GaAs薄膜,GaAs是典型的III-V 族化合物半导体材料，具有直接能带隙，带隙宽度为1.42eV（300K），可以良好的吸收太阳光，因此，是很理想的太阳能电池材料。特点：1.光吸收系数高。2.带隙宽度与太阳光谱匹配。3.耐高温性能好。4.抗辐照性能强。5.电池的设计更为灵活,3.1 基本原理3.2 主要结构,第三章
7、：结构和原理,3.1 基本原理,在光(包括不可见光)的照射下，物体发射电子的现象即使物质发生某些电性质的变化，就称为光电效应。光电效应主要有光电导效应、光生伏特效应和光电子发射效应3种。利用光伏效应原理不仅可以制作探测光信号的光电转化元件，还可以制造光电池薄膜太阳能电池。随着世界能源的紧缺，薄膜太阳能电池作为一种光电功能薄膜，可以有效地解决能源短缺问题，而且它无污染，易于大面积推广。,3.2 主要结构,1、单层结构2、双层结构3、体相异质结,第四章.现状和前景,4.1 薄膜太阳能电池的发展现状4.2 薄膜太阳能电池的发展前景,4.1 薄膜太阳能电池的发展现状,当前大规模产业化的薄膜硅太阳能电池
8、转换效率只有5%-7%，是晶体硅太阳能电池组件的一半左右，这在一定程度上限制了它的应用范围，也增加了光伏系统的成本。为了最终实现光伏发电的平价上网。而近年来，以GaAs、GaSb、GaInP、CuInSe2、CdS 和CdTe 等为代表的新型多元化合物薄膜太阳能电池，取得了较高的光电转换效率，GaAs 电池的最高实验室转换效率目前已经达到30。因此提高提高薄膜硅太阳能电池对光的吸收，如提高进入电池的入射光量；拓宽电池对太阳光谱的响应范围；提高电池的开路电压尤其是微晶硅薄膜太阳能电池（c-Si）的开路电压；抑制非晶硅薄膜太阳能电池（a-Si）的光致衰退效应等，都提高了薄膜太阳能电池的转换效率。,4.2 薄膜太阳能电池的发展前景,目前，各国政府非常鼓励采用某种形式的再生能源，其中包括太阳能、风能甚至潮汐发电及核电，只要不以碳为基础的能源，政府都大力鼓励，因为可以减少温室气体排放。在未来太阳能电池的发展蓝图中，薄膜电池则以低成本成为新的亮点，并试图通过改善工艺提高其转换效率将极大的扭转光伏市场的格局。薄膜太阳能电池在光伏建筑一体化、大规模低成本发电站建设等方面将比传统的晶体硅太阳能电池具有更加广阔的应用前景。薄膜太阳能电池具有便携、耐用、光电转换效率高等特点，可广泛应用于电子消费品、远程监控/通讯、军事、野外/室内供电等领域。,感谢您的关注,THE END,
