硅太陽能電池的原理

　　太陽能電池是利用太陽光和材料相互作用直接產(chǎn)生電能的器件。 能產(chǎn)生光伏效應的材料有許多種， 如： 硅系材料（ 單晶硅、多晶硅、非晶硅） ， 化合物半導體（ 砷化鎵、硒銦銅） 等。 它們的發(fā)電原理基本相同。 此類太陽能電池的工作原理是基于P- N 結的光生伏打效應： 當N 型半導體與 P 型半導體通過適當?shù)姆椒ńM合到一起時， 在二者的交界處就形成了 P - N 結; 由于多數(shù)載流子的擴散， 形成了空間電荷區(qū)， 并形成一個不斷增強的從 N 型半導體指向 P 型半導體的內(nèi)建電場， 導致多數(shù)載流子反向漂移; 達到平衡后， 擴散產(chǎn)生的電流和漂移產(chǎn)生的電流相等。 如果光照在 P- N 結上， 而且光能大于P- N 結的禁帶寬度， 則在 P- N 結附近將產(chǎn)生電子- 空穴對。 由于內(nèi)建電場的存在， 產(chǎn)生的非平衡電子載流子將向空間電荷區(qū)兩端漂移， 產(chǎn)生光生電勢， 破壞了原來的平衡。 若在電池兩側引出電極并接上負載， 負載中就有 光生電流 通過， 得到可利用的電能， 這就是太陽能電池發(fā)電的基本原理。 若把幾十個、數(shù)百個太陽能電池單體串聯(lián)、并聯(lián)起來， 組成太陽能電池組件， 在太陽光的照射下， 便可獲得輸出功率相當可觀的電能［ 1］

　　硅薄膜太陽能電池技術

　　硅薄膜太陽能電池依據(jù)材料微結構的不同， 可分為單晶硅（mono - Si） 、多晶硅（ poly- Si） 、非晶硅 （ a- Si： H） 和微晶硅（ ：c- Si:H） 薄膜電池。 單晶硅薄膜太陽能電池是當前開發(fā)得最快的一種太陽能電池， 它的構造和生產(chǎn)工藝已定型， 產(chǎn)品已廣泛應用于空間和地面。 這種太陽能電池以高純的單晶硅棒為原料。 為了降低生產(chǎn)成本， 現(xiàn)在地面應用的太陽能電池采用太陽能級的單晶硅棒， 材料性能指標有所放寬。 有的也可使用半導體器件加工的頭尾料和廢次單晶硅材料， 經(jīng)過復拉制成太陽能電池專用的單晶硅棒。 目前單晶硅太陽能電池的光電轉換效率為 15% 左右; 實驗室成果也有 20% 以上的 ［ 2］ ， 缺點是造價昂貴， 難以大面積制做在非硅襯底上。 多晶硅薄膜電池性能穩(wěn)定且轉換效率較高， 但通常需要采用長時間熱處理工藝， 需要能夠耐受高溫的硼硅玻璃或陶瓷材料作為襯底， 同時還面臨材料性能改善的技術挑戰(zhàn)。 盡管由澳大利亞新南威爾士大學和太平太陽電力有限公司聯(lián)合開發(fā)的玻璃基底多晶硅薄膜太陽能電池在制備技術上獲得了難能可貴的成功， 并已在德國CSG2I 公司實施了產(chǎn)業(yè)化， 但基于制造成本等多方面的考慮， 多晶硅薄膜電池現(xiàn)階段尚不足以作為商業(yè)化薄膜太陽電池的最佳選擇。 非晶硅太陽能電池工藝成熟、成本低， 且無原料瓶頸。 非晶硅薄膜太陽能電池是薄膜太陽能電池中最成熟的產(chǎn)品， 其加工原理為使用硅烷（ SiH4） 等離子體分解法， 通過在硅烷摻雜乙硼烷（ B2H6） 和磷化氫（ PH3） 等氣體， 在低成本基板上（ 玻璃、不銹鋼） 低溫成膜。 其主要優(yōu)點是成本低、制備方便.