硅光電池的種類(lèi)

硅光電池是一種直接把光能轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件。它的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，核心部分是一個(gè)大面積的pN結(jié)，把一只透明玻璃外殼的點(diǎn)接觸型二極管與一塊微安表接成閉合回路，當(dāng)二極管的管芯(pN結(jié))受到光照時(shí)，你就會(huì)看到微安表的表針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，顯示出回路里有電流，這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為光生伏特效應(yīng)。硅光電池的pN結(jié)面積要比二極管的pN結(jié)大得多，所以受到光照時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)和電流也大得多。

光伏技術(shù)、產(chǎn)業(yè)及市場(chǎng)簡(jiǎn)述摘自中國(guó)電子報(bào)

光伏技術(shù)可直接將太陽(yáng)的光能轉(zhuǎn)換為電能，用此技術(shù)制作的光電池使用方便，特別是近年來(lái)微小型半導(dǎo)體逆變器迅速發(fā)展，促使其應(yīng)用更加快捷。美、日、歐和發(fā)展中國(guó)家都制定出龐大的光伏技術(shù)發(fā)展計(jì)劃，開(kāi)發(fā)方向是大幅度提高光電池轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性，降低成本，不斷擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)。目前已有80多個(gè)國(guó)家和地區(qū)形成商業(yè)化、半商業(yè)化生產(chǎn)能力，年均增長(zhǎng)達(dá)16％，市場(chǎng)開(kāi)拓從空間轉(zhuǎn)向地面系統(tǒng)應(yīng)用，甚至用于驅(qū)動(dòng)交通工具。據(jù)報(bào)道，全球發(fā)展、建造太陽(yáng)能住宅（光電池作屋頂、外墻、窗戶等建材用）投資規(guī)模為600億美元，而到2005年還會(huì)再翻一倍達(dá)1200億美元，光伏技術(shù)制作的光電池有望成為21世紀(jì)的新能源。以下按其材料分類(lèi)，展示光伏技術(shù)、產(chǎn)業(yè)及市場(chǎng)發(fā)展動(dòng)向。

晶體硅光電池

晶體硅光電池有單晶硅與多晶硅兩大類(lèi)，用p型（或n型）硅襯底，通過(guò)磷（或硼）擴(kuò)散形成pn結(jié)而制作成的，生產(chǎn)技術(shù)成熟，是光伏市場(chǎng)上的主導(dǎo)產(chǎn)品。采用埋層電極、表面鈍化、強(qiáng)化陷光、密柵工藝、優(yōu)化背電極及接觸電極等技術(shù)，提高材料中的載流子收集效率，優(yōu)化抗反射膜、凹凸表面、高反射背電極等方式，光電轉(zhuǎn)換效率有較大提高。單晶硅光電池面積有限，目前比較大的為Φ10至20cm的圓片，年產(chǎn)能力46MW／a。目前主要課題是繼續(xù)擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，開(kāi)發(fā)帶狀硅光電池技術(shù)，提高材料利用率。國(guó)際公認(rèn)最高效率在AM1.5條件下為24％，空間用高質(zhì)量的效率在AM0條件約為13.5?18％，地面用大量生產(chǎn)的在AM1條件下多在11?18％之間。以定向凝固法生長(zhǎng)的鑄造多晶硅錠代替單晶硅，可降低成本，但效率較低。優(yōu)化正背電極的銀漿和鋁漿絲網(wǎng)印刷，切磨拋工藝，千方百計(jì)進(jìn)一步降成本，提高效率，大晶粒多晶硅光電池的轉(zhuǎn)換效率最高達(dá)18.6％。

非晶硅光電池

a-Si（非晶硅）光電池一般采用高頻輝光放電方法使硅烷氣體分解沉積而成的。由于分解沉積溫度低，可在玻璃、不銹鋼板、陶瓷板、柔性塑料片上沉積約1μm厚的薄膜，易于大面積化（0.5m×1.0m），成本較低，多采用pin結(jié)構(gòu)。為提高效率和改善穩(wěn)定性，有時(shí)還制成三層pin等多層疊層式結(jié)構(gòu)，或是插入一些過(guò)渡層。其商品化產(chǎn)量連續(xù)增長(zhǎng)，年產(chǎn)能力45MW／a，10MW生產(chǎn)線已投入生產(chǎn)，全球市場(chǎng)用量每月在1千萬(wàn)片左右，居薄膜電池首位。發(fā)展集成型a-Si光電池組件，激光切割的使用有效面積達(dá)90％以上，小面積轉(zhuǎn)換效率提高到14.6％，大面積大量生產(chǎn)的為8-10％，疊層結(jié)構(gòu)的最高效率為21％。研發(fā)動(dòng)向是改善薄膜特性，精確設(shè)計(jì)光電池結(jié)構(gòu)和控制各層厚度，改善各層之間界面狀態(tài)，以求得高效率和高穩(wěn)定性。

多晶硅光電池

p-Si（多晶硅，包括微晶）光電池沒(méi)有光致衰退效應(yīng)，材料質(zhì)量有所下降時(shí)也不會(huì)導(dǎo)致光電池受影響，是國(guó)際上正掀起的前沿性研究熱點(diǎn)。在單晶硅襯底上用液相外延制備的p-Si光電池轉(zhuǎn)換效率為15.3％，經(jīng)減薄襯底，加強(qiáng)陷光等加工，可提高到23.7％，用CVD法制備的轉(zhuǎn)換效率約為12.6-17.3％。采用廉價(jià)襯底的p-Si薄膜生長(zhǎng)方法有pECVD和熱絲法，或?qū)-Si：H材料膜進(jìn)行后退火，達(dá)到低溫固相晶化，可分別制出效率9.8％和9.2％的無(wú)退化電池。微晶硅薄膜生長(zhǎng)與a-Si工藝相容，光電性能和穩(wěn)定性很高，研究受到很大重視，但效率僅為7.7％。大面積低溫p-Si膜與-Si組成疊層電池結(jié)構(gòu)，是提高a-S光電池穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)換效率的重要途徑，可更充分利用太陽(yáng)光譜，理論計(jì)算表明其效率可在28％以上，將使硅基薄膜光電池性能產(chǎn)生突破性進(jìn)展。銅銦硒光電池

CIS（銅銦硒）薄膜光電池已成為國(guó)際光伏界研究開(kāi)發(fā)的熱門(mén)課題，它具有轉(zhuǎn)換效率高（已達(dá)到17.7％），性能穩(wěn)定，制造成本低的特點(diǎn)。CIS光電池一般是在玻璃或其它廉價(jià)襯底上分別沉積多層膜而構(gòu)成的，厚度可做到2?3μm，吸收層CIS膜對(duì)電池性能起著決定性作用?，F(xiàn)已開(kāi)發(fā)出反應(yīng)共蒸法和硒化法（濺射、蒸發(fā)、電沉積等）兩大類(lèi)多種制備方法，其它外層通常采用真空蒸發(fā)或?yàn)R射成膜。阻礙其發(fā)展的原因是工藝重復(fù)性差，高效電池成品率低，材料組分較復(fù)雜，缺乏控制薄膜生長(zhǎng)的分析儀器。CIS光電池正受到產(chǎn)業(yè)界重視，一些知名公司意識(shí)到它在未來(lái)能源市場(chǎng)中的前景和所處地位，積極擴(kuò)大開(kāi)發(fā)規(guī)模，著手組建中試線及制造廠。

碲化鎘光電池

CdTe（碲化鎘）也很適合制作薄膜光電池，其理論轉(zhuǎn)換效率達(dá)30％，是非常理想的光伏材料?？刹捎蒙A法、電沉積、噴涂、絲網(wǎng)印刷等10種較簡(jiǎn)便的加工技術(shù)，在低襯底溫度下制造出效率12％以上的CdTe光電池，小面積CdTe光電池的國(guó)際先進(jìn)水平光電轉(zhuǎn)換率為15.8％，一些公司正深入研究與產(chǎn)業(yè)化中試，優(yōu)化薄膜制備工藝，提高組件穩(wěn)定性，防范Cd對(duì)環(huán)境污染和操作者的健康危害。

砷化鎵光電池

GaAs（砷化鎵）光電池大多采用液相外延法或MOCVD技術(shù)制備。用GaAs作襯底的光電池效率高達(dá)29.5％（一般在19.5％左右），產(chǎn)品耐高溫和輻射，但生產(chǎn)成本高，產(chǎn)量受限，目前主要作空間電源用。以硅片作襯底，用MOCVD技術(shù)異質(zhì)外延方法制造GaAs電池是降低成本很有希望的方法。

其它材料光電池

Inp（磷化銦）光電池的抗輻射性能特別好，效率達(dá)17?19％，多用于空間方面。采用SiGe單晶襯底，研制出在AM0條件下效率大于20％的GaAs／Si異質(zhì)結(jié)外延光電池，最高效率23.3％。Si／Ge／GaAs結(jié)構(gòu)的異質(zhì)外延光電池在不斷開(kāi)發(fā)中，控制各層厚度，適當(dāng)變化結(jié)構(gòu)，可使太陽(yáng)光中各種波長(zhǎng)的光子能量都得到有效利用，GaAs基多層結(jié)構(gòu)光電池效率已接近40％。