币安——比特币、以太币以及竞争币等加密货币的交易平台(访问: hash.cyou 领取999USDT）
月年第卷第期可再生能源太阳能光伏发电材料的发展现状殷志刚辽宁太阳能研究应用有限公司辽宁沈阳摘要对太阳能光伏材料的研究进展做了简要综述介绍了硅太阳能电池材料铜薄膜太阳能电铟硒池材料的研究现状及其存在的问题还介绍了与纳米技术相结合的纳米晶太阳能电池材料以及在现有基础上的进一步技术创新关键词晶体硅铜铟硒薄膜纳米晶太阳能电池中图分类号文献标志码文章编号引言年太阳能光伏发电成本将降低到可与常规能源竞争的程度家认为到制作太阳电池的材料要满足如下要求半导体材料的禁带不能太宽要有较高的光电转换效率材料本身对环境
月2008年10第26卷第5期 可再生能源RenewableEnergyResources Vol.26No.5Oct.2008 太阳能光伏发电材料的发展现状 殷志刚 （辽宁太阳能研究应用有限公司，辽宁沈阳 摘 ）110034要：对太阳能光伏材料的研究进展做了简要综述。介绍了硅太阳能电池材料、铜 CIS）薄膜太阳能电铟硒（池材料的研究现状及其存在的问题；还介绍了与纳米技术相结合的纳米晶太阳能 电池材料以及在现有基础上的进一步技术创新。TM914 TN304；关键词：晶体硅；铜铟硒薄膜；纳米晶太阳能电池中图分类号：A 文献标志码：05-0017-04 ）（文章编号：1671esearchstatusofsolarPVgeneratepowermaterials YINZhi-gang ）LiaoningSolarEnergyRDCO.LTD,Shenyang110034，China（Inthispaper,wesummarizedtheresearchprogressandtheproblemsofsolarPVsili-：Abstractconmaterialsatpresent.TheresearchprogressofCISthinfilmmaterialandnanocrystallinesolarcellmaterialswereintroducedrespectively.Thelatestinnovationsoftheoriginaltechnologieswerealsoelaboratedinashortsummary. crystalsilicon;CuInSe2film;nanocrystalsolarcell0 Keywords： 引言 年太阳能光伏发电成本将降低到可与常规能源竞争的程度。2010家认为，到制作太阳电池的材料要满足如下要求：①半导体材料的禁带不能太宽；②要有较高的光电转换效率；③材料本身对环境不造成污染；④便于工业化生产且性能稳 定。符合以上条件的太阳能光伏材料被不断地开发和应用。 年，法国科学家贝克雷尔发现，光照能1839光生伏打效使半导体材料的不同部位之间产生电位差，这种现象后来被称为“年，美国科学家恰宾和皮尔松在贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅1954应”。。如今太阳能电[1]太阳能电池，从此太阳能转换为电能的实用光伏发电技术诞生池的种类不断增加，应用范围日益广阔，市场规模逐步扩大，太阳能电池的研究在欧洲，美洲，亚洲大规模展开。近几年，全世界太阳能电池的生产量平均每年 ，美国和日本相继出台了太阳能研究开发计划。此外，美国还推出了40%增长近，旨在让美国一部分城市的路灯都改由太阳能供电，预计每盏”“太阳能路灯计划 。太阳能光伏发电是能源利用不可逆的潮流。路灯每年可节电800kWh随着光伏技术及应用材料的飞速发展，光电材料成本不断下降，光电转换效率逐 渐升高，太阳能光伏发电将会越来越显现出优越性。光伏界专 。收稿日期：2008-01-25 第一代硅太阳电池材料1 当前，太阳能光伏电池材料主要有晶体硅材 料，晶体硅包括单晶硅，多晶硅和非晶硅。单晶硅是目前普遍使用的光伏发电材料，它被用做人造卫星、太阳能汽车的电源以及城市路灯或街头时钟的电源。高效单晶硅电池的生产建立在高质量单晶硅材料和成熟的加工工艺基础上。目前，单晶硅电池工艺已近成熟，提高其光电转换效率主要靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在光照充足的最佳角度，单 24%～，有可能提高到晶硅电池的光电总转换效率可以达到20%），男，汉族，河北唐山人，硕士研究生，研究方向为作者简介：殷志刚（1987- E-mail：光伏材料技术。 ·17· 可再生能源 25%[2]。尽管单晶硅电池具有电池转换效率高，稳定性好的特点，但由于单晶硅生产工艺复杂，加工工艺繁琐，致使单晶硅电池成 本居高不下，因此依靠单晶硅大规模推广太阳能电池是很难的。多晶硅原料是半导体工业和光伏产业共同的上游原材料，太阳电池生产的原料是 半导体工业的边角废料。多晶硅光电池的转换效率最高达 ）（52008，26结以及相应的迭层结构；生产可全流程自动化。③品p-in或者气体流量便可实现 种多，用途广。 a-Si太阳电池易于实现集成化。各种功率、输出电压、输出电流的器件都可以设计制造出来，可以较方便地生产适合不同需求的太阳电池光吸收系数高、暗电导量低，适合制作手表电池、计算a-Si多种产品。膜的硅网结构力学性能结实，适合在柔性的衬底上制a-Si器电池等低功耗电源；太阳电池的制造方法灵活多样，可以制造建筑集成的电；a-Si大电池作轻型的“”。非晶硅电池将发展为太阳能电池的主要产品之[7]池，适合户用屋顶电站的安装 一，有很好的市场前景。我国硅太阳能光伏材料发展几乎与世界光伏材料发展同时起步，在很多方面达到。随着光伏产业的[8]世界先进水平，但目前存在硅材料紧缺和成本价格高的问题快速发展，近年出现了世界范围的硅材料短缺，我国硅材料的生产受欧、美、日 ，3550t的技术要求限制，使其问题更为突出。目前我国每年硅材料缺口大约为因此，应采取有力措施尽快扩大硅材料的生产能力，研发并形成产业化生产太阳成本和售价,30元～能级硅的能力。目前晶体硅光伏电池每峰瓦的生产成本为25均高于国外的同类同质产品，在国际市场上的竞争力不强。解决以上问题，一方面要寻求新的硅材料生产工艺，降低硅电池的价格，另一方面要积极研究新的太 阳能材料。 。随着光伏产业的快速发，明显不如单晶硅[3]18.6%展和半导体工业复苏，来自半导体行业的边角废料已经不能满足光伏产业生产发展的需要。为适应光伏市场需求的持续稳定增长，太阳能电池企业不得不以较高，这无疑增加了光伏产业的成本，制约的价格购买半导体级硅来生产光伏电池[4]了光伏产业的发展。随着光伏产业的进一步发展，多晶硅的需求量会越来越大。年世界光伏产的速度增长，预计到2010在未来几年中，光伏产业将以25%～30%。虽然直接使用传统氯化提纯工艺生产太阳能级业市场需求多晶硅原料4.73t[5]硅的技术成熟，但成本过高，且降低成本的潜力不大，因此不能满足太阳能电池。原材料短缺问题严重阻碍了太阳能产业的发展。多晶硅太阳工业发展的需求[6]能电池制备的技术关键是结晶工艺，现在几乎所有制备单晶硅高效电池的技术都适用于制备多晶硅薄膜电池工艺，多晶硅电池将有可能最终取代单晶硅电池成为 光伏市场的主导产品。非晶硅光电池一般是采用高频辉光放电技术使硅烷气体分解沉积而制成，可在玻结p-in璃，不锈钢板，陶瓷板，柔性塑料上沉积约1μm厚的薄膜。该电池多采用等多层3p-in构，易于大面积化，成本低。为提高效率和改善稳定性,有时还制成层叠层式结构，或是插入一些过渡层，其商品化产量连续增长，居薄膜电池前几，大面积生产的转换效率为位。非晶硅光电池小面积的转换效率已提高到14.6% 。～8%10% 第二代太阳电池材料2 第二代太阳电池的核心是一种可粘接的薄膜。这种薄膜的优势：一是可以大批量、低成本地生产；二是能更好地利用太阳 能。该薄膜的表面呈绒面结构，在显微镜下观察，如同锉刀表面一般，粗糙的表面突起部分就像一座座小小的金字塔。当阳光照在这种薄膜上，光线斜射入电池内，经过各斜面不同角度的折射后，光线又会从电池板的背面反射回表面，大部分光线还能再次从表面反射回电池内，如此多次反复，使光线在电池内的传播路线大大加长。实验证明，光在这种电池内的传播路线是在表面光滑的电池体内所传播倍，可大幅度地提高光能的利用效率。另外一个关键的问题是把路线太阳电池产生的电能引出来，这不仅要求接触点要好，使电能的损失减少到最低 限度，而且要求接触点在电 a-Si非晶硅太阳电池具有独特的优势：①材料和制造工艺成本低。这是因为玻璃、不锈钢、塑料等衬底材料的价格低廉；硅 薄膜厚度仅有数百℃），生产耗电～300nm，昂贵的纯硅材料用量很少；制作工艺为低温工艺（100a-Si 量小，能量回收时间短。②易于形成大规模生产能力。这是因为合金薄膜；只非晶硅太阳电池的核心工艺，适合制作特大面积无结构缺陷的a-Si 18·需改变气相成分· 殷志刚太阳能光伏发电材料的发展现状池表面所留下的阴影要尽量小，以避免造成光的损失。尽管第二代太阳电池需要 解决的技术细节还有许多，但其应用已为时不远了。电池CIS世纪80年代初发展起来的多晶薄膜电池。铜铟硒太阳电池（CIS）是20以其廉价、高效、接近于单晶硅太阳电池的稳定性和较强的空间抗辐射性，已受。目前，[9]到全世界光伏工作者普遍关注，成为本世纪具有前途的太阳电池之一，大面积集成组件的效率超过20%[10]铜铟硒太阳电池的实验室转换效率接近 。13%型铜铟硒膜；②p骤如下：①采用磁控溅射加真空硒化退火方法，在衬底上制备 用真空蒸发方法在CIS/CdSCIS/CdS复合结构；③在n型硫化镉（CdS）层，形成p型CIS膜上生长型n工艺和金属诱导固相晶化方法制备PCVDp型多晶硅层、复合结构上，采用 多晶硅层；④成形。纳米技术是一门新型技术。纳米材料的独特结构，使其具有不同于常规材料和单个分子的性质（如量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等），从而导致了纳米材料的力学性能、电磁性能、光学性能、热学性能的改变，并使之在电子 学、光学、化工陶瓷、生物、医药、日化等方面有重要价值，得到广泛的应用。NanocrystallineSolar 纳米晶太阳电池（ 光伏材料所具有优异的性能吸引着世界众CIS2000多专家进行研究，但由于其工艺重复性差，高效电池成品率低，因此直到 年才初步产业化。 CIS薄膜是多元化合物半导体，原子配比以及晶薄CIS格匹配往往依赖于制作过程中对主要半导体工艺参数的精密控制。目前，材料性能和器件性能CIS膜的基本特性及晶化状况还没有完全弄清楚，无法预测 Mo衬底附着性较差是电池成品率低的重要因素。膜与的关系。CIS 光伏材料的研究方面已取得一些成果。世界各国在CIS年成功开发了一种新型薄膜太阳能电10）历经德国太阳能技术研究所（简称IST 池技术，该技术采用连续电沉积工艺，制备出在铜箔上形成 -有机复合体系，有效地把纳Cell）采用的是无机米技术与太阳电池结合。首先采用无机纳米粒子制备多孔的薄膜，然后在薄膜的微孔中修饰有机染料分子或无机半导体粒子作为光敏剂，光敏剂吸收入射光后产空穴对，通过半导体颗粒使电荷转换效率提高，制备工艺简单，其制作—生电子，具有明显的价格优势。作为一种低成本的太阳电1/5成本仅为单晶硅电池的池，在军事和民用方面具有很大的应用价值。纳米晶太阳电池更展现了太阳电池 新的发展方向。为主的薄膜太阳电池，因其工作原理独特，生产成本低廉而引起了TiO2以纳米教授为首的研究小组一直致M.Gratzel世界广泛关注。以瑞士洛桑高等工业学院 电极，以扩展力于染料敏化TiO2 ），薄膜太阳能电池的带卷（简称CISCuTCuInSe2电池的实验CISCuT通过特殊的封装工艺组装成柔软的太阳能电池组件。
