《结太阳能电池》PPT课件.ppt
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1、Triple Junction solar cell三结太阳能电池三结太阳能电池前言前言发现柔性的艺术 Flexible solar PV 三结柔性电池三结柔性电池n n一 非晶硅合金太阳电池的结构n n二 三叠层太阳电池的设计n n三 三叠层太阳电池的生产一、一、非晶硅合金太阳电池的结构非晶硅合金太阳电池的结构Uni-solar Uni-solar 电池结构电池结构电池结构电池结构1.1 非晶硅合金电池非晶硅合金电池 A-Si(一)(一)n n非晶硅合金太阳电池有很多种不同的结构。单层非晶硅合金太阳电池有很多种不同的结构。单层结构最简单,在基底上预先沉积背反射层,再沉结构最简单,在基底上预先
2、沉积背反射层,再沉积积n-i-pn-i-p三层膜。双叠层结构有两种:一种是两个三层膜。双叠层结构有两种:一种是两个电池使用相同的非晶硅合金材料;另一种是上层电池使用相同的非晶硅合金材料;另一种是上层电池使用非晶硅合金,下层电池使用非晶硅锗合电池使用非晶硅合金,下层电池使用非晶硅锗合金,以增加对长波光的吸收。三叠层结构与双叠金,以增加对长波光的吸收。三叠层结构与双叠层结构相似:上层电池用宽带隙的非晶硅合金作层结构相似:上层电池用宽带隙的非晶硅合金作为本征层,吸收蓝色光子;中间层用含锗约为本征层,吸收蓝色光子;中间层用含锗约10-1510-15的中等带隙的非晶硅锗合金吸收绿光;底层采的中等带隙的非
3、晶硅锗合金吸收绿光;底层采用锗含量更高的窄带隙的非晶硅锗合金吸收红光。用锗含量更高的窄带隙的非晶硅锗合金吸收红光。1.2 效率记录保持者(效率记录保持者(USSC)n n太阳电池的活区最高稳定转换效率是由美国联合太阳能系太阳电池的活区最高稳定转换效率是由美国联合太阳能系统公司统公司(USSC)(USSC)取得的。这些数据全都是转换效率的最新世取得的。这些数据全都是转换效率的最新世界纪录:单层结构的最高转换效率是界纪录:单层结构的最高转换效率是9.39.3;使用相同带;使用相同带隙涂层的双叠层结构最高转换效率为隙涂层的双叠层结构最高转换效率为10.110.1,底层电池中,底层电池中加入锗使双叠层
4、结构最高转换效率增加为加入锗使双叠层结构最高转换效率增加为11.211.2;三带隙;三带隙三叠层结构最高转换效率为三叠层结构最高转换效率为1313。上述最高转换效率是在。上述最高转换效率是在小面积小面积(0.25cm2)(0.25cm2)电池上取得的。将研究开发室的结果应电池上取得的。将研究开发室的结果应用到大面积电池时,有很多因素会影响转换效率。阴影和用到大面积电池时,有很多因素会影响转换效率。阴影和栅格造成的电损失可达栅格造成的电损失可达7 7;封装损失一般为;封装损失一般为4 4;质量最;质量最好的电池一般是在约好的电池一般是在约0.1nm0.1nms s的沉积速率下制得的,沉积的沉积速
5、率下制得的,沉积速率增大时,一般会造成速率增大时,一般会造成1010的效率损失;将小面积电池的效率损失;将小面积电池的结果应用到大面积电池,平均至少要造成的结果应用到大面积电池,平均至少要造成10151015的损的损失。可见,要满足转换效率最低不低于失。可见,要满足转换效率最低不低于8 8的用户要求,的用户要求,三叠层结构电池是最有可能的三叠层结构电池是最有可能的。二二 三叠层太阳电池的设计三叠层太阳电池的设计三叠层结构太阳电池具有最高转换效率是与其结构分不开的。2.1 a-Si:H/a-SiGe:H/nc-Si:H叠层叠层2.2 分层吸收更加科学分层吸收更加科学n n上层电池采用光带隙约为1
6、.8eV的本征层,有利于捕获蓝色光子;n n中间层使用含锗约15的非晶硅锗合金作为本征层,其光带隙约为1.6eV,非常适合于吸收绿光;n n底层采用锗含量约4050的非晶硅锗合金作为本征层,其光带隙约为1.4eV,适合于吸收红光和红外光。2.3 光子的能量光子的能量一般用波长(符号为一般用波长(符号为)或相对应的能量(符号为)或相对应的能量(符号为E E)来描述一个光子的特性。)来描述一个光子的特性。光子的能量与波长光子的能量与波长之间存在反比例关系,方程如下:之间存在反比例关系,方程如下:E=hc/E=hc/其中其中h h是普朗克常数,是普朗克常数,c c表示光速。它们以及其它表示光速。它们
7、以及其它常用的常数的数值都显示在常用的常数的数值都显示在常数常数页页.上面的反比例关系表示,由光子组成的光的能上面的反比例关系表示,由光子组成的光的能量越高(比如蓝光),波长就越短。能量越低量越高(比如蓝光),波长就越短。能量越低(如红光),波长越长。(如红光),波长越长。n n在电池中没有被吸收的光,将从银氧化锌背反在电池中没有被吸收的光,将从银氧化锌背反射层反射回来。背反射层通常是绒面状结构,有射层反射回来。背反射层通常是绒面状结构,有助于散射光线的多次内反射;背反射层必须具有助于散射光线的多次内反射;背反射层必须具有高的反射率,且能以大于总的内反射临界角的角高的反射率,且能以大于总的内反
8、射临界角的角度散射光线。常用银来得到高的反射率,但由于度散射光线。常用银来得到高的反射率,但由于银硅两种元素之间的相互混合,其界面处的反射银硅两种元素之间的相互混合,其界面处的反射率并不高,因此沉积氧化锌缓冲层以防止相互混率并不高,因此沉积氧化锌缓冲层以防止相互混合。最佳散射效果所需的绒面组织一般通过在合。最佳散射效果所需的绒面组织一般通过在100100400400高温下沉积银和氧化锌得到。高温下沉积银和氧化锌得到。2.4 Back-Reflecting 背反射层背反射层2.5 Ag/Zno 的好处的好处n n使用银和氧化锌背反射层后,不锈钢基底上的短使用银和氧化锌背反射层后,不锈钢基底上的短
9、路电流密度路电流密度(Jsc)(Jsc)明显提高。明显提高。n n对于对于300nm300nm厚的非晶硅锗合金本征层电池,电流密厚的非晶硅锗合金本征层电池,电流密度度(Jsc)(Jsc)的增加量可达的增加量可达67mA67mAcm2cm2。理论计算表。理论计算表明,若总的内反射在反射面上没有损失,电流密明,若总的内反射在反射面上没有损失,电流密度可进一步提高度可进一步提高45mA45mAcm2cm2,但实际上在绒面,但实际上在绒面结构表面存在内部损失,故不能提高到这一数值。结构表面存在内部损失,故不能提高到这一数值。为进一步改善光的捕获,有必要对这一现象作进为进一步改善光的捕获,有必要对这一现
10、象作进一步的研究。一步的研究。2.6 叠层结构电池的本征层和掺杂层叠层结构电池的本征层和掺杂层n n多层叠层结构电池要求组成电池具有高的转化效率,这就需要高质量多层叠层结构电池要求组成电池具有高的转化效率,这就需要高质量的本征层和掺杂层。对气体混合物进行氢稀释是改善本征层质量的有的本征层和掺杂层。对气体混合物进行氢稀释是改善本征层质量的有效方法,用氢稀释硅烷生长的薄膜对防止光诱导退化有改善作用。沉效方法,用氢稀释硅烷生长的薄膜对防止光诱导退化有改善作用。沉积过程中过量的氢会钝化生长表面,沉积下来的粒子不能立即找到合积过程中过量的氢会钝化生长表面,沉积下来的粒子不能立即找到合适的位置,在合并之前
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