1、第二章第二章 太陽能電池太陽能電池22.1 太陽能電池概述太陽能電池概述 太陽能太陽能是指太陽內部高溫核聚變反應所釋放的輻射能：是指太陽內部高溫核聚變反應所釋放的輻射能：在太陽內部進行的由在太陽內部進行的由“氫氫”聚變成聚變成“氦氦”的原子核反應的原子核反應 廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風能，化學能，水的風能，化學能，水的勢能勢能等。等。地球地球上的上的化石燃料化石燃料（如煤、石油、天然氣等）從根本上說也是遠古以來貯存下（如煤、石油、天然氣等）從根本上說也是遠古以來貯存下來的太陽能來的太陽能 ） 狹義的太陽能則限于太陽輻射能的狹義的太陽能則限

2、于太陽輻射能的光熱光熱、光電光電和和光化學光化學的直接轉換。的直接轉換。 3太陽能可轉換為熱能、機械能、電能、化學能等。太陽能可轉換為熱能、機械能、電能、化學能等。 n 我國幅員廣大，有著十分豐富的太陽能資源。據估算，我國幅員廣大，有著十分豐富的太陽能資源。據估算，我國陸地表面每年接受的太陽輻射能約我國陸地表面每年接受的太陽輻射能約為為1018kWh，全國各全國各地太陽年輻射總量達地太陽年輻射總量達335837kJ/cm2a，中值為，中值為586kJ/cm2a。 n 地球每年接受的太陽能總量為地球每年接受的太陽能總量為l1018 kWh。這相當于。這相當于51014桶原油，是探明原油儲量的近千

3、倍，是世界年耗總桶原油，是探明原油儲量的近千倍，是世界年耗總能量的一萬余倍。能量的一萬余倍。 4太陽能利用技術太陽能利用技術 1 1）太陽能）太陽能熱能轉換技術；熱能轉換技術；太陽熱水器、太陽灶、太陽房、太陽能空調太陽熱水器、太陽灶、太陽房、太陽能空調2 2）太陽能）太陽能光電轉換技術；光電轉換技術；太陽能熱發電及光伏發電太陽能熱發電及光伏發電3 3）太陽能）太陽能化學能轉化技術。化學能轉化技術。5太陽能的光電轉換：太陽能的光電轉換：太陽能電池太陽能電池n 太陽能電池是通過光電太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置。光能轉化成電能的裝置。 n

4、原理：太陽光照在半導體原理：太陽光照在半導體p-n結結上，形成新的空穴上，形成新的空穴-電子對，在電子對，在p-n結電場的作用下，空穴由結電場的作用下，空穴由n區流向區流向p區，電子由區，電子由p區流向區流向n區，接通電區，接通電路后就形成電流。如右圖所示。路后就形成電流。如右圖所示。 6發展歷程發展歷程71839年 法國科學家貝克勒爾發現“光生伏打效應”，即“光伏效應”。1883年 Charles Fritts 在鍺半導體上覆上金層形成半導體異質結，成功制備第一塊太陽能電池，效率只有1%1954年 美國貝爾實驗室研制成實用型硅太陽能電池，效率6%，為光伏發電大規模應用奠定了基礎；同年，首次發

5、現了砷化鎵有光伏效應，制成了第一塊薄膜太陽電池。1958年 太陽電池首次在空間應用，裝備美國先鋒1號衛星電源。1958年 我國開始了太陽能電池的研制工作，1971年首次發射了用太陽能電池作為電池的人造衛星。1959年 第一個多晶硅太陽電池問世，效率達5%。1978年 美國建成100 kWp太陽地面光伏電站。1980年 單晶硅太陽電池效率達20%，砷化鎵電池達22.5%，多晶硅電池達14.5%，硫化鎘電池達9.15%。1990年 德國提出“2000個光伏屋頂計劃”，每個家庭的屋頂裝35kWp光伏電池。1997年 日本“新陽光計劃”提出到2010年生產43億Wp光伏電池。100萬戶，每戶安裝35k

6、Wp。 1998年 單晶硅光伏電池效率達25%。荷蘭政府提出“荷蘭百萬個太陽光伏屋頂計劃”，到2020年完成。 2010年，商業化單晶硅太陽能電池效率為18.3%，多晶硅15.8% 2010年，晶體硅電池的價格下降到2/Wp，電價達到11kW h；預計2020年晶體硅電池價格降下降到1/Wp，電價達到5.3kW h，達到與其他發電方式相當的水平。8 輸出功率Wp：是標準太陽光照條件下，即：歐洲委員會定義的101標準，輻射強度1000W/m2，大氣質量AM1.5，電池溫度25條件下，太陽能電池的輸出功率。 AM(air mass)1.5：地球大氣層外接受到的太陽輻射，未受到大氣層的反射和吸收，稱

7、為大氣質量為0的輻射， 以AM0表示。太陽輻射在到達地球之前，被大氣層中的氣體分子及懸浮微粒所吸收、散射和反射而被削弱，這種削弱還與穿透大氣層的距離有關，這又決定于太陽輻射的方向。 AM1/cos(z)，z為天頂角。 通常，以AM1表示垂直于太陽入射方向上單位面積上得到的太陽光譜。AM1.5， AM2等分別表示不同方向得到的太陽光譜。1.5=光線在大氣走的路程/垂直路程。 AM1.5對于天頂角48.2，包括中國，歐洲，美國在內的大部分國家都處在這個中緯度區域。因此一般地表上的太陽光譜用都用AM1.5表示，能量取1000W/m2。太陽能電池太陽能電池的分類的分類9 1 1、硅硅系系太陽能電池太陽

8、能電池 2 2、多元化合物多元化合物薄膜太陽電池薄膜太陽電池 3 3、染料敏化染料敏化太陽能電池太陽能電池 4 4、有機有機/ /聚合物薄膜太陽能電池聚合物薄膜太陽能電池據所用材料分據所用材料分砷化鎵（砷化鎵（III-V族化合物）族化合物）硫化鎘硫化鎘 （II-VI 族化合物）族化合物）銅銦硒銅銦硒（II- III-V 族化合物）族化合物）單晶硅太陽電池單晶硅太陽電池多晶硅薄膜太陽電池多晶硅薄膜太陽電池非晶硅薄膜太陽電池非晶硅薄膜太陽電池太陽電池種類太陽電池種類1011按照結構分類： 同質結太陽電池 硅太陽能電池、砷化鎵太陽能電池 異質結太陽電池 兩種不同禁帶寬度的半導體材料界面構成，如非晶硅

9、/晶硅異質結、硫化亞銅/硫化銅肖特基結太陽電池 （MS） 金屬和半導體接觸組成一個“肖特基勢壘”的太陽能電池，原理為二者接觸時可產生類似于p-n結可整流接觸的肖特基效應，如Al/Si、 Pt/Si異質結電池。目前已發展為MOS和MIS電池液結太陽電池 利用敏化納米半導體把太陽能轉化為電能。按照工作方式分類： 平板太陽電池 聚光太陽電池各類太陽能電池的制造方法及研究狀況各類太陽能電池的制造方法及研究狀況12種類種類材料材料太陽能太陽能單電池單電池效率效率太陽能太陽能電池模電池模塊效率塊效率主要制備方主要制備方法法優點優點缺點缺點硅系硅系太陽太陽能電能電池池單晶單晶硅硅151525%25%1313

10、20%20%表面結構化表面結構化發射區鈍化發射區鈍化分區摻雜分區摻雜效率最高效率最高技術成熟技術成熟工藝繁瑣工藝繁瑣成本高成本高多晶多晶硅硅101019%19%101018%18%化學氣相沉化學氣相沉積法積法液相外延法液相外延法濺射沉積法濺射沉積法無效率衰退問無效率衰退問題題成本遠低于單成本遠低于單晶硅晶硅效率低于效率低于單晶硅單晶硅非晶非晶硅硅8 813%13%5 510%10%反應濺射法反應濺射法PECVDPECVD法法LPCVDLPCVD法法成本較低成本較低轉換效率較高轉換效率較高穩定性穩定性不高不高種類種類材料材料 單電單電池效池效率率模塊效率模塊效率主要制備主要制備方法方法優點優點缺

11、點缺點多元化合多元化合物薄膜太物薄膜太陽能電池陽能電池砷化鎵砷化鎵1919 32%32%232330%30%MOVPEMOVPE和和LPELPE技術技術效率較高效率較高成本較單成本較單晶硅低晶硅低易于規模易于規模生產生產原材料有原材料有劇毒劇毒碲化鎘碲化鎘101015%15%7 710%10%銅銦硒銅銦硒101017%17%8 810%10%真空蒸鍍真空蒸鍍法和硒化法和硒化法法價格低廉價格低廉性能良好性能良好工藝簡單工藝簡單原材料來原材料來源比較有源比較有限限染料敏化染料敏化太陽能電池太陽能電池8 812%12%8%8%溶膠凝膠溶膠凝膠法法水熱反應水熱反應濺射法濺射法成本低廉成本低廉工藝簡單工

12、藝簡單性能穩定性能穩定有機或聚合物有機或聚合物太陽能電池太陽能電池3 310%10%處于研發處于研發當中當中易制作易制作材料廣泛材料廣泛成本低成本低效率低效率低壽命短壽命短13效率低效率低壽命短壽命短1415太陽電池工作原理太陽電池工作原理1. Si半導體結構：半導體結構：共價鍵共價鍵共用電子共用電子Si禁帶寬度：1.12eV162. 本征半導體：本征半導體： 完全無雜質且無晶格缺陷的純凈半導體；一般指導電主要由材料的本征激發決定的純凈導體。具有斷鍵的硅晶體 絕對零度下，半導體電子填滿價帶，導帶是空的，半導體不導電。 絕對零度以上，價電子在熱激發下可到導帶，形成自由電子，價帶中形成空穴。外加電

13、場作用下，電子與空穴定向移動形成電流，電子產生的導電稱為電子導電；因空穴產生的導電稱為空穴導電。電子和空穴稱為載流子 半導體的本征導電能力很小，Si在300K的本征電導率為2.3105 cm。173. p型和型和n型半導體：型半導體： Si半導體中摻入3價元素的半導體（如硼、鎵、鋁等），在晶體中會出現一個空穴，形成p型半導體。 Si半導體中摻入5價元素的半導體（如磷、砷、銻等），在共價鍵之外會出現一個多余的電子，形成n型半導體。p型半導體n型半導體多數載流子：空穴多數載流子：電子載流子密度是決定半導體電導率大小的主要因素載流子密度是決定半導體電導率大小的主要因素184. p-n結：結： n型半

14、導體中含有較多的電子，而p型半導體中含有較多的空穴，這樣，當p型和n型半導體結合在一起時，就會在接觸面形成電勢差形成p-n結 p-n結是構成半導體器件的基礎。電子擴散方向空穴擴散方向空間電荷區（耗盡區） 施加正向偏壓（與內建電場方向相反），產生正向電流 施加負偏壓，產生很小的反向電流p-n結的單向導電性結的單向導電性19l 材料吸收光子后，產生電子材料吸收光子后，產生電子-空穴對空穴對l 電性相反的光生載流子被半導體中電性相反的光生載流子被半導體中p-n結所產生的靜電場分開結所產生的靜電場分開l 光生載流子被太陽能電池的兩極所收集，并在電路中產生電流，因而獲光生載流子被太陽能電池的兩極所收集，

15、并在電路中產生電流，因而獲得電能得電能 這個這個過程的的實質是：光子能量轉換成電能的過程。過程的的實質是：光子能量轉換成電能的過程。 5.太陽電池工作原理太陽電池工作原理2021一般為p-n結型太陽能電池，主要由p型半導體/n型半導體、電極、防反射膜、組件封裝材料等梳狀電極：梳狀電極：由于半導體不是電的良導體，電子在通過pn結后如果在半導體中流動，電阻非常大，損耗也就非常大。因此一般用金屬網格覆蓋pn結，以增加入射光的面積。減反射膜：硅表面非常光亮，會反射掉大量的太陽光，不能被電池利用減反射膜：硅表面非常光亮，會反射掉大量的太陽光，不能被電池利用。因而涂上了一層反射系數非常小的保護膜，將反射損

16、失減小到5甚至更小。太陽能電池結構太陽能電池結構22 太陽電池一般制成p+/n型結構或n+/p型結構，其中p+和n+表示太陽電池正面光照半導體材料的導電類型；n和 p表示太陽電池背面襯底半導體材料的導電類型。 下圖為在p型半導體材料上擴散磷元素，形成n+/p型結構的太陽電池。上表面為負極；下表面為正極。23太陽能電池的特性太陽能電池的特性24 1）. 開路電壓（開路電壓（ Voc ）：當電勢增長到正向電流恰好抵消光致電流時達到穩定狀態，即電池電流為0時的電壓值稱為開路電壓。 2）. 短路電流（短路電流（ Jsc）：為電池電壓為0時的電流值稱為短路電流。 Jsc = I0 q lh inj cc

17、 式中I0為入射光通量，q為元電荷，lh為光捕獲效率，inj為電子注入效率，cc為電子收集效率。 3）. 光電轉化效率（光電轉化效率（）：指電池的實際最大輸出功率與入射光功率的比值： =Vop：最佳工作電壓 Jop： 最佳工作電流太陽能電池的I-V曲線1. 輸入輸入-輸出特性輸出特性 即電壓-電流特性，簡稱伏安特性，表征太陽能電池將太陽的光能 轉換成電能的能力。25 4）. 填充因子（填充因子（FF）：電池最大輸出功率與開路電壓與短路電流乘積的比值。實際中為0.6-0.75 。 5）. 單色光電轉換效率單色光電轉換效率(IPCE： Monochromatic Incident Photon-t

18、o-Electron Conversion Efficiency)：單位時間內轉移到外電路的電子數與入射的光子數之比，也稱為外部量子效率，其值反映在單色光照射下光子轉化為電子的百分率。 262. 溫度溫度特性特性 指太陽能電池的工作環境溫度和電池吸收光子之后使自身溫度 升高對電池性能的影響。溫度升高，短路電流增加，開路電壓減小，總轉換效率變小。273.3. 照度特性照度特性 指太陽能電池的電氣性能與光照強度的關系。一般來說，隨著光 照強度的減小，電池的光電轉化效率增大。不同輻照度下電池的I-V特性曲線標準測試條件標準測試條件光源輻照度：光源輻照度：AM1.5 1000W/m2 ； 測試溫度：測

19、試溫度： 2520C ； 28太陽電池等效電路太陽電池等效電路理想太陽電池等效電路： 相當于一個電流為Iph的恒流電源與一只正向二極管并聯。 流過二極管的正向電流稱為暗電流ID，光生電流Iph 流過負載的電流為I，負載兩端的電壓為V Iph ID V R I29實際太陽電池等效電路： 由于漏電流等產生的旁路電阻Rsh 由于體電阻和電極的歐姆電阻產生的串聯電阻Rs 在Rsh兩端的電壓為： Vj =(V+IRS) 因此流過旁路電阻Rsh的電流為： ISh= (V+IRS) / Rsh 流過負載的電流： I= Iph ID Ish Rs Iph ID Rsh Ish V R I太陽電池材料一般的要求

20、有：太陽電池材料一般的要求有： (1) 半導體材料的半導體材料的禁帶禁帶不能太寬；不能太寬；(2) 要有較高的光電轉換效率；要有較高的光電轉換效率；(3) 材料本身對環境不造成污染；材料本身對環境不造成污染；(4) 材料便于工業化生產且材料性能穩定。材料便于工業化生產且材料性能穩定。 太陽電池材料太陽電池材料30設計在設計在可見區內有強吸收的半導體材料可見區內有強吸收的半導體材料是高效利用太陽能的關是高效利用太陽能的關鍵性因素。鍵性因素。312.2 硅太陽能電池硅太陽能電池單晶硅太陽電池單晶硅太陽電池32原料: 高純的單晶硅棒，純度要求純度要求99.999。高性能單晶硅電池是建立在高質量單晶硅

21、材料和成熟的加工處理工藝基礎上 單晶硅太陽能電池實驗室 最高效率25%（澳大利亞新 南威爾士大學，馬丁格林 教授組）l單晶硅棒的制備： 坩堝拉直法和懸浮區熔法多晶硅太陽電池多晶硅太陽電池33晶硅太陽電池的生產需要消耗大量的高純硅材料晶硅太陽電池的生產需要消耗大量的高純硅材料，而制造這些材料工藝材料工藝復雜，電耗很大復雜，電耗很大，在太陽電池生產總成本總成本中己超二分之一二分之一。加之拉制的單晶硅棒呈圓柱狀，切片制作太陽電池也是圓片，組成太陽能組件平面圓片，組成太陽能組件平面利用率低利用率低。因此，80年代以來，歐美一些國家投入了多晶硅太陽電池的研制。目前太陽電池使用的多晶硅材料， 多半是含有大

22、量單晶顆粒的集合體大量單晶顆粒的集合體， 或用廢棄單晶硅料和冶金級硅材料廢棄單晶硅料和冶金級硅材料 熔化澆鑄而成。多晶硅錠可鑄成立方體，以便切片加工成方形太陽電池片方形太陽電池片，可提高材制利用率和方便組裝。多晶硅太陽電池的制作工藝與單晶硅太陽電池差不多，其光電轉換效率光電轉換效率稍低于稍低于單晶硅太陽電池，但是材料制造簡便，節約電耗，總的生產成本較低，因此得到大量發展。非晶硅太陽電池非晶硅太陽電池34非晶硅太陽電池非晶硅太陽電池是1976年出現的新型薄膜式太陽電池年出現的新型薄膜式太陽電池，硅硅材料消耗很少，電耗更低材料消耗很少，電耗更低，非常吸引人。制造方法: 輝光放電法，還有反應濺射法、

23、化學氣相沉積法、電子束蒸發法和熱分解硅烷法等。襯底材料一般用玻襯底材料一般用玻璃或不銹鋼板璃或不銹鋼板。電池結構: p-i-n電池電池，它是在襯底上先沉積一層摻磷的摻磷的n型型非晶硅非晶硅，再沉積一層未摻雜的未摻雜的i層層，然后再沉積一層摻硼的摻硼的p型非晶硅型非晶硅非晶硅太陽電池很薄很薄，可以制成疊層式目前非晶硅太陽電池存在的問題是光電轉換效率偏低光電轉換效率偏低，國際先進水平為先進水平為10左右左右，且不夠穩定不夠穩定，所以尚未大量用于作大型太陽能電源，而多半用于弱光電源，如袖珍式電子計算器、電子鐘表及復印機等方面。35硅太陽能電池的生產流程硅太陽能電池的生產流程 36通常的晶體硅太陽能電

24、池是在厚度350450m的高質量硅片上制成的，這種硅片從提拉或澆鑄的硅錠上鋸割而成。 上述方法實際消耗的硅材料更多。為了節省材料，目前制備多晶硅薄膜電池多采用化學氣相沉積法，包括低壓化學氣相沉積（LPCVD）和等離子增強化學氣相沉積（PECVD）工藝。此外，液相外延法（LPPE）和濺射沉積法也可用來制備多晶硅薄膜電池。生產過程大致可分為五個步驟：生產過程大致可分為五個步驟：a、提純過程、提純過程 b、拉棒過程、拉棒過程 c、切片過、切片過程程 d、制電池過程、制電池過程 e、封裝過程。、封裝過程。 37 硅片切割硅片切割 硅片的表面清洗：化學清洗硅片的表面清洗：化學清洗除污除污 表面腐蝕：除去

25、硅片表面的切割損傷表面腐蝕：除去硅片表面的切割損傷 制絨：使硅片表面變粗糙制絨：使硅片表面變粗糙硅太陽電池的制備工藝：38 擴散制結：擴散制結：加工太陽電池片，首先要在硅片上摻雜和擴散，一般摻雜物為微量的硼、磷、銻等。擴散是在石英管制成的高溫擴散爐中進行。這樣就硅片上形成PN結。 去背結去背結 絲網印刷上下電極絲網印刷上下電極 沉積減反射層：沉積減反射層：減少表面反射，增大折射率。 共燒形成金屬接觸共燒形成金屬接觸 電池片測試電池片測試 太陽電池太陽電池板板: :用串聯和并聯的方法構成一定的輸出電壓用串聯和并聯的方法構成一定的輸出電壓和電流和電流。最后用框架和裝材料進行封裝。最后用框架和裝材料

26、進行封裝。39損耗損耗光學損耗光學損耗 反射、電極反射、電極影響、透射影響、透射電損耗電損耗歐姆電阻損耗歐姆電阻損耗載流子復合損載流子復合損耗耗單晶硅太陽能電池的損耗：40提高晶體硅電池效率的方法提高晶體硅電池效率的方法 背電場(BSF)電池 在常規電池n+/p或p+/n的硅電池背面增加一層p+或n+層,即形成背電場,可以使電池性能提高,并且不受電阻率和一定范圍內單晶片厚度變化的影響。 聚光電池聚光電池 通過聚光器,使大面積聚光器上接收到的太陽光會聚一個比較小的范圍內,形成“焦斑”或“焦帶”。位于“焦斑”或“焦帶”處的太陽電池可得到較多的光能,使每一片電池能輸出更多的電能。 需要配備一套包括：

27、聚光器,散熱器,跟蹤器及機械傳動機構等的聚光系統。 41絨面電池 采用選擇性腐蝕溶液,使(100)硅片表面形成（111）面微小的金字塔型的小丘,小丘密度大約為108-109個/厘米2。依靠表面金字塔形的方錐結構,對光進行多次反射,不僅減少了反射損失,而且改變了光在硅中的前進方向,延長了光程,增加了光生載流子的產量；曲折的絨面又增加了p-n結面積,從而增加對光生載流子的收集率；并改善了電池的紅光響應。 42u從轉換效率和材料的來源角度講，多晶硅和非晶硅從轉換效率和材料的來源角度講，多晶硅和非晶硅薄膜電池將最終取代單晶硅電池，成為市場的主導薄膜電池將最終取代單晶硅電池，成為市場的主導產品。產品。u

28、今后研究的重點除繼續開發新的電池材料外應集中今后研究的重點除繼續開發新的電池材料外應集中在如何降低成本上來，近來國外曾采用某些技術制在如何降低成本上來，近來國外曾采用某些技術制得硅條帶作為多晶硅薄膜太陽能電池的基片，以達得硅條帶作為多晶硅薄膜太陽能電池的基片，以達到降低成本的目的，效果還是比較理想的到降低成本的目的，效果還是比較理想的。硅系太陽能電池的研究趨勢硅系太陽能電池的研究趨勢43442.3 多元化合物薄膜太陽能電池多元化合物薄膜太陽能電池Thin Film Photovoltaic （TFPV）45按材料來分：按材料來分：46II-VI 族化合物族化合物 如如CdTeIII-V族化合物

29、族化合物 如如GaAs多元化合物體系：多元化合物體系：CIS (Cu-In-S, Cu-In-Se) CIGS (Cu-In-Ga-Se) CZTS (Cu-Zn-Sn-S)47 GaAs，禁帶寬度是，禁帶寬度是1.43 eV，是理想的太陽能電池材料。，是理想的太陽能電池材料。 GaAs 的優勢：的優勢： GaAs高效聚光電池在國外被認為是低成本規模建造太陽能電高效聚光電池在國外被認為是低成本規模建造太陽能電站的有效途徑站的有效途徑 1. GaAs太陽能電池太陽能電池： 高的能量轉換效率高的能量轉換效率：處于最佳的能隙為1.41.5eV之間 吸收系數大吸收系數大：吸收：吸收95%的太陽光厚度僅

30、為的太陽光厚度僅為510um 耐高溫性耐高溫性；200度下效率仍有10% 抗輻射性能好抗輻射性能好：直接帶隙，少數載流子壽命短，抗輻射性能好，更適合空間能源領域； 開路電壓大，短路電流小，不易受串聯電阻影響開路電壓大，短路電流小，不易受串聯電阻影響48 GaAs電池結構：由單結向多結轉變電池結構：由單結向多結轉變單結單結 GaAs電池極限效率：電池極限效率：27%；雙結：；雙結：30%；三結：；三結：38%；四結：；四結：41%49Ga0.5In0.5P/GaAs/Ge三結太陽能電池空間用電池，平均效率28%50 GaAs材料材料的缺點的缺點資源稀缺資源稀缺，Ga價格昂貴，約Si材料的10倍；

31、污染環境污染環境，砷化物有毒物質，對環境會造成污染；機械強度較弱機械強度較弱，易碎；密度大密度大（5.318 g/cm3），質量大。 GaAs太陽能電池的制備方法：太陽能電池的制備方法： 液相外延技術（液相外延技術（LPE）、）、MOCVD、分子束外延技術（、分子束外延技術（MBE）51 CdS，室溫下禁帶寬度是，室溫下禁帶寬度是2.42 eV，是重要的，是重要的n型窗口材料，具型窗口材料，具有良好的光電導率和光的通透性。有良好的光電導率和光的通透性。 CdS作為窗口層的厚度約為作為窗口層的厚度約為50100 nm，可使波長小于，可使波長小于500 nm的光透過。的光透過。Cu2S/CdS是一

32、種廉價太陽電池，它具有成本低、制備工藝十是一種廉價太陽電池，它具有成本低、制備工藝十分簡單的優點。分簡單的優點。制備方法：制備方法：a) 在多種襯底上使用直接和間接加熱源的方法沉在多種襯底上使用直接和間接加熱源的方法沉積多晶積多晶CdS薄膜；薄膜；b) 用噴涂法制備用噴涂法制備CdS薄膜，將含有薄膜，將含有S和和Cd的的化合物水溶液，用噴涂設備噴涂到玻璃或具有化合物水溶液，用噴涂設備噴涂到玻璃或具有SnO2導電膜的導電膜的玻璃及其它材料的襯底上，經熱分解沉積成玻璃及其它材料的襯底上，經熱分解沉積成CdS薄膜。薄膜。 2. CdS薄膜太陽能電池薄膜太陽能電池： 52在薄膜光伏材料中，在薄膜光伏材

33、料中，CdTe為人們公認的高效、穩定、廉價為人們公認的高效、穩定、廉價的薄膜光伏器件材料。的薄膜光伏器件材料。室溫下室溫下CdTe多晶薄膜太陽能電池轉換效率理論值為多晶薄膜太陽能電池轉換效率理論值為27，目前已制成面積為目前已制成面積為l cm2，效率超過，效率超過15的的CdTe太陽能電池；太陽能電池；面積為面積為706 cm2的組件效率超過的組件效率超過10，小面積，小面積16.5% (NERL公司）公司）制備方法：電鍍、絲網印刷，化學氣相沉積制備方法：電鍍、絲網印刷，化學氣相沉積CVD，物理氣相，物理氣相沉積沉積PVD， MOCVD，分子束外延，分子束外延MBE，噴涂，濺射，真，噴涂，濺

34、射，真空蒸發，電沉積等。空蒸發，電沉積等。 3. 多晶多晶薄膜薄膜CdTe太陽能電池太陽能電池：TCO：導電性和透明性兼備n型半導體，厚度決定短路電流（吸光問題）吸收層通常大于1微米增加厚度以降低晶粒界面的密度，減少載流子復合的幾率53CdS：n型，堿性下型，堿性下 CBDCdTe：p型，電沉積法，陽極型，電沉積法，陽極空氣中，空氣中，450C煅燒，煅燒，n p型型激光切割激光切割Al金屬濺射金屬濺射再次切割再次切割EVA封裝封裝CdTe電池的制備方法54一種含銅銦硒三元素（簡稱CIS），一種含銅銦鎵硒四元素（簡稱CIGS）。 優點： a）高消光系數高消光系數，104105cm-1，CuInS

35、e2高達高達106cm-1的吸收系數，這是的吸收系數，這是到目前為止所有半導體材料中的最高值。到目前為止所有半導體材料中的最高值。CIGS隨著銦鎵含的同，其光吸收范圍可從1.04ev至1.70ev。 活性材料厚度不需超過1m，99以上的光子均可被吸收，因此降低成本，所需半導體原可能僅US$0.03/W。4. CIS薄膜薄膜太陽能電池太陽能電池55黃銅礦黃銅礦b)轉化效率高轉化效率高, 在實驗室完成的CIGS電池，光電效率最高可達19.88%，就模塊而言，最高亦可達約13(CIS約10%)。c)電池電池穩定穩定耐用，耐用，抗干擾，無光致衰退效應，壽命長d)CIGS的的Na效應：效應：微量Na摻雜可以優化其性能，尤其能提高p型CIGS 的傳導率，可使用鈉鈣玻璃做基板e)抗抗輻射性強且輕便輻射性強且輕便f)p型導電型導電g) 制造成本低制造成本低C