多晶矽及光電轉換材料

2022-09-27 14:00:04 字數 1150 閱讀 1285

光伏效應

現代工業的發展,一方面加大對能源的需求,引發能源危機;另一方面在常規能源的使用中釋放出大量的二氧化碳氣體,導致全球性的「溫室效應」。為此各國力圖擺脫對常規能源的依賴,加速發展可再生能源。作為最理想的可再生能源,太陽能具有「取之不盡,用之不竭」的特點,而利用太陽能發電具有環保等優點,而且不必考慮其安全性問題。

所以在發達國家得到了高度重視,歐洲聯盟國家計畫在2010年太陽能光電轉換的電力佔所有總電力的1.5%,美國啟動了「百萬屋頂」計畫。在能源短缺,環境保護問題日益嚴重的我國,低成本高效率地利用太陽能尤為重要。

太陽能電池就是利用光伏效應將太陽能直接轉換為電能的一種裝置。常規太陽電池簡單裝置如圖1所示。當n型和p型兩種不同型號的半導體材料接觸後,由於擴散和漂移作用,在介面處形成由p型指向n型的內建電場。

當光照在太陽電池的表面後,能量大於禁帶寬度的光子便激發出電子和空穴對,這些非平衡的少數載流子在內電場的作用下分離開,在電池的上下兩極累積,這樣電池便可以給外界負載提供電流。

從本世紀70年代中期開始了地面用太陽電池商品化以來,晶體矽就作為基本的電池材料佔據著統治地位,而且可以確信這種狀況在今後20年中不會發生根本的轉變。以晶體矽材料製備的太陽能電池主要包括:單晶矽太陽電池,鑄造多晶矽太陽能電池,非晶矽太陽能電池和薄膜晶體矽電池。

單晶矽電池具有電池轉換效率高,穩定性好,但是成本較高;非晶矽太陽電池則具有生產效率高,成本低廉,但是轉換效率較低,而且效率衰減得比較厲害;鑄造多晶矽太陽能電池則具有穩定得轉換的效率,而且效能**比最高;薄膜晶體矽太陽能電池則現在還只能處在研發階段。目前,鑄造多晶矽太陽能電池已經取代直拉單晶矽成為最主要的光伏材料。但是鑄造多晶矽太陽能電池的轉換效率略低於直拉單晶矽太陽能電池,材料中的各種缺陷,如晶界、位錯、微缺陷,和材料中的雜質碳和氧,以及工藝過程中玷汙的過渡族金屬被認為是電池轉換效率較低的關鍵原因,因此關於鑄造多晶矽中缺陷和雜質規律的研究,以及工藝中採用合適的吸雜,鈍化工藝是進一步提高鑄造多晶矽電池的關鍵。

另外,尋找適合鑄造多晶矽表面織構化的溼化學腐蝕方法也是目前低成本製備高效率電池的重要工藝。

從固體物理學上講,矽材料並不是最理想的光伏材料,這主要是因為矽是間接能帶半導體材料,其光吸收係數較低,所以研究其他光伏材料成為一種趨勢。其中,碲化鎘(cdte)和銅銦硒(cuinse2)被認識是兩種非常有前途的光伏材料,而且目前已經取得一定的進展,但是距離大規模生產,並與晶體矽太陽電池抗衡需要大量的工作去做。

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