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薄膜光伏电池的研究现状与发展趋势

2013-08-01 09:38来源:电子发烧网关键词:薄膜太阳能电池CIGS薄膜电池多晶硅薄膜电池收藏点赞

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CIGS薄膜太阳能电池

铜铟镓硒薄膜太阳能电池是第三代太阳能电池的首选,并且是单位重量输出功率最高的太阳能电池。所谓第三代太阳能电池就是高效/低成本/可大规模工业化生产的铜铟镓硒(CIGS)等化合物薄膜太阳能电池。

CIGS具有非常优良的抗干扰、耐辐射能力,因而没有光辐射引致性能衰退效应,使用寿命长。CIGS是直接带隙的半导体材料,因此电池中所需的CIGS薄膜厚度很小(一般在2um左右)。它的吸收系数非常高达10-5cm-1,同时还具有很好的非常大范围的太阳光谱的响应特性。通过调节Ga/(In+Ga)可以改变CIGS的带隙,调节范围为1.04eV~1.72eV。CIGS系电池可以很方便地做成多结系统,在四个结的情况下,从光线入射方向按禁带宽度由大到小顺序排列,太阳能电池的理论转换效率极限可以超过50%。

CIGS薄膜在高于500℃的温度下沉积在涂有Mo的玻璃衬底上,并且与通过化学沉积形成的CdS层,组成CdS/CIGS异质结太阳能电池。以掺镓的CIS(CIGS)和以CdS为缓冲层制成的太阳能电池效率已高达21.5%。

目前大多数CIGS电池组件都含有CdS缓冲层,但使用CdS缓冲层也存在一些缺点。从恢复短波光生电流的观点来看,应该使用禁带宽度更宽的缓冲层,从环境的观点来看,镉的毒性将对环境产生负面影响。因此近年来研究使用的缓冲层材料有ZnS、In2S3、ZnSe、ZnO、SnO2、ZnIn2Se等,以取代CdS作为缓冲层,实现制备绿色无镉高效CIGS薄膜太阳电池,同时为了节约原材料和能源,还应该考虑尽可能地减小薄膜厚度。

有机薄膜太阳能电池

有机薄膜太阳能电池主要有:单层结构的肖特基电池、双层p-n异质结电池以及P型和n型半导体网络互穿结构的体相异质结电池。目前认为有机薄膜太阳能电池的作用过程分为3个步骤:光激发产生激子、激子在给体/受体(D/A)界面的分裂、电子和空穴的漂移及其在各自电极的收集。有机薄膜太阳能电池具有材料潜在的低价格、加工容易、可大面积成膜、分子及薄膜性质可设计性、质轻、柔性等显著优点,但目前有机薄膜太阳能电池光电转换效率很低、稳定性差,只有将光电转换效率提高到5%以上才可能大规模应用。

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