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提高多晶Si薄膜太阳电池转换效率的途径

提高多晶Si薄膜太阳电池转换效率的途径
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“微纳电子技术”2008年第4期

专家论坛

187-提高多晶Si薄膜太阳电池转换效率的途径

纳米器件与技术

193-小尺寸超高频双极晶体管工艺及特性模拟

198-单电子晶体管的蒙特卡罗模拟及宏观建模

纳米材料与结构

205-腐蚀法制备绒面ZnO透明导电薄膜

209-Bi2O3/TiO2纳米复合物的微波合成及光催化性质MEMS器件与技术

214-基于MEMS技术的微波滤波器研究进展

219-新型三轴MEMS热对流加速度传感器的研究

显微、测量、微细加工技术与设备

222-纳米光刻对准方法及其原理

231-变温腐蚀法制备纳米光纤探针

235-一维纳米结构的拉伸力学测试

240-Si 基GaN薄膜的制备方法及结构表征

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专家论坛

187-提高多晶Si薄膜太阳电池转换效率的途径

彭英才1,2,姚国晓3,马蕾1,王侠1

(1. 河北大学电子信息工程学院,河北保定071002;

2. 中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室,北京 100083;

3. 中国天威英利新能源有限公司,河北保定071051)

摘要:多晶Si薄膜对可见光进行有效地吸收、光照稳定性好、制作成本低,被公认为是高效率和低成本的光伏器件材料。以提高多晶Si薄膜太阳电池转换效率为主线,介绍了增大晶粒尺寸以增加载流子迁移率、进行表面和体内钝化以减少复合中心、设计p-I-n结构以增加光收集效率、制作绒面结构以

提高对入射光的吸收效果、改进电池结构以谋求最大效率等工艺措施;综述了近5年来多晶Si薄膜电池在材料生长、结构制备和性能参数方面取得的最新进展,并对其发展前景做了预测。

关键词:多晶Si薄膜;大晶粒;氢钝化;p-I-n结构;太阳电池;转换效率纳米器件与技术

193-小尺寸超高频双极晶体管工艺及特性模拟

赵守磊,李惠军,吴胜龙,刘岩

(山东大学孟尧微电子研发中心,济南250100)

摘要:基于通信系统中射频电路设计的特殊要求,对小尺寸(基区宽度低于100 nm)、超高频(特征频率高于15 GHz)双极晶体管工艺制程和器件的物理特性进行了模拟,为工艺线流片进行可行性研究。该器件采用BiCMOS制程结构实现,在对小尺寸、超高频双极性器件物理模型进行详尽分析的基础上,实现了该器件工艺级(Sentaurus Process)及器件物理特性级(Sentaurus Device)的仿真,提出TCAD工艺及器件的一体化设计方案。模拟结果表明,在高频指标参数 17GHz下,所得β值接近于80,满足设计要求。

关键词:小尺寸;双极器件;频率特性;工艺仿真;特性模拟

198-单电子晶体管的蒙特卡罗模拟及宏观建模

孙海定,江建军

(华中科技大学电子科学与技术系,武汉430074)

摘要:以单电子晶体管为研究对象,系统阐述了库仑阻塞、库仑台阶、单电子隧穿等物理现象的产生机理。微观模拟与宏观建模相结合,着重介绍了如何用蒙特卡罗方法和Matlab相结合对上述各种物理现象进行数值模拟,同时对单电子晶体管进行宏观电路等效,用一些常用元器件进行宏观建模。采用强大的模拟集成电路软件Hspice进行分析模拟,大大减少了计算及仿真时间。通过分析比较,两者曲线得到了较好的吻合,直观地反映了单电子晶体管的电学特性,为进一步研究复杂系统提供了理论依据。

关键词:单电子晶体管;单电子隧穿;库仑阻塞;库仑台阶;蒙特卡罗;Hspice 纳米材料与结构

205-腐蚀法制备绒面ZnO透明导电薄膜

刘佳宇,朱开宇,王文辕

(河北理工大学信息学院,河北唐山063000)

摘要:利用中频脉冲磁控溅射系统制备高透过率、高电导率的平面ZnO薄膜。对平面ZnO薄膜进行短时间弱酸腐蚀,可以获得绒面效果的ZnO透明导电薄膜。分析了工作气压和衬底温度对薄膜绒面结构的影响,获得了适合薄膜太阳能电池的绒面ZnO透明导电薄膜。当压力控制在1.92 Pa左右,衬底温度

150~170 ℃范围内沉积的薄膜具有最佳的绒面和较低的电阻率,电阻率可达5.57×10-4 Ω·cm,载流子浓度2.2×1020 cm-3,霍尔迁移率40.1 cm2/V·s,在可见光范围平均透过率超过85%。

关键词:中频脉冲溅射;绒面ZnO;透明导电膜;腐蚀;结构

209-Bi2O3/TiO2纳米复合物的微波合成及光催化性质

廖学红,王小佳

(黄冈师范学院化学系,湖北黄冈438000)

摘要:以硝酸铋和硫酸钛为原料,通过直接投料微波辐射水解合成法制备了掺铋TiO2纳米复合物,并用XRD、TEM进行了表征。结果表明,直接投料摩尔比为1∶10掺铋TiO2纳米复合物,经500 ℃热处理后晶型为锐钛矿型,粒径为6~10 nm。以催化降解甲基橙来考察其光催化活性,结果表明所制备的纳米复合物是一个好的催化剂。研究了Bi3+的掺杂量、热处理温度、催化剂用量对掺铋TiO2纳米复合物光催化性能的影响。当催化剂用量为1 g/L时,2 mg/L 的甲基橙溶液在紫外光辐射30 min后,降解率达到97%。该复合物对甲基橙溶液的光催化降解符合一级动力学方程。

关键词:Bi3+掺杂;二氧化钛;纳米复合物;微波合成;光催化

MEMS器件与技术

214-基于MEMS技术的微波滤波器研究进展

欧阳炜霞,张永华,王超,郭兴龙,赖宗声

(华东师范大学微电子电路与系统研究所,上海200241)

摘要:基于MEMS技术的滤波器是现行RF结构中一个关键的MEMS器件。与传统的采用金属矩形或圆柱波导以及半导体元件制作的滤波器相比,MEMS滤波器具有低损耗、高隔离度、线性好、体积小、易于集成等优点。对利用MEMS 技术制作的滤波器做了分类总结,综述了近几年MEMS滤波器的研究进展,包括硅体微加工滤波器、LIGA传输线型滤波器和基于MEMS开关/电容实现的可调滤波器。指出可调滤波器的开发适应微波、毫米波波段的多频段、宽带无线通信系统的迫切需要,具有重要的现实意义。

关键词:MEMS技术;硅体微加工;LIGA技术;微波滤波器;可调滤波器219-新型三轴MEMS热对流加速度传感器的研究

吕树海,杨拥军,徐淑静,徐爱东,徐永青

(中国电子科技集团公司第十三研究所,石家庄050051)

摘要:介绍了一种基于热流原理的新型三轴MEMS热对流加速度传感器,它没有活动质量,无需多个器件组合就可以进行任意方向的加速度信号测量。分析了该器件的工作原理,设计了器件结构,进行了工艺开发,加工出了原理样机。测试表明:该器件实现了三个轴向的加速度信号的检测性能,验证了

新原理的可行性;测量量程达到±2 g,分辨率达到1 mg,抗冲击能力达到10 000 g,具备了良好的性能。

关键词:微电子机械系统;三轴;对流场;加速度;传感器

显微、测量、微细加工技术与设备

222-纳米光刻对准方法及其原理

周绍林1,2,唐小萍1,胡松1,马平1,陈旺富1,2,杨勇1,2,严伟1

(1. 中国科学院光电技术研究所,成都610209 ;

2. 中国科学院研究生院,北京100039)

摘要:对准技术对光刻分辨力的提高有着重要作用。45 nm节点以下的光刻技术如纳米压印等,对相应的对准技术提出了更高的要求。对光刻技术发展以来主要用于接近接触式和纳米压印光刻的对准技术做总结分类,为高精度的纳米级光刻对准技术提供理论研究基础和方向。经过分析,从原理上将对准技术分为几何成像对准、波带片对准、干涉光强度对准、外差干涉对准及莫尔条纹等五种对准方法。最后结论得出基于条纹空间相位的对准方法具有最好的抗干扰能力且理论上能达到最高的对准精度,而其他基于光强的对准方法的精度更易受到工艺涂层的影响。因此,基于干涉条纹空间相位对准的方法在纳米级光刻对准中具有很好的理论前景。

关键词:纳米光刻;对准技术;掩模与硅片;标记;对准精度

231-变温腐蚀法制备纳米光纤探针

杨修文1,祝生祥2,胡毅1

(1. 郧阳师范高等专科学校物理系,湖北丹江口442700;

2. 同济大学 Pohl 固体物理研究所,上海200092)

摘要:通过改变温度,用腐蚀的方法制备出用于近场光学显微镜的光纤探针。通过控制光纤在不同温度的腐蚀液中腐蚀的时间,制备出多种形貌的光纤探针,所制作探针的锥形过渡区短而锥角大。该法具有重复性高、探针形貌可控、操作方便、实验费用低廉、制备的探针表面光滑等优点,利用该方法成功地制备出针尖尺寸50~300 nm、针尖锥角在40°~74°可调的光纤探针。将制备的探针用于扫描全息光栅(500线/mm),结果在40 mm范围内扫描有20个周期,与全息光栅的标定结果相符。

关键词:纳米光纤探针;近场光学;显微镜;腐蚀法;温度

235-一维纳米结构的拉伸力学测试

金钦华1,2,王跃林1,2,李铁2

(1.上海交通大学微纳科学技术研究院,上海200030;

2.中国科学院微系统与信息技术研究所,上海200050)

摘要:对一维纳米结构开展轴向拉伸测试时,面临着样品制备、装载、拉伸、样品的轴向应力与应变的高精度测量等难点,解决途径包括改造现代显微仪

器、研制MEMS力学测试芯片及发展一维纳米样品的制备与装载技术。从实验使用的测试仪器及拉伸方式出发,将目前发表的一维纳米拉伸实验分为基于探针、MEMS和电子束辐照开展的拉伸实验,并对各种实验方法进行了比较。发现基于MEMS的拉伸实验由于其对测试仪器的改造小、花费少、且通过设计制作不同测试功能的芯片可实现多样测试,是更有发展前景的测试技术。

关键词:一维纳米结构;轴向拉伸实验;纳米力学;微机电系统力学测试芯片;原位测试

240-Si 基GaN薄膜的制备方法及结构表征

张敬尧,李玉国,崔传文,张月甫,卓博世

(山东师范大学物理与电子科学学院,济南250014)

摘要:分别采用射频磁控溅射、热壁化学气相沉积(CVD)、电泳沉积法制备GaN薄膜。利用扫描电镜(SEM)、荧光光谱仪对样品进行结构、形貌和发光特性的分析比较。射频磁控溅射方法中, 把SiC中间层沉淀到Si衬底上,目的是为了缓冲由GaN外延层和Si衬底的晶格失配造成的应力。结果证实了SiC 中间层提高了GaN薄膜的质量。热壁化学气相沉积法制备GaN晶体膜时,选择H2作反应气体兼载体,有利于GaN膜的形成。电泳沉积法显示所得样品为六方纤锌矿结构的GaN多晶薄膜。结果表明:溅射法制备的GaN薄膜结晶效果好;CVD法制备时GaN薄膜应用范围广;电泳沉积法操作方便、简单易行。关键词:GaN薄膜;Si基;溅射;化学气相沉积;电泳沉积

薄膜太阳能电池分类

薄膜太阳能电池分类 21世纪初之前,太阳能电池主要以硅系太阳能电池为主,超过89%的光伏市场由硅系列太阳能电池所占领,但自2003年以来,晶体硅太阳能电池的主要原料多晶硅价格快速上涨,因此,业内人士自热而然将目光转向了成本较低的薄膜电池。薄膜太阳电池可以使用在价格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨,金属片等不同材料当基板来制造,形成可产生电压的薄膜厚度仅需数μm,目前转换效率最高可达13%以上。薄膜电池太阳电池除了平面之外,也因为具有可挠性可以制作成非平面构造其使用范围大,可和建筑物结合或是变成建筑体的一部份,使用非常广泛。 1.硅基薄膜电池 硅基薄膜电池包括非晶硅薄膜电池、微晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电池,而目前市场主要是非晶硅薄膜电池产品。非晶硅的禁带宽度为1.7eV,通过掺硼或磷可得到p型或n型a-Si。为了提高效率和改善稳定性,还发展了p-i-n/p-i-n双层或多层结构式的叠层电池。 2.碲化镉(CdTe)薄膜电池 碲化镉薄膜电池是最早发展的太阳电池之一,由于其工艺过程简单,制造成本低,实验室转换效率已超过16%,大规模效率超过12%,远高于非晶硅电池。不过由于镉元素可能对环境造成污染,使用受到限制。近年来美国FirstSolar公司采取了独特的蒸气输运法沉积等特殊措施,解决了污染问题,开始大规模生产,并为德国建造世界最大的光伏电站提供40MW 碲化镉太阳电池组件。 3.铜铟镓硒(CIGS)薄膜电池 铜铟镓硒薄膜电池是近年来发展起来的新型太阳电池,通过磁控溅射、真空蒸发等方法,在基底上沉积铜铟镓硒薄膜,薄膜制作方法主要有多元分布蒸发法和金属预置层后硒化法等。基底一般用玻璃,也可用不锈钢作为柔性衬底。实验室最高效率已接近20%,成品组件效率已达到13%,是目前薄膜电池中效率最高的电池之一。 4.砷化镓(GaAs)薄膜电池 砷化镓薄膜电池是在单晶硅基板上以化学气相沉积法生长GaAs薄膜所制成的薄膜太阳电池,其直接带隙1.424eV,具有30%以上的高转换效率,很早就被使用于人造卫星的太阳电池板。然而砷化镓电池价格昂贵,且砷是有毒元素,所以极少在地面使用。 5.染料敏化薄膜电池 染料敏化太阳电池是太阳电池中相当新颖的技术产品,由透明导电基板、二氧化钛(TiO2)纳米微粒薄膜、染料(光敏化剂)、电解质和ITO电极所组成。目前仍停留在实验室阶段,实验室最高效率在11%左右。 非晶硅薄膜电池 简介 非晶硅(amorphous silicon α-Si)又称无定形硅。单质硅的一种形态。棕黑色或灰黑色的微晶体。硅不具有完整的金刚石晶胞,纯度不高。熔点、密度和硬度也明显低于晶体硅。非晶硅的化学性质比晶体硅活泼。可由活泼金属(如钠、钾等) 在加热下还原四卤化硅,或用碳等还原剂还原二氧化硅制得。结构特征为短程有序而长程无序的α-硅。纯α-硅因缺陷密度高而无法使用。采用辉光放电气相沉积法就得含氢的非晶硅薄膜,氢在其中补偿悬挂链,并进行掺杂和制作pn结。非晶硅在太阳辐射峰附近的光吸收系数比晶体硅大一个数量级。禁带宽度1.7~1.8eV,而迁移率和少子寿命远比晶体硅低。现已工业使用,主要用于提炼纯硅,制造太阳电池、薄膜晶体管、复印鼓、光电传感器等。 非晶硅薄膜电池的起源 非晶硅薄膜太阳能电池由Carlson和Wronski在20世纪70年代中期开发成功,80年代其生产曾达到高潮,约占全球太阳能电池总量的20%左右,但由于非晶硅太阳能电池转化效率

(整理)大物实验太阳能电池.

实验62 太阳能电池特性研究 根据所用材料的不同,太阳能电池可分为硅太阳能电池,化合物太阳能电池,聚合物太阳能电池,有机太阳能电池等。其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的,在应用中居主导地位。本实验研究单晶硅,多晶硅,非晶硅3种太阳能电池的特性。 【实验目的】 1. 太阳能电池的暗伏安特性测量 2. 测量太阳能电池的开路电压和光强之间的关系 3. 测量太阳能电池的短路电流和光强之间的关系 4. 太阳能电池的输出特性测量 【实验原理】 太阳能电池利用半导体P-N 结受光照射时的光伏效应发电,太阳能电池的基本结构就是一个大面积平面P-N 结,图1为P-N 结示意图。 P 型半导体中有相当数量的空穴,几乎没有自由 电子。N 型半导体中有相当数量的自由电子,几乎没有空穴。当两种半导体结合在一起形成P-N 结时,N 区的电子(带负电)向P 区扩散, P 区的空穴(带正 电)向N 区扩散,在P-N 结附近形成空间电荷区与势垒电场。势垒电场会使载流子向扩散的反方向作漂移运动,最终扩散与漂移达到平衡,使流过P-N 结的净电流为零。在空间电荷区内,P 区的空穴被来自N 区的电子复合,N 区的电子被来自P 区的空穴复合,使该区内几乎没有能导电的载流子,又称为结区或耗尽区。 当光电池受光照射时,部分电子被激发而产生电子-空穴对,在结区激发的电子和空穴分别被势垒电场推向N 区和P 区,使N 区有过量的电子而带负电,P 区有过量的空穴而带正电,P-N 结两端形成电压,这就是光伏效应,若将P-N 结两端接入外电路,就可向负载输出电能。 在一定的光照条件下,改变太阳能电池负载电阻的大小,测量其输出电压与输出电流,得到输出伏安特性,如图2实线所示。 负载电阻为零时测得的最大电流I SC 称为短路电流。 负载断开时测得的最大电压V OC 称为开路电压。 太阳能电池的输出功率为输出电压与输 出电流的乘积。同样的电池及光照条件,负载电 阻大小不一样时,输出的功率是不一样的。若以 输出电压为横坐标,输出功率为纵坐标,绘出的 P-V 曲线如图2点划线所示。 输出电压与输出电流的最大乘积值称为最大 输出功率P max 。 填充因子F.F 定义为: sc oc I V P F F ?=?max (1) 空间电荷区 图1 半导体P-N 结示意图 I V

量子点太阳能电池外量子效率首超100%

量子点太阳能电池外量子效率首超100% 据美国物理学家组织网12月16日(北京时间)报道,美国国家可再生能源实验室(NREL)研制出一种新式的量子点太阳能电池,当其被太阳能光谱的高能区域发出的光子激活时,会产生外量子效率最高达114%的感光电流。发表于12月16日出版的《科学》杂志上的这一最新研究为科学家们研制出第三代太阳能电池奠定了基础。 当光子入射到太阳能电池表面时,部分光子会激发光敏材料产生电子空穴对,形成感光电流,此时产生的电子数与入射光子数之比称为感光电流的外量子效率。迄今为止,还没有任何一种太阳能电池在太阳能光谱内光波的照射下,显示出超过100%的外量子效率。 现在,NREL团队首次在量子点太阳能电池上实现了这一点。他们在一个叠层量子点太阳能电池上获得了114%的外量子效率。该电池由具有减反光涂层的玻璃(其包含有一薄层透明的导体)、一层纳米结构的氧化锌、一层经过处理的硒化铅量子点以及薄薄一层用作电极的金组成。 太阳能光子产生超过100%外量子效率基于载子倍增(MEG)过程,借助这一过程,单个被吸收的高能光子能激发多个电子空穴对。NREL团队首次在量子点太阳能电池的感光电流内展示了MEG,科学家们可借此改善太阳能电池的转化效率。研究结果显示,在模拟太阳光的照射下,新量子点太阳能电池的光电转化效率高于4.5%。目前,这种太阳能电池还没有达到最优化,因此,其能源转化效率相对来说偏低。 与传统的太阳能电池相比,量子点太阳能电池内的MEG能将电池的理论热力能转化效率提高35%;量子点太阳能电池也可使用廉价且产量高的卷对卷制程制造而成;其另外一个优势是每单位面积的制造成本很低,科学家们将其称为第三代(下一代)太阳能电池。

太阳能电池的的性能主要取决于它的光电转换效率和输出功率

太阳能电池板太阳能电池的的性能主要取决于它的光电转换效率和输出功率. 1.效率越大,相同面积的太阳能电池板输出功率也就越大, 用高效率的太阳 能电池板可以节省安装面积, 但是价格更贵. 2.太阳能电池的功率, 在太阳能电池板的背面标牌中, 有关于太阳能电池 板的输出参数, 如VOC开路电压,ISC短路电流,VMP工作电压,IMP工作电流, 等. 但我们只需要用工作电压和工作电流就可以了, 这两个相乘就可以得 这块太阳能电池板的输出功率. 太阳能电池板介绍:采用高质量单晶/多晶硅材料,经精密设备树脂封装生产出来的太阳能板,有良好的光电转换效果,外形美观,使用寿命长。 太阳能电池板的作用是将太阳的光能转化为电能后,输出直流电存入蓄电池中。太阳能电池板是太阳能发电系统中最重要的部件之一。 太阳能电池组件可组成各种大小不同的太阳能电池方阵,亦称太阳能电池阵列。太阳能电池板的功率输出能力与其面积大小密切相关,面积越大,在相同光照条件下的输 出功率也越大。 2.太阳能电池板的种类 (1)单晶硅太阳能电池 目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右,最高的达到24%,这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的,但制作成本很大,以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装,因此其坚固耐用,使用寿命一般可达15年,最高可达25年。 (2)多晶硅太阳能电池 多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳能电池差不多,但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少,其光电转换效率约12%左右(2004年7月1日日本夏普上市效率为%的世界最高效率多晶硅太阳能电池)。从制作成本上来讲,比单晶硅太阳能电池要便宜一些,材料制造简便,节约电耗,总的生产成本较低,因此得到大量发展。此外,多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲,单 晶硅太阳能电池还略好。

(整理)薄膜太阳能电池种类

薄膜太阳能电池种类 为了寻找单晶硅电池的替代品,人们除开发了多晶硅,非晶硅薄膜太阳能电池外,又不断研制其它材料的太阳能电池。其中主要包括砷化镓III-V族化合物,硫化镉,碲化镉及铜锢硒薄膜电池等。 上述电池中,尽管硫化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高,成本较单晶硅电池低,并且也易于大规模生产,但由于镉有剧毒,会对环境造成严重的污染,因此,并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。 砷化镓太阳能电池 GaAs属于III-V族化合物半导体材料,其能隙为1.4eV,正好为高吸收率太阳光的值,与太阳光谱的匹配较适合,且能耐高温,在250℃的条件下,光电转换性能仍很良好,其最高光电转换效率约30%,特别适合做高温聚光太阳电池。 砷化镓生产方式和传统的硅晶圆生产方式大不相同,砷化镓需要采用磊晶技术制造,这种磊晶圆的直径通常为4—6英寸,比硅晶圆的12英寸要小得多。 磊晶圆需要特殊的机台,同时砷化镓原材料成本高出硅很多,最终导致砷化镓成品IC成本比较高。磊晶目前有两种,一种是化学的MOCVD,一种是物理的MBE。 GaAs等III-V化合物薄膜电池的制备主要采用MOVPE和LPE技术,其中 MOVPE方法制备GaAs薄膜电池受衬底位错,反应压力,III-V比率,总流量等诸多参数的影响。GaAs(砷化镓)光电池大多采用液相外延法或MOCVD技术制备。用GaAs作衬底的光电池效率高达29.5%(一般在19.5%左右) ,产品耐高温和辐射,但生产成本高,产量受限,目前主要作空间电源用。以硅片作衬底,MOCVD技术异质外延方法制造GaAs电池是降用低成本很有希望的方法。已研究的砷化镓系列太阳电池有单晶砷化镓,多晶砷化镓,镓铝砷--砷化镓异质结,金属-半导体砷化镓,金属--绝缘体--半导体砷化镓太阳电池等。 砷化镓材料的制备类似硅半导体材料的制备,有晶体生长法,直接拉制法,气相生长法,液相外延法等。由于镓比较稀缺,砷有毒,制造成本高,此种太阳电池的发展受到影响。除GaAs外,其它III-V化合物如Gasb,GaInP等电池材料也得到了开发。 1998年德国费莱堡太阳能系统研究所制得的GaAs太阳能电池转换效率为 24.2%,为欧洲记录。首次制备的GaInP电池转换效率为14.7%。另外,该研

#什么是太阳能电池量子效率,如何测试

什么是太阳能电池量子效率,如何测试 请教大家,什么是太阳能电池量子效率啊?Quantum efficiency of a solar cell, QE 太阳能电池量子效率和太阳能电池光谱响应,太阳能电池IPCE有什么区别啊?spectral response, IPCE, Incident Photon to Charge Carrier Efficiency 太阳能电池这些特性如何测试啊? 什么是太阳能电池量子效率?如何测试啊?Quantum efficiency of a solar cell, QE 太阳能电池的量子效率是指太阳能电池的电荷载流子数目和照射在太阳能电池表面一定能量的光子数目的比率。因此,太阳能电池的量子效率和太阳能电池对照射在太阳能电池表面的各个波长的光的响应有关。太阳能电池的量子效率和光的波长或者能量有关。如果对于一定的波长,太阳能电池完全吸收了所有的光子,并且我们搜集到由此产生的少数载流子(例如,电子在P型材料上),那么太阳能电池在此波长的量子效率为1。对于能量低于能带隙的光子,太阳能电池的量子效率为0。理想中的太阳能电池的量子效率是一个正方形,也就是说,对于测试的各个波长的太阳能电池量子效率是一个常数。但是,绝大多数太阳能电池的量子效率会由于再结合效应而降低,这里的电荷载流子不能流到外部电路中。影响吸收能力的同样的太阳能电池结构,也会影响太阳能电池的量子效率。比如,太阳能电池前表面的变化会影响表面附近产生的载流子。并且,由于短波长的光是在非常接近太阳能电池表面的地方被吸收的,在前表面的相当多的再结合将会影响太阳能电池在该波长附近的太阳能电池量子效率。类似的,长波长的光是被太阳能电池的主体吸收的,并且低扩散深度会影响太阳能电池主体对长波长光的吸收能力,从而降低太阳能电池在该波长附近的太阳能电池量子效率。用稍微专业点的术语来说的话,综合器件的厚度和入射光子规范的数目来说,太阳能电池的量子效率可以被看作是太阳能电池对单一波长的光的吸收能力。 太阳能电池量子效率,有时也被叫做IPCE,也就是太阳能电池光电转换效率(Incident-Photon-to-electron Conversion Efficiency)。 太阳能电池(光伏材料)光谱响应测试、量子效率QE(Quantum Efficiency)测试、光电转换效率IPCE (Monochromatic Incident Photon-to-Electron Conversion Efficiency) 测试等。广义来说,就是测量光伏材料在不同波长光照条件下的光生电流、光导等。 测试原理 用强度可调的偏置光照射太阳能电池,模拟其不同的工作状态,同时测量太阳能电池在不同波长的单色光照射下产生的短路电流,从而得到太阳能电池的绝对光谱响应和量子效率。

太阳能电池转换效率

Research on New Technologies of Photoelectric Conversion Efficiency in Solar Cell Tianze LI, Chuan JIANG, Cuixia SHENG School of Electric and Electronic Engineering Shandong University of Technology Zibo 255049 ,China e-mail: ltzwang@https://www.doczj.com/doc/767688669.html, Hengwei LU,Luan HOU, Xia ZHANG School of Electric and Electronic Engineering Shandong University of Technology Zibo 255049 ,China e-mail: henrylu007@https://www.doczj.com/doc/767688669.html, Abstract—The characteristics of the solar energy and three conversion mode of solar energy including photovoltaic conversion, solar thermal conversion, and photochemical conversion are represented in this paper. On this basis,the materials used in solar cell, as well as the working principle of solar cells, the factors of low convert efficiency of solar cells and the two major bottlenecks encountered in the solar application are analyzed.The idea that spontaneous arrangement of compound organic molecules is achieved by changing the molecular arrangement structure of the organic thin-film solar is put forward. The new structure of liquid crystal layer come into being accordingly so that the electron donor and the receptor molecules of the mixture are separated, and the contacting area between them is enlarged. So the efficiency solar photovoltaic is improved. The research and development of this new technology can solve the technical problem of the low conversion efficiency of solar cell, and open up an effective way to improve the conversion efficiency of solar cells. At last,the prospect of solar photovoltaic technology, solar energy exploit technology and the development of industry is offered in the article. Keywords- photoelectric conversion efficiency; electron donor and recipient; photovoltaic generate power technology I.I NTRODUCTION Energy is the material basis of human society survival and development. In the past 200 years?the energy system based on coal, oil, natural gas and other fossil fuel has greatly promoted the development of human society. However, material life and spiritual life is increasing, the awareness of serious consequences brought from the large-scale use of fossil fuels is increasing at the same time: depletion of resources, deteriorating environment, in addition to all of the above, it induce political and economic disputes of a number of nations and regions, and even conflict and war. After in-depth reflection of the development process of the past, human advance seriously the future path of sustainable development. Today in the 21st century, there is no a problem as important as a sustainable energy supply, especially for the benefit of solar energy development and has been highly concerned by all mankind. Around the world are faced with limited fossil fuel resources and higher environmental challenges, it is particularly important to adhere to energy conservation, improve energy efficiency, optimize energy structure, rely on scientific and technological progress, development and utilization of new and renewable sources.After analyzing two bottleneck problems which affect the conversion efficiency of the solar cell, we put forward a new structure of molecular arrangement of the solar cell to improve the conversion efficiency of the solar cell. II.T HE F EATURES O F S OLAR A ND T HREE C ONVERSION M ODES A.The Features of Solar Solar resources are solar radiation energy on the entire surface of the earth. Solar energy has four features. Firstly, solar energy is sufficient. The gross of solar radiation energy on the surface of the earth is about 6h1017kWh every year. It can be used several billions of years, which is reproducible and cleanest. It isn’t monopolized by any groups or coutries. Secondly, the energy density of solar energy is low. People want to obtain higher energy density by condensers. Thirdly, because of climatic change, the solar energy is mutative. For example, cloudy day and rainy day, the solar energy is weak. People should consider energy storage or use auxiliary devices which provide conventional energy to use solar energy in a row. Forthly, because of the earth rotation, the earth revolution and the angle between the axis of rotation and the orbital plane, days and sensons must change on the earth, solar energy must change too. Fifthly, use of solar energy can make energy level appropriate allocation, so heat energy is made used of. When the sun light shines on the earth, part of the light is reflected or scattered, some light is absorbed, only about 70% of the light which are direct light and scattered light passes through the atmosphere to reach the surface of the earth. Part of the light on the surface of the earth is absorbed by the objects surface, another part is reflected into the atmosphere. Fig.1 shows the schematic diagram of the sun incident on the ground. Figure1. Schematic diagram of the sun incident on the ground 978-1-4244-7739-5/10/$26.00 ?2010 IEEE

中国薄膜太阳能电池生产厂商列表12资料

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三种主要的薄膜太阳能电池详解

三种主要的薄膜太阳能电池详解 摘要:上述电池中,尽管硫化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高,成本较单晶硅电池低,并且也易于大规模生产,但由于镉有剧毒,会对环境造成严重的污染,因此,并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。 关键字:薄膜太阳能电池, 砷化镓, 单晶硅电池 单晶硅是制造太阳能电池的理想材料,但是由于其制取工艺相对复杂,耗能大,仍然需要其他更加廉价的材料来取代。为了寻找单晶硅电池的替代品,人们除开发了多晶硅,非晶硅薄膜太阳能电池外,又不断研制其它材料的太阳能电池。其中主要包括砷化镓III-V族化合物,硫化镉,碲化镉及铜锢硒薄膜电池等。来源:大比特半导体器件网 上述电池中,尽管硫化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高,成本较单晶硅电池低,并且也易于大规模生产,但由于镉有剧毒,会对环境造成严重的污染,因此,并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。来源:大比特半导体器件网 砷化镓太阳能电池 GaAs属于III-V族化合物半导体材料,其能隙为 1.4eV,正好为高吸收率太阳光的值,与太阳光谱的匹配较适合,且能耐高温,在250℃的条件下,光电转换性能仍很良好,其最高光电转换效率约30%,特别适合做高温聚光太阳电池。砷化镓生产方式和传统的硅晶圆生产方式大不相同,砷化镓需要采用磊晶技术制造,这种磊晶圆的直径通常为4—6英寸,比硅晶圆的12英寸要小得多。磊晶圆需要特殊的机台,同时砷化镓原材料成本高出硅很多,最终导致砷化镓成品IC成本比较高。磊晶目前有两种,一种是化学的MOCVD,一种是物理的MBE。GaAs等III-V化合物薄膜电池的制备主要采用MOVPE和LP E技术,其中MOVPE方法制备GaAs薄膜电池受衬底位错,反应压力,III-V比率,总流量等诸多参数的影响。GaAs(砷化镓)光电池大多采用液相外延法或MOCVD技术制备。用GaAs作衬底的光电池效率高达29.5%(一般在19.5%左右) ,产品耐高温和辐射,但生产成本高,产量受限,目前主要作空间电源用。以硅片作衬底,MOCVD技术

柔性衬底微晶硅太阳电池量子效率的研究

第39卷第5期 人 工 晶 体 学 报 V o.l 39 N o .5 2010年10月 J OURNAL O F S YNTHET IC CRY STA LS O c tober ,2010 柔性衬底微晶硅太阳电池量子效率的研究 刘 成,周丽华,叶晓军,钱子勍,陈鸣波 (上海空间电源研究所,上海200233) 摘要:通过对微晶硅太阳电池量子效率的测量,结合微区拉曼光谱和电学特性测试,讨论了本征层的硅烷浓度和等离子体辉光功率对太阳电池量子效率的影响。发现本征层硅烷浓度增加时,电池的长波响应变差,材料结构由微晶相演变成非晶相;等离子体辉光功率的增加造成了电池短波响应的变化。同时发现测量微晶硅太阳电池时使用掩膜板所得短路电流密度与量子效率积分获得的短路电流密度相差不大。将优化后的沉积参数应用于不锈钢柔性衬底的非晶硅/微晶硅叠层太阳电池,获得了9.28%(AM 0,1353W /m 2)和11.26%(AM 1.5,1000W /m 2)的光电转换效率。关键词:太阳电池;量子效率;柔性衬底;微晶硅;非晶硅/微晶硅中图分类号:O484;TK 514 文献标识码:A 文章编号:1000 985X (2010)05 1161 05 Study on Quantu m Effici enci es ofM icrocrystalli ne Silicon Solar Cells on Flexi ble Substrates LI U Cheng,Z HOU L i hua,Y E X iao j u n,QI AN Z i qing,C HEN M i n g bo (Shanghai Institute of Space Po w er sou rces ,Shanghai200233,Ch i na) (R eceive d 22M arc h 2010,acce p t ed 21Jul y 2010) Abstract :W it h the m easure m ent o f quant u m efficienc ies ,Ra m an spectra and e lectrical characteristics ,the effects of silane concentrations and p las m a d i s charge po w ers on quantum efficiencies of m i c rocrysta lline silicon solar ce lls had been discussed .It is found that the long w avelength responses o f so l a r cells decrease w hen silane concentrations i n crease ,and the shortw aveleng t h responses o f solar cells changesw hen plas m a discharge powers i n crease .It is also found that the short circu it current density are al m ost the sa m e bet w een m easured by ill u m i n ated J V w ith m asks and by quant u m effic iency .W ith the opti m ized deposition para m eters ,a m or phous silicon /m icr ocrystalli n e silicon tande m so lar ce lls on sta i n less steel flex i b le substratesw ith conversi o n efficiency of 9.28%(AM 0,1353W /m 2 )and 11.26%(AM 1.5,1000W /m 2 )w ere obta i n ed . K ey w ords :so lar cells ;quantu m efficienc ies ;flex i b le substrates ;m icr ocr ystalli n e silicon ;a morphous silicon /m icrocr ystalli n e silicon 收稿日期:2010 03 22;修订日期:2010 07 21 基金项目:上海市博士后科研资助计划项目(08R21420200);上海市引进技术的吸收与创新计划项目(07X I 2 016) 作者简介:刘 成(1980 ),男,湖南省人,博士后。E m ai :l thomas .li u cheng @g m ai.l com 1 引 言 量子效率(Quantum efficiency ,简称QE)的定义为:当太阳光照射到太阳电池上,在内建电场作用下产生的光生载流子数目与入射的光子数的比值。它是一个小于1的无量纲的数。量子效率分为内量子效率和外量子

薄膜太阳能电池基础知识整理

非晶硅薄膜太阳能电池基础知识 一、优点: 1.光谱特性好(弱光性好、光谱吸收范围宽) 2.温度特性好(温度上升时电池效率下降很小) 3.成本能耗低(硅用量少:2um、生产温度底:200度) 4.生产效率高(连续,大面积,自动化生产) 5.使用方便(重量轻,厚度薄.可弯曲,易携带) 6.无毒无污染、美观大方 缺点: 二、非晶硅薄膜太阳能电池的四个效应: 1.光电效应 2.光致衰退效应(薄膜经较长时间的强光照射或电流通过,在其内部将产生缺陷而 使薄膜的使用性能下降,简称为S-W效应) 3.边缘效应(边缘效率比中心效率低) 4.面积效应(面积越大,效率越低) 三、结构 1.一般结构 2.非晶\微晶硅叠层结构

衬底:玻璃、不锈钢、特种塑料 TOC :透明导电氧化膜(要求:透光性>80%、表面绒面度12~15% 面电阻R 9~13 Ω ) 四、原理 非晶硅太阳电池的工作原理是基于半导体的光伏效应。当太阳光照射到电池上时,电池吸收光层(i 层)能产生光生电子—空穴对,在电池内建电场Vb 的作用下,光生电子和空穴被分离,空穴漂移到P 边,电子漂移到N 边,形成光生电动势VL, VL 与内建电势Vb 相反,当VL = Vb 时,达到平衡; IL = 0, VL 达到最大值,称之为开路电压Voc ; 当外电路接通时,则形成最大光电流,称之为短路电流Isc ,此时VL= 0;当外电路加入负载时,则维持某一光电压VL 和光电流IL 。其I--V 特性曲线见图 3 SiO2(20~40nm) TCO(700~1000nm) a-si(~300nm) SiO2(100nm) μc-Si (~1.7μm ) AZO (~100nm) Ag (130~200nm)

太阳能电池片转换效率

太阳能电池片转换效率 影响太阳能电池转换效率的因素很多,简单的归纳下吧: 1)太阳能光强。太阳能电池就是把太阳光转化为电的一种器件,在一般的情况下(注意条件),太阳能电池的效率随光强增加而增加的。再进一步说就是太阳能电池效率和安装地的综合气候条件有关系。2)电池的材料。不同的材料对光的吸收系数不同,禁带宽度也不同,量子效率自然也不同,电池效率自然也不同了。一般来说,单晶硅/多晶硅对光的系数系数远小于非晶硅的,所以非晶硅太 阳能电池厚度仅仅有单晶硅/多晶硅厚度的百分之一即可较好的吸收太阳光。另 外理论上讲GaAs太阳能电池的极限效率要大于其他太阳能电池的极限效率,因为GaAs太阳电池的禁带宽度在1.4ev,和地面太阳光光谱能量的最值最为接近。3)工艺水平。不同的工艺水平,电池的效率自然也不同,看看各个厂子就很明白了,为什么原材料几乎都一样,做出来的电池效率却差别很大,原因就在这。工艺水平自然和设备水平有着重要的关系,一般来说设备越是先进工艺就越优秀,电池效率就越高(工艺是设备的产物,没有设备工艺无法实现,都是空想)。典型的例子就是SiN:H减反膜以及倒金字塔结构,一块电池如果不采用这两种工艺,效率差别会很大(大概8%左右)。实际生产中典型的工艺有:尚德的“Pluto”,晶澳的“Maple”,英利的“熊猫”等等。 新能源是新经济,新经济前期的发展是指数性的爆发增长,这个行业的前景不错。但是中国人容易头脑发热,一窝蜂的上,现在有着说法“买个切片机就说自己是 某某光伏公司”,这样发展下去电池行业会重复中国彩电业,苦了自己,富了别人。电池这个产业现在火的有道理又没有道理,国企也进来掺和了,一锅粥就这乱炖起来,我相信未来几年行业就会大洗牌,谁是骡子谁是马自然一目了然。另外光伏行业的发展发向(近几年看)是垂直一体化,但是这个模式究竟能不能演义成经典,有待考察。上有硅料供应商纷纷进入中下游,电池制作商也纷纷进入上游硅料,现在就是这样一副景象,做电池的更关心怎么做硅料,做硅料的更关心怎么做电池,然而与电池最为核心的设备却无人问津,高校的研究者就是扯淡,国家大笔钱投入,都让他们换成了发票,但是不见设备出来,哎,乱哪! 借用一句话总结“道路坎坷,前途光明”! 电阻R=ρ*L/S (ρ为电阻率,S为截面积,L为样品长度),由于电阻率是金属的固有属性,它不随金属的横截面,长度的变化而变化,所以针对组件输出电性能,适当增加截面积,以降低组件内电阻,提高输出功率。涂锡铜带基材的截面积越大其电阻越小,组件的串联电阻也越小,提高涂锡铜带基材的截面积有两种,在相同材质下,一种是提高基材厚度,一种是提高基材宽度。但不管采取哪种情况,增加截面积势必会影响涂锡铜带的“柔软度”,也就会影响焊接的破损率。至于采用何种规格,还需要根据实际情况来做试验得出,目的是在保证焊接破

太阳能电池的的性能主要取决于它的光电转换效率和输出功率

太阳能电池板 太阳能电池的的性能主要取决于它的光电转换效率和输出功率. 1.效率越大,相同面积的太阳能电池板输出功率也就越大, 用高效率的太阳能电池板可以节省安装面积, 但是价格更贵. 2.太阳能电池的功率, 在太阳能电池板的背面标牌中, 有关于太阳能电池板的输出参数, 如VOC开路电压,ISC短路电流,VMP工作电压,IMP工作电流, 等. 但我们只需要用工作电压和工作电流就可以了, 这两个相乘就可以得这块太阳能电池板的输出功率. 太阳能电池板介绍:采用高质量单晶/多晶硅材料,经精密设备树脂封装生产出来的太阳能板,有良好的光电转换效果,外形美观,使用寿命长。 太阳能电池板的作用是将太阳的光能转化为电能后,输出直流电存入蓄电池中。太阳能电池板是太阳能发电系统中最重要的部件之一。 太阳能电池组件可组成各种大小不同的太阳能电池方阵,亦称太阳能电池阵列。太阳能电池板的功率输出能力与其面积大小密切相关,面积越大,在相 同光照条件下的输出功率也越大。 2.太阳能电池板的种类 (1)单晶硅太阳能电池 目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右,最高的达到24%,这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的,但制作成本很大,以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装,因此其坚固耐用,使用寿命一般可达15年,最高可达25年。 (2)多晶硅太阳能电池 多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳能电池差不多,但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少,其光电转换效率约12%左右(2004年7月1日日本夏普上市效率为14.8%的世界最高效率多晶硅太阳能电池)。从制作成本上来讲,比单晶硅太阳能电池要便宜一些,材料制造简便,节约电耗,总的生产成本较低,因此得到大量发展。此外,多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲,单晶硅太阳能电池还略好。 :

CdTe薄膜太阳能电池产业发展报告

CdTe薄膜太阳能电池产业发展报告 标签:薄膜太阳电池CdTe solar 2007-10-09 12:21 一、概述 CdTe是Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体,带隙1.5eV,与太阳光谱非常匹配,最适合于光电能量转换,是一种良好的PV材料[1],具有很高的理论效率(28%)[2],性能很稳定,一直被光伏界看重,是技术上发展较快的一种薄膜电池。碲化镉容易沉积成大面积的薄膜,沉积速率也高。CdTe 薄膜太阳电池通常以CdS /CdT e异质结为基础。尽管CdS和CdTe和晶格常数相差10%,但它们组成的异质结电学性能优良,制成的太阳电池的填充因子高达F F =0.75[3]。 制备CdTe多晶薄膜的多种工艺和技术已经开发出来,如近空间升华、电沉积、PVD、CVD、CBD、丝网印刷、溅射、真空蒸发等[4]。丝网印刷烧结法:由含CdTe、CdS浆料进行丝网印刷CdTe、CdS 膜,然后在600~700℃可控气氛下进行热处理1h 得大晶粒薄膜. 近空间升华法:采用玻璃作衬底,衬底温度500~600℃,沉积速率10μm/min. 真空蒸发法:将CdTe 从约700℃加热钳埚中升华,冷凝在300~400℃衬底上,典型沉积速率1nm/s. 以CdTe 吸收层,CdS 作窗口层半导体异质结电池的典型结构:减反射膜/玻璃/(SnO2:F)/CdS/P-CdTe/背电极。电池的实验室效率不断攀升,最近突16%。20世纪90年代初,CdTe电池已实现了规模化生产,但市场发展缓慢,市场份额一直徘徊在1%左右。商业化电池效率平均为 8%-10%[5]。 为了更好地、更系统地研究CdTe系太阳电池,本文简要介绍CdTe薄膜太阳能电池的国内外的研究进展与产业发展状况,以及存在的问题、制约因素等。 二、国外CdTe薄膜太阳能电池产业发展状况与趋势 CdTe薄膜太阳电池是薄膜太阳电池中发展较快的一种光伏器件。美国南佛罗里达大学于1993年用升华法在1cm2面积上做出效率为15.8 %的太阳电池[6] , 随后,日本 Matsushita Battery报道了CdTe基电池以CdTe 作吸收层,CdS 作窗口层的n-CdS/ P - CdTe 半导体异质结电池,其典型结构为MgF2/ 玻璃/ SnO2∶F/ n-CdS/ P- dTe/ 背电极,小面积电池最高转换效率16%[7],成为当时CdTe薄膜太阳能电池的最高纪录,近年来,太阳电池的研究方向是高转换效率、低成本和高稳定性. 因此,以CdTe为代表的薄膜太阳电池倍受关注,Siemens报道了面积为3600cm2电池转换效率达到11.1%的水平。美国国家可再生能源实验室提供了Solar Cells lnc的面积为6879cm2CdTe薄膜太阳电池的测试结果,转换效率达到7.7%;Bp Solar的CdTe薄膜太阳电池,面积为4540cm2,效率为8.4%,面积为706cm2的太阳电池,转换效率达到10.1%;Goldan Photon的CdTe太阳电池,面积为3528cm2,转换效率为7.7%。详细情况如表1[7-11]。 表1 CdTe 薄膜太阳电池参数表[7-11]

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