三结太阳能电池

Triple Junction solar cell三结太阳能电池发现柔性的艺术Flexible solar PV三结柔性电池非晶硅合金太阳电池的结构三叠层太阳电池的设计三叠层太阳电池的生产、非晶硅合金太阳电池的结构Uni-solar电池结构TopMiddleJL : o SiCJen : a Si-Bottom1 : a-SiGep : |ic - Si n : a - SiStiniess SteelStiniess SteelZinc OxideMetal ReflertnrStiniess Steel11非晶硅合金电池ASi ()非晶硅合金太阳电池有很多种不同的结构。单层 结构最冏单，在基底上预先沉积背反射层，再沉 积n-i-p二虐膜。双叠层2吉构肴轴是南个 电池使用相同的非晶硅合金材料；另一种是上层 电池使用非晶硅合金，下层电池使用非晶硅错合 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 为本征层，吸收蓝色光子；中间层用含错约10J5 %的中等带隙的非晶硅错合金吸收绿光；底层采 用错含量更高的窄带隙的非晶硅错合金吸收红光。12效率记录保持者(USSC)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(USSC)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9.3%；使用相同带 隙涂层的双叠层结构最高转换效率为10.1%,底层电池中 加入错使双叠层结构最高转换效率增加为11.2%；三带隙 三叠层结构最高转换效率为13%。上述最高转换效率是在 小面积(0. 25cin2)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 撇格造戯葩点扌员塢可送7%；圭令装损失一艇4必；族量最 好的电池一般是在约0. Inin / s的沉积速率下制得的，沉积 速率增大时，一般会造成10%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1015%的损 失。可见，要满足转换效率最低不低于8%的用户要求， 三叠层结构电池是最有可能的。二、三叠层太阳电池的设计二叠层结构太阳电池具有最咼转换效 率是与其结构分不开的。Total ThicknessTriple Junction Cell (a) J-V characieristics and (b) quanmni efficiency cuives of ail a-Si:H/a-SiGe:H/nc-Si:H iri卩le-junction cell with an initial active-area efficiency of 15.4%.2.2分层吸收更加科学上层电池采用光带隙约为1.8eV的本征层， 有利于捕获蓝色光子；中间层使用含错约15%的非晶硅错合金作为 本征层，其光带隙约为1.6eV,非常适合于 吸收绿光；底层采用错含量约4050%的非晶硅错合金 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光子的能量一般用波长（符号为入）或相对应的能量（符号为 E）来描述一个光子的特性。光子的能量与波长 之间存在反比例关系，方程如下：E=hc/ A其中h是普朗克常数，c表示光速。它们以及其它 常用的常数的数值都显示在常数页.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 （如红光），波长越长。2.4 Back-Reflecting 背反射层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 助于散射光线的多次内反射；背反射层必须具有 咼的皮菇率，且能以大于总的内反身d临界角俯祠 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 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 100400 C高温下沉积银和氧化锌得到。2.5 Ag/Zno的好处使用银和氧化锌背反射层后，不锈钢基底上的短 路电流密度(Jsc)明显提高。对于300tini厚的非晶硅错合金本征层电池，电流 密度(Jscj的增加量可达67mA / cm2o理论计算 表里，眷总的丙反射在反射面上没呑惣失电涯 密度可遴一步担咼45mA / cm2, /旦头际上崔绒 面结构表面存在内部损失，故不能提高到这一数 值。为逮二;步蛮善光的捕获，有必要对这一现象 雀进一歩的研壳。2.6叠层结构电池的本征层和掺杂层多层叠层结构电池要求组成电池具有庖的转化效率，这就需要高质量中的分儕很啟改善4*USSC米用S12H6和GeH 4的气徘混苔物沉积非晶硅囁积过程中过量的氢会钝化生长表面，沉积下來的粒了不能立即找到合 适的位置，在合并之前会在表面上移动，这有助于改善膜的结构，提 高材料的质量。目前，世界上很多实验室都采用这种方法制备用于太 阳电池的非晶硅合金和非晶硅错合金。非晶硅错合金通常由硅烷和错 烷沉札由于硅了材料的质量，但非晶硅错合金的传输性能仍低于非晶硅合金。为克 膿这缺点，包括带隙剖面在内的加工技术已成功地用于促进空洞的 输运。議羅的鑼騒鑑警料繰矍聽飜减籬邻魁鏗錄在p型和n型层之间弓I一r 丄. I I1rt i一i f /欝光 1W晶8型层，具有高的电导率，可提供内建高势垒和低的隧道连接损失O三、叠层太阳电池的生产三叠层结构太阳电池是用卷到卷沉积过程 生产的。主要有以下步骤：一卷804.67m 35.56cm、0.127mm的不锈钢带，以0.01m / s 的速度连续通过四部机器，进行清洗经过几次技术生产工艺调整，现在是在130 微米厚，0.36米宽，2.6千米长的不锈钢衬底 上以lcm/S的速度。3.1沉积、沉积背反射层 (2)、沉积非晶硅合金层和非晶硅错合金层、沉积氧化锢锡层(ITO)及抗反射涂层 (4)、沉积薄膜的工作都是在运动的薄带上同时连 饗期进行的，楚螢收传堡费占荃琴煞都由计算机 控制，傑证了生吉的可靠和成苯屁簾。醪解評加魁翹箱成解f喲蠶和 23.88cm X 35.56cm的小带；2)进行短路和旁路钝化， 对ITO刻蚀以确定条状电池色域；3)接上电极和栅 格；4)最后进行装配，包括条状电池的切割、条 状或斤状电池的内部连接。32溅射生产中一般使用溅射银和氧化锌作为背反射层， 但银很昂贵且质软，在后续加工中易产生问题， 因此，采用铝代替银，但遇到的问题是能否获得 最好性能的铝/氧化锌背反射层。有两种方法得到铝/氧化锌背反射层，一种是使 用大气环境下沉积的特定铝与厚(lpim)的氧化锌, 另一种是使用绒面结构的铝和薄氧化锌(V 0.5pim) o前者的效果较好，但氧化锌越厚，产量越低，故 目前的工作集中在改进绒面结构的铝和落薄氧化 锌的连接上。34气体的利用率34气体的利用率但”艺的，差的聚变下内刚， ，颈工/S差芻些织积起才深 的瓶积II/变织溅这组沉引化加 得“沉川构组频，尊致优的 获的卷0.3结翁物微使以的解 下艺制观微加合成度，艺理 度工叢微曙聚造速置工学 速积高前的材是烷而积位产力 槪沉提目料成法硅从沉的生动 冗同来此材造方的，的适池长 附不度因，。的量力高合电生。 /S种长，大差用大附，到下和亠咼 2各的本增变常生粘下动度学提 111是室成度也度产的况移速化到 0.1它应备速性速中大情间积体得 约，反设积定积体很物时沉工少 在高加加沉稳沉子着合的高离一 是提I但，高离存聚够对等进 池的过会。低提等面成足。对会 电量通这积降聘表形有陷X 阳产以但沉率，长不没缺随效 太响可，行效是度生在子长，化 的影。量进的因密在彩生装 好会题产度池原率物，的的貳 最这问的速轟功厶臺来在燈34气体的利用率34气体的利用率34气体的利用率34气体的利用率率些骰船跆晞缶髓踹另外，是否可以用含氢量少的微晶或非晶硅合金替代非晶 硅错合金以降低能隙的研究得到了广泛的关注。采用微晶 方法面临的最大挑战是要在高沉积速度下获得高质量的电端，使所需的气体流量最小。研究表明，质量好一些的涂働册躍觀删护得。这是一池。李三叠展太阳电池的浄构中，兀昼电池中徘融错合 金的典型厚度是lOOnm,用薇晶硅层获得相同电流密度的 厚度至少是非晶硅错合金的20-30倍，因此所需的沉积速 度应非常高。3.5综上所述综上所述，虽然在非晶硅合金太阳电池技 术的研究方面还有很多工作需要进一步完 善，但目前已取得的显著进展可以使我们 相信，在不远的将来，人类就会达到转化 效率15%的目标，甚至会超过这一目标，从 而使非晶硅合金太阳电池得到广泛应用。Thank you!谢谢尤尼索拉津能董磊 Leon DongApplication Engineer