薄膜太阳能电池结构及原理分析

薄膜太阳能电池概况

薄膜电池顾名思义就是将一层薄膜制备成太阳能电池，其用硅量极少，更容易降低成本，同时它既是一种高效能源产品，又是一种新型建筑材料，更容易与建筑完美结合。在国际市场硅原材料持续紧张的背景下，薄膜太阳电池已成为国际光伏市场发展的新趋势和新热点。

模块结构

薄膜太阳能模块是由玻璃基板、金属层、透明导电层、电器功能盒、胶合材料、半导体层等所构成的。

种类

非晶硅（AmorphousSilicon，a-Si）、微晶硅（NanocrystallineSilicon，nc-Si，MicrocrystallineSilicon，mc-Si）、化合物半导体II-IV族［CdS、CdTe（碲化镉）、CuInSe2］、色素敏化染料（Dye-SensiTIzedSolarCell）、有机导电高分子（Organic/polymersolarcells）、CIGS（铜铟硒化物）。。等

薄膜太阳能电池结构及原理分析

光伏发电就是利用半导体技术，直接将太阳光转化为电能。太阳能是一种清洁、高效的可再生能源，能广泛应用于家庭发电系统和大型商业光伏项目等诸多领域。

晶体硅是太阳能电池大规模生产中最常用的原材料，通常包括单晶硅和多晶硅。目前晶体硅太阳能电池约占整个太阳能市场90%左右的市场份额。

在各类薄膜太阳能电池中，预计能实现规模化生产的是硅基薄膜，CIS和CdTe，其中CIS薄膜太阳能电池制造过程中由于要用到稀有金属硒，使得大规模的生产的成本比较高，而且CIS的生产工艺十分复杂，给大规模生产也造成了一定的困难，所以目前时机还未完全成熟。至于CdTe薄膜太阳能电池，由于其原材料中的“镉”被证实是一种致癌物质，所以与太阳能电池的绿色能源特性有些许冲突，另外其原材料中的“碲”，价格也比较贵。所以相比来说，硅基薄膜电池更适合大规模化生产。

光电池的工作原理及其特性

光电池的工作原理

在一块N形硅片表面，用扩散的方法掺入一些p型杂质，形成pN结，光这就是一块硅光电池。当照射在pN上时，如光子能量hv大于硅的禁带宽度E时，则价带中的电子跃迁到导带，产生电子空穴对。因为pN结阻挡层的电场方向指向p区，所以，任阻挡层电场的作用下，被光激发的电子移向N区外侧，被光激发的空穴移向p区外侧，从而在硅光电池与pN结平行的两外表而形成电势差，p区带正电，为光电池的正极，N区带负电，为光电池的负极。照在pN结上的光强增加，就有更多的空穴流向p区，更多的电子流向N区，从而硅光电池两外侧的电势差增加。如上所述，在光的作用下，产生一定方向一定大小的电动势的现象，叫作光生伏特效应。

硅光电池特性

1.2.1光照特性

不同强度的光照射在光电池上，光电池有不同的短路电流Isc和开路电在Voc，如图1所示。由图1可知短路电流Isc光强Ev特性是一条直线，即短路电流在很宽的光强范围内，与光强成线性关系，而开路电压是非线性的，而且，在当光强较小，约20mW／cm2时，短路电压就趋于饱和。因此，要想用光电池来测量或控制光的强弱，应当用光电池的短路电流特性。

1.2.2硅光电池的光谱特性

如图是硅光电池、硒光电池的光谱特性曲线。显而易见，不同的光电池，光谱曲线峰值的位置不同，例如硅光电池峰值波长在0.8μm左右，硒光电池在0.54μm左右。硅光电池的光谱范围宽，在0.45～1.1μm之间，硒光电池的光谱范围在0.34～0.75μm之间，只对可见光敏感。

值得注意的是，光电池的光谱曲线形状，复盖范围，不仅与光电池的材料有关，还与制造工艺有关，而且还随着环境温度的变化而变化。

1.2.3光电池的温度特性

光电池的温度特性如图3所示。由图可知，开路电压随温度的升高而快速下降，短流电流随温度升高而缓缓增加。所以，用光电池作传感器制作的测量仪器，即使采用IscEv特性，在被测参量恒定不变时，仪器的读数也会随环境温度的变化而漂移，所以，仪器必须采用相应的温度补偿措施。;

硅光电池的结构及工作原理

硅光电池是一种能将光能直接转换成电能的半导体器件，其结构图所示。它实质上是一个大面积的半导体pN结。硅光电池的基体材料为一薄片p型单晶硅，其厚度在0.44mm以下，在它的表面上利用热扩散法生成一层N型受光层，基体和受光层的交接处形成pN结。在N型层受光层上制作有栅状负电极，另外在受光面上还均匀覆盖有抗反射膜，它是一层很薄的天蓝色一氧化硅膜，可以使电池对有效入射光的吸收率达到90%以上，并使硅光电池的短路电流增加25%-30%.

以硅材料为基体的硅光电池，可以使用单晶硅、多晶硅、非晶硅来制造。单晶硅光电池是目前应用最广的一种，它有2CR和2DR两种类型，其中2CR型硅光电池采用N型单晶硅制造，2DR型硅光电池则采用p型单晶硅制造。

硅光电池的工作原理是光生伏特效应。当光照射在硅光电池的pN结区时，会在半导体中激发出光生电子空穴对.pN结两边的光生电子空穴对，在内电场的作用下，属于多数载流子的不能穿越阻挡层，而少数载流子却能穿越阻挡层。结果，p区的光生电子进入N区，N区的光生空穴进入p区，使每个区中的光生电子一空穴对分割开来。光生电子在N区的集结使N区带负电，光生电子在p区的集结使p区带正电.p区和N区之间产生光生电动势。当硅光电池接入负载后，光电流从p区经负载流至N区，负载中即得到功率输出。