光电池的制备方法与应用.doc

1、电信学院光电池的制备方法与应用系 部：电子信息工程系 专 业：光电子技术 班 级：光电09303 设 计 者：彭超指导教师：宋露露 日期：2012年3月光电池的制备方法与应用摘要：光电池又名太阳能电池。太阳能（光能）是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。本论文的书写旨在掌握当前光电池的种类以及主流电池的制备方法、光伏发电的背景、光伏发电的原理，在此基础之上了解相关的光电池的社会应用。本论文设计确定了如下的基本思路：1. 硅光电池特性研究；2. 光伏发电产业的背景

2、；3. 光伏发电的原理；4. 光电池的制备方法；5. 光电池的社会应用；由于本人水平有限，加之时间紧迫，不妥之处、疏漏的地方是难免的，敬请老师批评指正，谢谢。关键词：硅光电池；光伏发电；太阳能电池目 录1 光电池的基础11.1 光电池发展历史11.2 半导体材料与理论21.2.1 半导体材料的导电性能32 硅光电池特性研究42.1 硅光电池的基本原理42.2 硅光电池的主要特性52.2.1 硅光电池的主要参数和照度特性52.2.2 硅光电池的负载特性52.2.3 硅光电池的光谱特性62.2.4 硅光电池的温度特性62.3 硅光电池的特性研究实验72.3.1 测量硅光电池的光谱的响应特性72.3

3、.2 测量硅光电池的负载特性93 光电池的制造113.1 表面绒面化113.1.1 绒面受光面积113.1.2 绒面反射率123.2 发射区扩散123.3 SiN钝化与APCVD淀积TiO2123.4 PECVD淀积SiN133.5 共烧形成金属接触133.6 电池片测试143.6.1 光电池的测试原理144 光电池的应用164.1 光电池的运用范围164.2 光电池的种类174.2.1 硅光电池174.2.2 多元化合物薄膜光电池174.2.3 聚合物多层修饰电极型光电池184.2.4 纳米晶光电池184.2.5 有机光电池184.3 光电池家庭化的应用184.4光电池的市场与应用194.5

4、 我国光电池的发展状况与新进展20总结22参考文献23致谢241 光电池的基础 1.1 光电池发展历史从1839 法国科学家E.Becquerel发现液体的光生伏特效应（简称光伏现象）算起，光电池已经经过了160 多年漫长的发展历史。 从总的发展来看，基础研究和技术进步都起到了积极推进的作用。对光电池的实际应用起到决定性作用的是美国贝尔实验室三位科学家关于单晶硅光电池的研制成功，在光电池发展史上起到了里程碑的作用。 至今为止，光电池的基本结构和机理没有改变，光电池后来的发展主要是薄膜电池的研发， 如非晶硅光电池、CIS光电池、CdTe光电池和纳米敏化光电池等，此外主要的是生 产技术的进步，如丝

5、网印刷、多晶硅光电池生产工艺的成功开发，特别是氮化硅薄膜的减反射和钝化技术的建立以及生产工艺的高度自动化等。具体的发展时段如下：-1839 法国实验物理学家 E.Becquerel 发现液体的光生伏特效应,简称为光伏效应；-1877 W.G.Adams 和 R.E.Day 研究了硒 (Se) 的光伏效应，并制作第一片硒太阳电池；-1883 美国发明家 Charles Fritts 描述了第一片硒太阳电池的原理；-1904 Hallwachs 发现铜与氧化亚铜 (Cu/Cu2O) 结合在一起具有光敏特性；-1918 波兰科学家 Czochralski 发展生长单晶硅的提拉法工艺；-1921德国物

6、理学家爱因斯坦由于1904年提出的解释光电效应的理论获得诺贝尔（Nobel）物理奖； -1930 B. Lang 研究氧化亚铜/铜 (Cu/Cu2O) 太阳电池，发表“新型光伏电池”论文；-1932 Audobert 和 Stora 发现硫化镉 (CdS) 的光伏现象；-1953 Wayne 州立大学 Dan Trivich 博士完成基于太阳光谱的具有不同带隙宽度的各 类材料光电转换效率的第一个理论计算；-1954 RCA 实验室的 P.Rappaport 等报道硫化镉(CdS) 的光伏现象；(RCA:Radio Corporation of America, 美国无线电公司)；-1957 H

7、offman 电子的单晶硅电池效率达到 8%； D. M. Chapin，C.S.Fuller 和 G.L.Pearson 获得“太阳能转换器件”专利权；-1959 Hoffman 电子实现可商业化单晶硅电池效率达到 10%， 并通过用网栅电极来显著 减少光伏电池串联电阻；卫星探险家 6 号发射，共用 9600 片电池列阵，每片 2 平方厘米,共约 20W；-1972 法国人在尼日尔一乡村学校安装一个硫化镉光伏系统，用于教育电视供电；-1997 世界太阳电池年产量超过 125.8 MW；-2001 世界太阳电池年产量超过 399 MW;Wu X.,Dhere R.G.,Aibin D.S.等报

8、道碲化镉 （CdTe）电池效率达到 16.4%；单晶硅太阳电池售价约为 3 USD/W；-2003 太阳电池年产量超过 760 MW；-2004 太阳电池年产量超过 1200 MW； 德国 Fraunhofer ISE 多晶硅太阳电池效率达20.3%; 非晶硅电池占市场份额 4.4%,降为 1999 年的 1/3， CdTe 占 1.1%; 而 CIS 占 0.4%；-2010 通过技术突破，太阳电池成本进一步降低，在世界能源供应中占有一定的份额；德国可再生能源发电达到 12.5%；1.2 半导体材料与理论 光电池是以半导体材料为基础的一种具有能量转换功能的半导体器件。至今为止，与集成电路一样

9、，占绝对主导市场的光电池也是以硅材料为主的。为了全面、系统了解太阳电池，有必要对半导体材料，特别是硅材料作必要的了解。按导电性强弱，材料一般可分为三大类，即导体、半导体和绝缘体。1.2.1 半导体材料的导电性能（1） 杂特性：掺入微量的杂质（简称掺杂）能显著的改变半导体的导电能力。杂质含量改变能引起载流子浓度变化，半导体材料电阻率随之发生很大变化。在同一种材料中掺入不同类型的杂质，可以得到不同导电类型的半导体材料。（2） 温度特性：温度也能显著改变半导体材料的导电性能。一般来说，半导体的导电能力随温度升高而迅速增加，即半导体的电阻率具有负的温度系数。而金属的电阻率具有正的温度系数，且其随温度的

10、变化很慢。（3）环境特性：半导体的导电能力还会随光照而发生变化（称为光电导现象）。（4）此外，半导体的导电能力还会随所处环境的电场、磁场、压力和气氛的作用等而变化。2 硅光电池特性研究2.1 硅光电池的基本原理光电池是一种光电转换元件，不用外加电源而能直接把光能转换成电能。它的种类很多，常见的有硒、锗、硅、砷化镓、氧化铜、硫化铊、硫化镉等。其中最受重视、应用最广的是硅光电池。它有一系列的优点：性能稳定，光谱范围宽，频率响应好，转换效率高，能耐高温辐射等。同时它的光谱灵敏度与人眼的灵敏度最相近，所以，它在很多分析仪器、测量仪器、曝光表以及自动控制监测、计算机的输入和输出上用作探测元件，在现代科学

11、技术中占有十分重要地位。本实验仅对硅光电池的基本特性和简单应用作基本的了解和研究。硅光电池是一种PN结的单结光电池，当光照射到PN结时，由于光激发的光生载流子的迁移，使PN结两端产生了光生电动势，如果他与外电路中的负载接通，则负载电路中将由光电流产生。（硅光电池原理结构图）硅光电池可分为单晶硅光电池和多晶硅光电池，其中本实验中使用的2DR型硅光电池属于单晶硅光电池。下圖是常用的硅光电池的外形及结构示意图，为提高效率，在器件的受光面上进行氧化，形成SiO2保护膜，以防止表面反射光，并且表面电极做成梳妆，减少光生载流子的复合机会。单晶硅光电池的转换率一般在10%左右，最高可达15%20%。目前，使

12、用较广发的太阳能电池属于多晶硅光电池，转换率约为7%。多晶硅光电池采用价格低廉的多晶硅作材料，而且可用简单的真空涂镀法制造，其大小不受晶体的大小限制，可制作大面积光电池。2.2 硅光电池的主要特性2.2.1 硅光电池的主要参数和照度特性 开路电压曲线。硅光电池在一定的光照条件下的光生电动势称为开路电压，开路电压与入射光照度的特性曲线称为开路电压曲线。 短路电流曲线。在一定光照条件下，光电池被短路时所输出的光电流值称为短路光电流。光电流密度与照度的特性曲线称为短路电流曲线。图a为硅光电池的开路电压曲线和短路电流曲线，其中曲线1是负载电阻无穷大时的开路电压特性曲线，曲线2是负载电阻相对于光电池内阻

13、很小时的短路电流特性曲线。开路电压与光照度的关系是非线性的，而且在光照度为20001x时就趋于饱和，而短路电流在很大范围内与光照度成线性关系，负载电阻越小，这种线性关系越好，而且线性范围越宽。 图a硅光电池的光电特性（ 1开路电压特性曲线 2短路电流特性曲线）2.2.2 硅光电池的负载特性硅光电池的伏安特性与最佳匹配。随着负载电阻的变化，回路中电流I和硅光电池两端的电压U相应地变化，称为硅光电池的伏安特性。当负载电阻取某一值时，其输出功率最大，这称为最佳匹配，此时所用的电阻称为最佳匹配电阻。硅光电池的内阻。从理论上可以推导出硅光电池的内阻等于开路电压除以短路电流。可以观察到光照面积不同时，硅光

14、电池的内阻将发生变化。2.2.3 硅光电池的光谱特性 在入射光能量保持一定的情况下，短路电流与不同的入射光频率（波长）之间的关系称为光电池的光谱特性。 图b为硅光电池光谱特性曲线，从曲线可看出，硅光电池应用的范围400nm1100nm，峰值波长在850nm附近，因此硅光电池可以在很宽的范围内应用。 图b 硅光电池光谱特性2.2.4 硅光电池的温度特性 硅光电池的开路电压、短路电流随温度变化的曲线表征了它的温度特性。由于它关系到应用光电池的仪器设备的温度漂移，影响测量精度或控制精度等重要指标，因此温度特性是光电池的重要特性之一。 图c为硅光电池的温度特性曲线，图中可以看出硅光电池开路电压随温度上

15、升而明显下降，短路电流随温度上升却是缓慢增加的。因此，光电池作为检测元件时，应考虑温度漂移的影响，并采用相应的措施进行补偿。图c 硅光电池温度特性（1开路电压 2短路电流）2.3 硅光电池的特性研究实验 实验仪器：实验用具：电位差计、硅光电池（2DR65型，面积=15nm2，光强100mW/cm2,温度为20时，开路电压大于500mV，短路电流为3155mA，光谱峰值在0.451.1um范围内），光源，聚光透镜，检流计，滤色片，偏振片，开关等。2.3.1 测量硅光电池的光谱的响应特性 1.把入射光挡掉，把检流计打到“1”挡，然后把检流计调到零。 2.点亮白炽灯光源（12V），并把发光灯丝对焦成

16、像在单色议的狭缝上面使硅光电池接受的光电流不要超过检流计的刻度。 3.以硅光电池为接受接收元件，转动波鼓为：17.8cm，18.0cm，18.2cm，18.4cm，18.6cm，18.8cm，19.0cm，19.2cm，19.4cm，19.6cm，19.8cm，20.0cm，20.4cm，21.0cm，21.4cm，21.8cm，22.6cm，22.8cm。在进行测量前，一定要把波鼓转到17.8的位置，检查光电流是否大小适当，不要超过检流计的量程。4. 数据测三次，取平均值，把实验测得的数据列于表一。 表一 硅光电池的光谱响应特性读数/对应波长/A光电流/格光电流123平均值I/ 17.800

17、6235259.90256.45257.60257.9859.3361718.0006040215.05211.60212.75213.1349.0206718.2005860175.95172.50174.34174.2640.0805718.4005710142.60139.15140.30140.6832.3571718.6005565115.00111.55112.70113.0826.0091718.800544092.0089.7090.1690.6220.842619.000532573.6071.3071.7672.2216.610619.200522058.6557.5057

18、.5057.8813.3131719.400511546.0044.8545.5445.4610.4565719.600501535.6535.5635.5635.598.185719.800492527.6027.6027.6027.606.34820.000484023.0021.8521.8522.235.11366720.400468513.8013.8013.8013.803.17421.00044876.906.906.906.901.58721.40043654.604.604.604.601.05821.80042603.452.762.762.990.687722.60040

19、801.841.841.841.840.423222.80040401.151.151.151.150.2645 根据表一的数据，以光波波长为横坐标，光电路强度为纵坐标，作硅光电池的光谱响应特性曲线，如图所示从硅光电池的光谱响应特性曲线可以看出，光电流在波长4000A到6200A的范围内，是随着波长的增长而逐渐的变大。2.3.2 测量硅光电池的负载特性 1、按如图连接好电路实验装置2、盖住硅光电池的光入射口，把电流计调零。3、打开He-Ne激光器，正射到硅光电池上，测量不同负载电阻值下的电流和电压值，并将实验数据列于表二表二 电阻与硅光电池的输出功率关系表电阻R/电流 I/mA电压 U/V功率

20、P/w1000.5300.0500.0271500.4900.0690.0341980.4600.0870.0402250.4500.0960.0432490.4400.1030.0452710.4300.1100.0473000.4200.1180.0503240.4050.1240.0503500.3950.1310.0523760.3850.1360.0523980.3800.1420.0544260.3700.1490.0554480.3650.1530.0564730.3550.1570.0565000.3500.1630.0575500.3400.1710.0585990.3250

21、.1780.0586530.3100.1860.0586990.3000.1920.058根据表二的数据，以电阻为横坐标，输出功率为纵坐标，作电阻和输出功率的关系曲线，如图所示：硅光电池的负载曲线由表二的数据及图7的负载曲线可以看出,当电阻为550时,硅光电池有最大输出功率，由于在实验中，R550之后的测量点太少，使到曲线的峰值不是很明显。实验中，光功率为，最大输出功率，所以硅光电池的转换效率。3 光电池的制造制造太阳电池片，首先要对经过清洗的硅片，在高温石英管扩散炉对硅片表面作扩散掺杂，一般掺杂物为微量的 硼、磷、锑等。目的是在硅片上形成P/N结。然后采用丝网 印刷法，用精配好的银浆印在硅片

22、上做成栅线，经过烧 结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射膜 ，单 晶硅太阳电池的单体片就制成了。单体片经过检测，即可 按所需要的规格组装成太阳电池组件（太阳电池板），用 串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流。最后用框 架和装材料进行封装，组成各种大小不同太阳电池阵列。 目前大规模生产的单晶硅太阳电池的光电转换效率为14 15左右，实验室成果也有20以上的。常州天和光能和 无锡尚德的转换效率在14.5，常州盛世太阳能公司有90 可做到16.2以上。3.1 表面绒面化由于硅片用P型（100）硅片，可利用氢氧化钠溶液对单 晶硅片进行各向异性腐蚀的特 点来制备绒面。当各向异性因子10时（所

23、谓各向异性因子就是（100）面与（111）面单 晶硅腐蚀速率之比），可以得 到整齐均匀的金字塔形的角锥体组成的绒面。绒面具有受光面积大，反射率低的特点。可 提高单晶硅太阳电池的短路电 流，从而提高太阳电池的光电 转换效率。3.1.1 绒面受光面积 金字塔形角锥体的表面积So等于4个边长为a的正三角形S之和： 由此可见有绒面的受光面积比光面提高了倍即1.732倍。3.1.2 绒面反射率当一束强度为E0的光投射到图中的A点，产生反射光1和进 入硅中的折射光2。反射光1可以继续投射到另一方锥的B点， 产生二次反射光3和进入半导体的折射光4；而对光面电池就 不产生这第二次的入射。经计算可知还有11%的

24、二次反射光可能 进行第三次反射和折射，由此可算得绒面的反射率为9.04%。 3.2 发射区扩散 由于原始硅片采用P型硅，发射区扩散一般采用三氯氧磷气体携带源方式，这个工艺的特点是生产高，有利于降低成本。目前大型的太阳能厂家一般用8吋硅片扩散炉、石英管口径达270mm，可以扩散156156（mm）的硅片。由于石英管口径大，恒温区长，提高了扩散薄层电阻均匀性；因为采用磷扩散，可以实现高浓度的掺 杂，有利于降低太阳电池的串联电阻Rs，从而了提高 太阳电池填充因子FF。扩散条件为880 10，得到的P-N结深约0.15m。3.3 SiN钝化与APCVD淀积TiO2先期的地面用高效单晶硅太阳电池一般采用

25、钝化发射区太阳电池(PESC)工艺。扩散后，在去除磷硅玻璃的硅片上, 热氧化生长一层10nm25nm厚SiO2,使表面层非晶化,改变 了表面层硅原子价键失配情况,使表面趋于稳定,这样减少 了发射区表面复合,提高了太阳电池对蓝光的响应,同时也 增加了短路电流密度Jsc,由于减少了发射区表面复合,这样 也就减少了反向饱和电流密度,从而提高了太阳电池开路电 压Voc。还有如果没有这层SiN,直接淀积TiO2薄膜,硅表面 会出现陷阱型的滞后现象导致太阳电池短路电流衰减,一般 会衰减8%左右,从而降低光电转换效率。故要先生长SiN钝 化再生长TiO2减反射膜。 TiO2减反射膜是用APCVD设备生长的,

26、它通过钛酸异丙脂 与纯水产生水解反应来生长TiO2薄膜。 3.4 PECVD淀积SiN 多晶硅太阳电池广泛使用PECVD淀积SiN ,由于PECVD淀积 SiN时,不光是生长SiN作为减反射膜,同时生成了大量的原子氢,这些氢原子能对多晶硅片具有表面钝化和体钝化的双重作用,可用于大批量生产高效多晶硅太阳电池,为上世纪末多晶硅太阳电池的产量超过单晶硅太阳电池立下汗马功劳。随着PECVD在多晶硅太阳电池成功,引起人们将PECVD用于单晶 硅太阳电池作表面钝化的愿望。由于生成的氮化硅薄膜含有大量的氢,可以很好的钝化硅 中的表面悬挂键，从而提高了载流子迁移率，一般要提高 20%左右，同时由于SiN薄膜对

27、单晶硅表面有非常明显的钝化作用。经验显示，用PECVD SiN作为减反膜的单晶硅太阳电 池效率高于传统的APCVD TiO2作减反膜单晶硅太阳电池。 SiN减反膜的厚度约75nm，折射率可高到2.1（富硅）。3.5 共烧形成金属接触 晶体硅太阳电池要通过三次印刷金属浆料，传统工艺要用二次烧结才能形成良好的带有金属电极欧姆接触，共烧工艺只需一次烧结， 同时形成上下电极的欧姆接触，是高效晶体硅太阳能电池的一项重要 关键工艺。该工艺的基础理论来自合金法制P-N结工艺。当电极金属材料和半导体单晶硅在温度达到共晶温度时，单晶硅原子按相图以一 定的比例量溶入到熔融的合金电极材料。单晶硅原子溶入到电极金属

28、中的整个过程相当快，一般只需几秒钟。溶入的单晶硅原子数目决定 于合金温度和电极材料的体积，烧结合金温度愈高，电极金属材料体 积愈大，则溶入的硅原子数目也愈多，这时状态被称为晶体电极金属 的合金系统。如果此时温度降低，系统开始冷却，原先溶入到电极金 属材料中的硅原子重新以固态形式结晶出来，在金属和晶体接触界面 上生长出一层外延层。如果外延层内含有足够量的与原先晶体材料导 电类型相同杂质成份，就获得了用合金法工艺形成的欧姆接触；如果 再结晶层内含有足够量的与原先晶体材料导电类型异型的杂质成份， 这就获得了用合金法工艺形成P-N结。银桨、银铝桨、铝桨印刷过的硅片，通过烘干，使有机溶剂完全挥发，膜层收

29、缩成为固状物紧密粘附在硅片上， 这时，可视为金属电极材料层和硅片接触在一起。所谓共 烧工艺显然是采用银硅的共晶温度，同时在几秒钟内单 晶硅原子溶入到金属电极材料里，之后又几乎同时冷却形 成再结晶层，这个再结晶层是较完美单晶硅的晶格点阵结 构。只经过一次烧结钝化的表面层，氢原子的外释是有限 的，共烧保障了氢原子大量存在，填充因子较高，没有必 要引入氮氢烘焙工艺（FGS）。 3.6 电池片测试主要测试太阳电池的基本特性： 开路电压VOC、短路电流ISC、填充因子FF、能量转换效率。FF为电池的填充因子(Fill Factor)：它定义为电池具有最大输出功率(Pop)，时的电流(Iopt )和电压(

30、Vopt ) 的乘积与电池的短路电流和开路电压乘积的比值，较高的短路电流和开路电压是产生较高能量转换效率的基础。如果两个电池 的短路电流和开路电压完全相同，制约其效率大小的参数就是填充因子。能量转换效率是光电池的最重要性能指标，它为光电池将入射光能量转换成电能的效率。 3.6.1 光电池的测试原理测试电路如下：PN结两端的电流：光电池处于零偏时，流过PN结的电流；光电池 处于反偏时，流过PN结的电流，当光电池用作光电转换器时，必须处于零偏或反偏状态。光电流与输出光功率之间的关系：，为响应率，值随入射光波长的不同而变化，对不同材料制作的光电池值分别在短波长和长波长处存在一截止波长。4 光电池的应

31、用4.1 光电池的运用范围分类用途电力大中小1.宇宙开发各种人造卫星、空间飞行器电源、空间太阳能发电2.航空机场灯标、航空障碍灯、保安设施、地对空无线电通讯、太阳能飞机等3.气象无人气象台、水文雨量遥测台、积雪测量计等4.航运航标灯、浮标灯、灯塔、浮子障碍灯、潮流计灯等5.通讯设施小型通讯机、无线电话、微波中继站载波终端机、载波增音机、军用通讯台站等6.铁路、公路全站信号、联锁闭塞电源、道口预告信号指示、公路管理、公路道班等7.广播、电视扩音机、电视差转机、电视广播中转站等8.油田、水闸水闸阴极保护、输油地下管道阴极保护、计量站、单并抽油点、管道加热站、野外作业队等9.农业、森林农田、牧场灌溉

32、水泵、农副业产品加工机械、黑光灯、割胶灯、红外森林火灾探火仪、电动喷雾器、电围栏、农田观察仪器等10.日常生活电视机、收音机、录音机、计算机、助听机、照明灯、手电筒、电子手表、电钟、电冰箱、洗衣机、电饭煲、电风扇、电动玩具等11.光电池地面发电站千瓦级一兆级不同功率的地面发电站、独立供电或与交流电并网使用4.2 光电池的种类4.2.1 硅光电池 硅光电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。 单晶硅光电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大

33、幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅光电池的替代产品。 多晶硅薄膜光电池与单晶硅比较,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。 非晶硅薄膜光电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅光电池无疑是光电池的主要发展产品之一。 4.2.2 多元化合物薄膜光电池 多元化合物薄膜光电池材料为无机盐，其

34、主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。 硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜光电池效率高，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，并不是晶体硅光电池最理想的替代产品。 砷化镓（GaAs）III-V化合物电池的转换效率可达28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率,抗辐照能力强,对热不敏感，适合于制造高效单结电池。但是GaAs材料的价格不菲,因而在很大程度上限制了用GaAs电池的普及。 铜铟硒薄膜电池（简称CIS）适合光电转换，不存在光致衰退问题，转换效率和多晶硅一样。具有价格低廉、性能

35、良好和工艺简单等优点，将成为今后发展光电池的一个重要方向。唯一的问题是材料的来源，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展又必然受到限制。 4.2.3 聚合物多层修饰电极型光电池以有机聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个光电池制造的研究方向。由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本底等优势，从而对大规模利用光能，提供廉价电能具有重要意义。但以有机材料制备光电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研究探索。4.2.4 纳米晶光电池 纳米TiO2晶体化学能光电池是新发展的，优点在于它廉价的成本

36、和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在10以上，制作成本仅为硅光电池的1/51/10寿命能达到20年以上。 此类电池的研究和开发刚刚起步，不久的将来会逐步走上市场。4.2.5 有机光电池有机光电池，就是由有机材料构成核心部分的光电池。大家对有机光电池不熟悉，这是情理中的事。如今量产的光电池里，95以上是硅基的，而剩下的不到5也是由其它无机材料制成的。4.3 光电池家庭化的应用 太阳能（光）发电虽受昼夜、晴雨、季节的影响，但可以分散地进行，所以它适合于各家各户分散进行发电，而且要联接到供电网络上。光电池日益成为家用电器的“能源心脏”。太阳能电话。以太阳能作能源的无线电话已在英国一家无线电公司

37、问世。它利用顶端上装的太阳能接收板，可以不断给电池充电。使用者的声音通过无线电波输入附近的电话交换机，再传送到各地电话通讯网去。巴黎伏德瓦特公司制作的太阳能收费公用电话，耗电量极低，只要在阳光下充电几小时，便足够使用10多天。 太阳能冰箱。法国的太阳能冰箱以甲醇为制冰剂，每24小时可制冰10公斤，保鲜30公斤食物。印度研制出一种仓库用的大型太阳能冰箱，上部装的抛物线镜面将阳光集中在半导体网孔上，把光转换成电流，箱内温度保持在-2，可冷藏500公斤食品，每天还可制出25公斤冰来.太阳能空调器。日本夏普电器公司制造的这种空调装置，当天气晴朗时，全部动力都由阳光供给，多云或阴天时才使用一般电源。期间

38、的转换由控制系统自动完成，用它可使一间18平方米的居室室温保持在20左右，并较一般空调器节约电费60以上。太阳能电视机。芬兰研制的太阳能电视机只要白天把半导体硅光电池转换器放在有阳光的窗台上，晚上不需电源便可观看电视。转换器贮存的电能，可供工作电压为12伏的电视机使用3至4小时。印度研制的太阳能电视机，其能源吸收系统只要每天工作4小时，即使连续3天无太阳，也能正常接收信号播放节目。 太阳能照相机。日本制作的世界上第一架太阳能照相机，重量仅有475克，机内装有先进的太阳能电池系统，其蓄电池可连续使用4年。美国一家公司生产了一种新型的135照相机。它的光圈、速度均由微电脑自动控制，电力则由太阳能硒

39、光电池提供，只要有光线就能供电。4.4光电池的市场与应用 近年来太阳能利用在技术上的不断突破，使太阳能光电池的商业化应用要比人们原先预期的快得多。目前，全世界总共有23万座光伏发电设备，以色列、澳大利亚、新西兰居于领先地位。技术上的不断突破使光电池以高速度进入市场。80年代后期，由于多晶薄膜光电池的出现，使光电池的光电转换率达16，而生产成本降低了50，极利于在缺能少电的发展中国家推广。目前，美国和日本在世界光伏市场上占有最大的市场份额。美国拥有世界上最大的光伏发电厂，其功率为7MW，日本也建成了发电功率达1MW的光伏发电厂。 最初光电池主要是广泛应用于人造卫星和航空航天领域，因为在太空中只有

40、白天，没有黑夜，太阳光强度也不受天气变化和季节更替的影响。如人造卫星、宇宙空间站上的能源都是有太阳能电池提供。 目前，光电池已在民用电力、交通，以及军用航海、航天等诸多领域发挥着愈来愈大的作用。大型的可用于电话通讯系统、卫星地面接收站、微波中继站等；中型的可用于电车、轮船、卫星、宇宙飞船等；小(微)型的呵用于太阳能手表、太阳能计算器、太阳能充电器、太阳能手机等。4.5 我国光电池的发展状况与新进展 我国对光电池的研究开发工作高度重视，早在七五期间，非晶硅半导体的研究工作已经列入国家重大课题；八五和九五期问，我国把研究开发的重点放在大面积太阳能电池等方面。我国目前已有10条太阳能电池生产线，年生

41、产能力约为4.5MW，其中8条生产线是从国外引进的，在这8条生产线当中，有6条单晶硅太阳能电池生产线，2条非晶硅太阳能电池生产线。据专家预测，目前我国光伏市场需求量为每年5MW，20012010年，年需求量将达10MW，从2011年开始，我国光伏市场年需求量将大于20MW。 我国拥有丰富的太阳能资源。据统计，每年我国陆地接收的太阳辐射总量，相当于24000亿吨标煤，全国总面积三分之二地区年日照时问都超过2000小时，特别是西北一些地区超过3000小时。另一方面，随着当前世界光电技术及其应用材料的飞速发展，光电材料成本成倍下降，光电转换率不断提高，这将带来太阳能发电成本的大幅度下降。据预计，不到

42、10年，太阳能发电的成本就会接近并低于煤电，这为我国大力开发太阳能资源提供了可能。 我国光电池的研究始于1958年，1959年研制成功第一个有实用价值的光电池。1971年3月首次成功地应用于我国第二颗卫星上，1973年光电池开始在地面应用。1979年开始生产单晶硅光电池。80年代中后期，引进国外光电池生产线和关键设备，初步形成生产能力达到45兆瓦的太阳能光伏产业。其中单晶硅电池25兆蜂瓦，非晶硅电池2兆峰瓦。工业组件的转换效率单晶硅电池为ll一13，非晶硅电池为5-6。 我国光伏组件生产逐年增加，成本不断降低，市场不断扩大，装机容量逐年增加，1999年底累计约15兆峰瓦。应用领域包括农村电气化

43、、交通、通讯、石油、气象、国防等。特别是光伏电源系统解决了许多农村学校、医疗所、家庭照明、电视等用电，对发展边远贫困地区的社会经济和文化发挥了十分重要的作用。西藏有7个无水能资源无电县采用光伏电站供电，社会经济效益非常显著。在研究开发方面开展了单晶硅、多晶硅电池研究以及非晶硅、碲化镉、硒铟铜等薄膜电池研究，同时还开展了浇筑多晶硅、银铝浆、EVA等材料研究，并取得可喜的成果，其中刻槽埋栅电池效率达到国际水平。如今，人们已经清楚的认识到，光电池光电效应效率和光电池材料的来源与制作成本，是发展光电池的极为重要的因素。可见，光电池今后的发展方向是：人类在继承和发展已被开发和利用的光电池的基础上，一方面

44、全力的去研究和开发高光电效应效率的材料，另一方面，寻取富含太阳能电池材料的原料，已用于发展未来的光电池事业。总结 太阳能有许多优点，但在它成为未来的主要能源之前，还有许多亟待解决的问题。太阳能集热设备和太阳能光电池造价高自不待言，还有一个人们常想的问题是没有太阳时怎么办?受夜间和阴雨气候的影响，这是利用太阳能所遇到的最大限制。但随着科技的进步，这种限制正逐步缩小。目前，一般家庭太阳能热水器，都有储热槽储存热水，高级一点的储热装置，即使连续一、二天阴雨，仍能使用前日储存的热水。还有固体储热和化学储热法。我们完全有理由相信，太阳能作为一种清洁优良的新能源，它的开发和应用前景都是广阔的，在不久的将来它必将会逐渐应用到我们生活的各个方面中来，使我们的能源使用更加科学和环保。总之，光电池与我们21世纪人的关系是密不可分的，随着时间和科技的发展，我们将会得到更先进和更人性化的光电池设备。参考文献1太阳电池：材料、制备工艺及检测 Tom Markvart 机械工业出版社 2009-082有机太阳电池