薄膜材料與技術(shù)

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1、薄膜技術(shù)在能源材料中的應(yīng)用——薄膜太陽能電池一概述能源和環(huán)境是二十一III:紀(jì)面臨的兩個重大問題，據(jù)專家佔算，以現(xiàn)在的能源消耗速度，可開采的石油資源將在兒十年后耗盡，煤炭資源也只能供應(yīng)人類使用約200年。太陽能電池作為可再生無污染能源，能很好地同時解決能源和環(huán)境兩人難題，具有很廣闊的發(fā)展前景。照射到地球上的太陽能非常巨人，人約40min照射到地球上的太陽能就足以滿足全球人類一年的能量需求。因此，制備低成本高光電轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池不僅具有廣闊的前景，而且也是時代所需。太陽能電池行業(yè)是21枇紀(jì)的朝陽行業(yè)，發(fā)展前景十分廣闊。在電池行業(yè)中，最沒有污染、市場空間最大的應(yīng)該是太陽

2、能電池，太陽能電池的研究與開發(fā)越來越受到世界各國的廣泛重視。太陽能電池種類繁多，主要有硅太陽能電池、聚光太陽能電池、無機化合物薄膜太陽能電池、有機薄膜太陽能電池、納米品薄膜太陽能電池和疊層太陽能電池等幾大類⑴。二薄膜太陽能電池。1、薄膜硅太陽能電池薄般硅太陽能電池(硅膜厚約50剛)的出現(xiàn)，相對晶體硅太陽能電池，所用的硅材料人幅度減少，很人程度上降低了晶體硅太陽能電池的成本。薄膜硅太陽能電池主更有非晶硅(a—Si).微晶硅(Ac—Si)和多晶硅(p-Si)薄般太陽能電池，前兩者有光致衰退效應(yīng)，其中Pc—Si薄膜太陽能電池光致衰退效應(yīng)相對較弱但Pc-Si薄膜沉積速率低(僅1

3、.2nm/s),光致衰退效應(yīng)致使其性能不穩(wěn)定，發(fā)展受到一定的限制，而后者則無光致衰退效應(yīng)問題，因此是硅系太陽能電池的發(fā)展方向⑴。太陽能電池是制約太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸技術(shù)之一。目前主要的研究工作集中在新材料、新工藝、新設(shè)計等方面，其目的是為了提高電池轉(zhuǎn)換效率和降低電池制造成本。制造太陽能電池的材料主要有單晶硅、多晶硅、非晶硅以及其他新型化合物半導(dǎo)體材料，其中非晶硅屬直接轉(zhuǎn)換型半導(dǎo)體，光吸收率大，易于制成厚度0.5微米以下、面積1平方米以上的薄膜，并且容易與其他原子結(jié)合制成對近紅外高吸收的非品硅錯集層光電池，這是目前的主攻方向之另一種是非品硅和多晶硅混合薄膜材料，它轉(zhuǎn)換

4、率高、用材省，是新枇紀(jì)最有前途的薄膜電池之一。2＞無機化合物薄膜太陽能電池選用的無機化合物主要有CdTe,CdS,GaAs,CulnSe2（CIS）等，其中CdTe的禁帶寬度為1?45eV（最佳產(chǎn)生光伏響應(yīng)的禁帶寬度為1.5eV）,是一個理想的半導(dǎo)體材料，截止2004年，CdTe電池光電轉(zhuǎn)化效率最高為16.5%；CdS的禁帶寬度約為2.42eV,是一種良好的太陽能電池窗口層材料，可與CdTe、SnS和CIS等形成異質(zhì)結(jié)太陽能電池；GaAs的禁帶寬度為1.43eV,光吸收系數(shù)很高，GaAs單結(jié)太陽電池的理論光電轉(zhuǎn)化效率為27%,目前GaA/Ge單結(jié)太陽電池最高光電轉(zhuǎn)換效率

5、超過20%,生產(chǎn)水平的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達到19?20%,其與GalnP組成的雙節(jié)、三節(jié)和多節(jié)太陽能電池有很大的發(fā)展前景；CIS薄膜太陽能電池實驗室最高光電轉(zhuǎn)化效率已達19.5%,在聚光條件下（14個太陽光強），光電轉(zhuǎn)化效率達到21.5%,組件產(chǎn)品的光電轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)超過13%；CIS薄膜用Ga部分取代In,就形成CulnnxGa.S^（簡稱CIGS）四元化合物，其薄膜的禁帶寬度在1?04?1.7eV范圍內(nèi)可調(diào)，這為太陽能電池最佳禁帶寬度的優(yōu)化提供了機會，同時開發(fā)了兩種新的材料，用Ga完全取代In形成CuGaSe2,用S完全取代Se形成CulnS2,以備In、Se資源不足時

6、可以采用。但是，Cd和As是有毒元素，In和Se是稀有元素，嚴(yán)重地制約著無機化合物薄膜太陽能電池的人規(guī)模生銅鋼硒太陽能薄膜電池（簡稱銅鋼硒電池）是在玻璃或其它廉價襯底上沉積若干層金屬化合物的半導(dǎo)體薄膜，薄膜總厚度人約為2-3微米，具有成本低、性能穩(wěn)定、抗輻射能力強等特性，其光電轉(zhuǎn)換效率目前是各種薄膜太陽能電池之首。正是由于其優(yōu)異的性能被國際上稱為未來的廉價太陽能電池，吸引了眾多機構(gòu)及專家進行研究開發(fā)，有望成為不久將來太陽能電池商品化、產(chǎn)業(yè)化的主流產(chǎn)UI4o3＞有機薄膜太陽能電池有機薄般太陽能電池與硅太陽能電池相比具有質(zhì)量輕、柔韌易加工性、低成本及可人面積制備等優(yōu)點，有很

7、人的發(fā)展?jié)摿?，但正處于研發(fā)初期，激子結(jié)合能人，電子遷移率低，導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)化效率低且壽命短等缺點。目前，在實驗室特定研究條件下，有機薄膜太陽能電池光電轉(zhuǎn)換率可達9?5%⑷o三薄膜太陽能電池的國內(nèi)外現(xiàn)狀以及存在問題上世紀(jì)八十年代末至九十年代初，非晶硅太陽能電池的發(fā)展經(jīng)歷了一個調(diào)整、完善和提高的過程，其中心任務(wù)就是提高太陽能電池的穩(wěn)定化效率，其核心就是完美結(jié)技術(shù)和疊層電池技術(shù)。上出紀(jì)九十年代中期，技術(shù)得到較人的突破，從而出現(xiàn)了更人規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的高潮。世界上先后建立了多條數(shù)兆瓦至十兆瓦高水平的電池組件生產(chǎn)線，產(chǎn)品組件面積為平方米量級，生產(chǎn)流程全部實現(xiàn)