光電薄膜

傳統(tǒng)的晶體硅技術(shù)(x-Si)需要大量昂貴的材料，而且將單個(gè)電池連接在一起需要額外的復(fù)雜性和成本。然而，競爭對(duì)手的技術(shù)是在玻璃或金屬基板上沉積極薄的光伏材料薄膜。薄膜器件使用的材料相對(duì)較少(它們的厚度在微米范圍內(nèi)，而不是晶體硅所需的數(shù)百微米范圍內(nèi))，*它們不需要復(fù)雜的電池互連，而且它們特別適合大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)。它們的厚度允許沒有被吸收的光子完全穿過光伏材料，這提供了兩個(gè)特殊的機(jī)會(huì)。它們的半透明意味著它們可以

放置在窗戶上，使建筑玻璃成為照明和照明的提供者

*比較而言，一根頭發(fā)直徑約為100µm。

光電薄膜 493年

電力。它們還可以用于多結(jié)串聯(lián)電池，在這種電池中，不同波長的光子被設(shè)備的不同層吸收。

為了獲得這些非常理想的特性，薄膜電池的效率不如x-Si，特別是當(dāng)它們不用于串聯(lián)器件時(shí)。雖然對(duì)于傳統(tǒng)晶體硅來說，大幅降低組件成本的可能性不大，但使用薄膜技術(shù)來提高效率和大幅降低成本仍有許多機(jī)會(huì)。許多人認(rèn)為，薄膜將是未來光伏技術(shù)的主導(dǎo)。

相應(yīng)要求非晶硅

當(dāng)今幾乎所有的薄膜技術(shù)都是基于非晶(玻璃)硅(a-Si)——也就是說，硅中原子的排列幾乎沒有秩序。由于它不是晶體，一個(gè)硅原子以精確定義的方式與四個(gè)相鄰的原子結(jié)合的有組織的四面體結(jié)構(gòu)并不適用。雖然幾乎所有的原子都與其他四個(gè)硅原子形成了鍵，但仍有許多“懸垂鍵”，其中沒有任何一個(gè)價(jià)電子與之相連。這些懸空鍵缺陷充當(dāng)復(fù)合中心，使光產(chǎn)生的電子在能移動(dòng)很遠(yuǎn)之前與空穴重新結(jié)合。

1969年，一個(gè)英國團(tuán)隊(duì)偶然發(fā)現(xiàn)了將硅制成一種體面的光伏材料的關(guān)鍵，他們注意到硅烷氣體SiH4被電子流轟擊時(shí)會(huì)發(fā)光(Chittick et al.， 1969)。這導(dǎo)致了他們的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)，通過將非晶硅與氫合金，缺陷的濃度可以降低約三個(gè)數(shù)量級(jí)。這些合金中氫原子的濃度大約是1 / 10，所以它們的化學(xué)成分大約是Si0.9H0。１ ． 此外，硅氫合金的結(jié)果，指定為a-Si:H，很容易摻雜，以制造n型和p型材料的太陽能電池

第一個(gè)a-Si:H太陽能電池是在1976年的文獻(xiàn)中描述的(Carlson和Wronski, 1976)。雖然只有1%的效率，但它們的潛力很快就被認(rèn)識(shí)到了。a- si:H首次商用是在1980年，當(dāng)時(shí)三洋公司推出了一系列太陽能袖珍計(jì)算器。到了20世紀(jì)80年代中期，用于戶外的非晶硅光伏組件進(jìn)入了市場。當(dāng)它們是新的時(shí)候，效率只有5%或6%;在使用的最初幾個(gè)月里，這個(gè)比例下降到3%或4%左右。理解這種效率的不穩(wěn)定性，并處理它，仍然是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。到20世紀(jì)90年代初，單結(jié)電池的效率已經(jīng)穩(wěn)定在10%左右，而多結(jié)電池的效率已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的水平。

那么，p - n結(jié)是如何在非晶材料中形成的，而其原子之間的組織很少?圖8.53顯示了一個(gè)簡單的a- si:H電池的橫截面，該電池使用玻璃作為支撐上層。在下面

*有趣的是，非晶硅正在發(fā)現(xiàn)除光伏以外的其他產(chǎn)品的應(yīng)用。它在黑暗中是絕緣體，但在光照下很容易導(dǎo)電，這一事實(shí)使得它被用于影印機(jī)、激光打印機(jī)和傳真機(jī)等光電產(chǎn)品。

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