薄膜太阳能电池原理及优缺点 _太阳能电池

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通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350－450μm的高质量硅片上制成的，下面我们一起来看看薄膜太阳能电池原理及优缺点。

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薄膜太阳能电池的原理、优缺点
种类
材料为无机盐，主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉、铜硒薄膜电池等。
碲化镉
硫化镉/碲化镉多晶薄膜电池比非晶硅薄膜太阳能电池效率高，比单晶硅电池成本低，易于大规模生产。但是由于镉的毒性很大，会对环境造成严重污染，所以不是晶体硅太阳能电池的最佳替代品。
砷化镓
【薄膜太阳能电池原理及优缺点】砷化镓(GaAs)ⅲ-ⅴ族化合物电池的转换效率可达28% 。GaAs复合材料具有理想的光学带隙、高吸收效率、强抗辐射和对热不敏感，适合制造高效单结电池。然而，GaAs材料昂贵，这在很大程度上限制了GaAs电池的普及。

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铜、铟和硒
铜铟硒薄膜电池(CIS)适用于光电转换，不存在光致降解问题。转换效率和多晶硅一样。它具有价格低廉、性能良好、工艺简单等优点，将成为未来太阳能电池发展的重要方向。唯一的问题是材料的来源。因为铟和硒是稀有元素，这类电池的发展必然受到限制。
光伏发电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，可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。
晶体硅是大规模生产太阳能电池最常用的原料，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的90% 。
在各种薄膜太阳能电池中，硅基薄膜、CIS和CdTe有望实现规模化生产。CIS薄膜太阳能电池的制造过程中使用稀有金属硒，使得大规模生产的成本相对较高。而且CIS的生产过程非常复杂，也给大规模生产造成了一定的困难，所以时机还没有完全成熟。至于CdTe薄膜太阳能电池，其原料中的镉已被证明是致癌物质，因此与太阳能电池的绿色能源特性略有冲突。此外，碲在其原料中更昂贵。因此硅基薄膜电池更适合大规模生产。

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薄膜太阳能电池的优缺点
薄膜太阳能电池使用的材料更少，所以每个模块的成本比叠层太阳能电池明显降低，制造过程中所需的能量也比叠层太阳能电池小。同时，它还集成了连接模块，节省了独立模块的固定和内部连接成本。未来，薄膜太阳能电池很可能会取代常用的硅太阳能电池，成为市场的主流。非晶硅太阳能电池与单晶硅太阳能电池或多晶硅太阳能电池的主要区别在于材料的不同。单晶硅太阳能电池或多晶硅太阳能电池的材料比较稀疏，而非晶硅太阳能电池的材料是SiH4 。由于材料的不同，非晶硅太阳能电池的结构与晶体硅太阳能电池略有不同。
SiH4最大的优点是有很好的光吸收和导光效果，但电学特性类似绝缘体，与硅的半导体特性相差甚远。因此，SiH4最初被认为是不合适的材料。然而，科学家们在20世纪70年代克服了这个问题，很快美国RCA公司生产了第一个非晶硅太阳能电池。SiH4虽然有很好的光吸收效果和导光效果，但其晶体结构比多晶硅太阳能电池差，所以悬空键问题比多晶硅太阳能电池更严重，自由电子和空穴的复合速率非常快；另外，SiH4不规则的晶体结构会阻碍电子和空穴的运动，缩短扩散范围。基于以上两个因素，当光照射在SiH4上产生电子空穴对时，电子和空穴必须尽快分离，才能有效产生光电效应。因此，非晶硅太阳能电池大多制作得非常薄，以减少自由电子和空穴的复合。由于SiH4具有良好的光吸收效果，非晶硅太阳能电池即使做得很薄，仍然可以吸收大部分光。

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非晶硅薄膜太阳能电池的结构不同于一般的硅太阳能电池。如图9所示，可分为三层，上层很薄(约0.008微米)，P+掺杂浓度高；中间层更厚(0.5？1微米)，但一般来说，纯层并不完全是本征的，而是掺杂浓度较低的n型材料；最下层为n，较薄(0.02微米) 。与传统的p-n结构相比，这种p+-i-n结构具有更大的电场，使得纯层中产生的电子空穴对被电场快速分离。另一方面，p+上的薄氧化膜是透明导电氧化物(TCO)，可以有效防止太阳光反射和吸收太阳光，通常使用二氧化锡。非晶硅太阳能电池最大的优点是成本低，缺点是效率低，光电转换效率随着使用时间的推移而下降。因此，非晶硅太阳能电池广泛应用于小电力市场，但在发电市场的竞争力较低。