晶硅电池抗光衰技术研究【字数：8854】
摘 要由于环境污染以及化石能源消耗等问题的逐渐严重，世界各国竞相对清洁、新型可再生能源进行开发研究。在众多绿色可持续新型能源中，太阳能由于具有存储量大、环境友好和性能稳定等优势受到人们的特别关注。众所周知，太阳能被大量使用的最佳方式就是太阳能电池。近年来，在新能源理念的大力提倡下，太阳能电池已经在全世界大范围内使用。其中，晶硅电池在太阳电池中占有80%以上的市场份额，其科技的进步不断推动光伏发电的走向。随着晶硅电池光电转换效率的提升，其光致衰减效应也随之增加，从而限制了高效晶硅电池的长远发展。本文概述了国内外晶硅电池光致衰减的研究进展，阐述了硼-氧缺陷、铁-硼对以及铜相关的缺陷导致光致衰减的基本机理，最后提出了减弱或避免光致衰减的一些有效措施。
目 录
第一章 绪论 1
1.1太阳能电池研究背景与意义 1
1.2太阳能电池概述 1
1.2.1太阳能电池发展简介 1
1.2.2太阳能电池分类 2
第二章 晶硅电池的技术发展 3
2.1晶硅电池简介 3
2.1.1晶硅电池分类 3
2.1.2晶硅电池工作原理 3
2.1.3晶硅电池及组件制作工艺 4
2.2晶硅电池研究现状及发展趋势 6
第三章 晶硅电池光致衰减效应研究 7
3.1晶硅电池光致衰减的研究现状 7
3.2晶硅电池抗光致衰减能力研究 7
3.2.1光致衰减机理研究 7
3.2.2抑制光致衰减的有效措施 8
3.2.3光致衰减抑制措施的实验验证 9
结束语 11
致 谢 12
参考文献 13
第一章 绪论
1.1太阳能电池研究背景与意义
由于人类社会现代化进程的迅猛发展，人们对能源的需求也在常年增加。目前我国的能源构型依然是由石油、煤和天然气组成，根据严密的科学统计，地球上经过成百上千年前形成的多种化石能源将在多年后就消耗完全。基于此现状，大力推行新型可再生清洁能源是确保全球能源供应安全与可持续发展的最有利决策。目前各国开发的新型可再生清洁能源包括风能、生物质能、太阳能等 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
，其中绿色高效、环境友好、性能稳定、无噪音的太阳能被公认为最有潜力的新型可再生清洁能源。众所周知，太阳能被大量使用的最佳方式就是太阳能电池，依靠半导体材料（半导体最常用的材料就是硅）的光伏效应，太阳能电池能够将光辐射直接转变为电能，从而人们可以将其应用于航空航天研究及并网发电等。我国太阳能资源储备丰富，特别是在广袤的高原地区以及其它一些偏远边疆地带常年具有足够的太阳光辐射量，从而有利于光伏发电项目的兴建。在新能源理念的逐渐倡导下，我国晶硅电池产量已跃居世界榜首，太阳能电池组件的产量也是世界上最多的国家[1]。
1.2太阳能电池概述
1.2.1太阳能电池发展简介
光生伏特效应是太阳能电池的理论依据，据悉十九世纪三十年代，欧洲物理研究者AlexanderEdmond Becquerel 初步提出光生伏特效应这一概念，随后经过一段时间的发展，美国科学家研制出首个硒制太阳能电池，从此预示着人们开始利用太阳能电池。接着，美国某著名实验室chapin 等人研制出第一块效率仅为6%的单晶硅半导体太阳电池，进一步推动了光电技术的发展[2]。截至1970s，Haynos等研究者利用Si的各个方向不同的特点将其表层进行稍加修饰，研制出一种带有陷光效果的金字塔状结构的电池材料，因而提高了晶硅太阳能电池的光电转换效率，从此太阳能发电开始应用于民用发电领域[3]。迈入21世纪以后，太阳能之父马丁.格林发现了第III代太阳能电池[4,5]，其中包括能够对太阳光谱进行分波段吸收的多结异质太阳能电池，且该类电池持有较高的光电转换效率，经过严密的科学计算（若不计电池的热损耗），其理论最高光电转换效率能达到95%。近年来，由于国家政策的大力扶植，中国光伏发电逐步迅猛发展，高效稳定的晶硅太阳能电池（大约占太阳能电池总量的85%份额）逐渐让人们看到未来可再生新能源的希望。但生产成本与效率这两大问题却极大的限制了晶硅电池的进一步发展，一些企业和著名的科研机构开始转向高效晶硅电池的开发。
1.2.2太阳能电池分类
从大方向分类，太阳能电池可分为晶体太阳能电池和薄膜太阳能电池两大部分。晶体太阳能电池又能够细分为：1) 晶硅太阳能电池（晶硅电池），2) ⅢⅤ族晶体太阳能电池；薄膜太阳能电池可分为以下四类：1) 非晶硅薄膜电池，2) 碲化镉薄膜电池，3) 铜铟镓硒薄膜电池，4) 染料敏化柔性薄膜电池。在以上太阳能电池分类中，薄膜太阳能电池拥有节省原材料、高效率、性能稳定等优势，其半导体厚度一般处于几微米到几十微米以下[6]。但纵观市场份额占比，其占有率较低，而占太阳能电池总量85%份额的晶硅太阳能电池能够直接推动光伏科技的走向。
太阳能电池组件主要由四个部分构成：1)半导体材料：要求禁带宽度较窄，用于提升太阳光辐射的可用量，主要包含单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓等无机复合物和有机半导体；2)表皮涂层：主要是金属氧化物或导电聚合物组成；3)电极：由金属导体组成；4)包装：主要是玻璃和有机玻璃组成。以上原材料必须结构稳定、方便生产、环境友好。
第二章 晶硅电池的技术发展
2.1晶硅电池简介
2.1.1晶硅电池分类
在光伏发电技术领域中，晶硅太阳能电池由于拥有优良的光电变换效率、完善的制造技术和低廉的成本而备受人们大量关注。晶硅电池一般分为单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池两大部分。单晶硅电池在晶硅太阳能电池中能量变换效率最佳，其包括两大类型：1) N型高效单晶硅太阳能电池：该类晶硅电池对多原材料参数和生产工艺要求相当严苛，其采用的硅片一般具有较低氧碳、长寿命的特性；2) P型单晶硅太阳能电池：该类晶硅电池成本低于N型电池，其电池制造工艺发展迅速且工业化效率平均每年提升约一个百分点，从而为其在晶硅太阳能电池市场占有率处于领先地位打下坚实基础。此外，需求量大的高纯硅迫使单晶硅太阳电池向薄膜化方向发展，再结合表面织构和发射极钝化等新技术的开发，产品研发速度超前，已广泛用于空间和地面。
多晶硅电池又被称为浇铸太阳能电池。原材料来源广泛、纯度较低、生产高效的多晶硅电池，其内部包含许多晶体界面较高的位错密度和杂质浓度（内部先天存在晶界效应和晶格缺陷），因而使得其能量变换效率远远小于单晶硅电池。但其因单产产量巨大、成本低廉，一直在光伏领域稳步发展。随着科学技术的进步，多晶硅电池的工艺发展和技术更新已逐步缩小了其与单晶硅太阳能电池的差距。例如，多晶硅硅片金刚线切割技术的优化有效地减少了硅片晶界及表面金属杂质的含量，从而显著降低光生载流子的复合，进而提高了光电转化效率[7]。多晶硅太阳能电池组件是由玻璃、EVA、电池片、背板、铝边框、接线盒、硅胶等主材共同组成，依据特定的生产技术进行封装，并且能在普通的光照条件下达到合适的输出功率和输出电压。随着浇铸技术的发展及晶硅太阳能电池工艺制作过程的不断完善，促使太阳能电池光电效率有了显著提升。
目 录
第一章 绪论 1
1.1太阳能电池研究背景与意义 1
1.2太阳能电池概述 1
1.2.1太阳能电池发展简介 1
1.2.2太阳能电池分类 2
第二章 晶硅电池的技术发展 3
2.1晶硅电池简介 3
2.1.1晶硅电池分类 3
2.1.2晶硅电池工作原理 3
2.1.3晶硅电池及组件制作工艺 4
2.2晶硅电池研究现状及发展趋势 6
第三章 晶硅电池光致衰减效应研究 7
3.1晶硅电池光致衰减的研究现状 7
3.2晶硅电池抗光致衰减能力研究 7
3.2.1光致衰减机理研究 7
3.2.2抑制光致衰减的有效措施 8
3.2.3光致衰减抑制措施的实验验证 9
结束语 11
致 谢 12
参考文献 13
第一章 绪论
1.1太阳能电池研究背景与意义
由于人类社会现代化进程的迅猛发展，人们对能源的需求也在常年增加。目前我国的能源构型依然是由石油、煤和天然气组成，根据严密的科学统计，地球上经过成百上千年前形成的多种化石能源将在多年后就消耗完全。基于此现状，大力推行新型可再生清洁能源是确保全球能源供应安全与可持续发展的最有利决策。目前各国开发的新型可再生清洁能源包括风能、生物质能、太阳能等 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
，其中绿色高效、环境友好、性能稳定、无噪音的太阳能被公认为最有潜力的新型可再生清洁能源。众所周知，太阳能被大量使用的最佳方式就是太阳能电池，依靠半导体材料（半导体最常用的材料就是硅）的光伏效应，太阳能电池能够将光辐射直接转变为电能，从而人们可以将其应用于航空航天研究及并网发电等。我国太阳能资源储备丰富，特别是在广袤的高原地区以及其它一些偏远边疆地带常年具有足够的太阳光辐射量，从而有利于光伏发电项目的兴建。在新能源理念的逐渐倡导下，我国晶硅电池产量已跃居世界榜首，太阳能电池组件的产量也是世界上最多的国家[1]。
1.2太阳能电池概述
1.2.1太阳能电池发展简介
光生伏特效应是太阳能电池的理论依据，据悉十九世纪三十年代，欧洲物理研究者AlexanderEdmond Becquerel 初步提出光生伏特效应这一概念，随后经过一段时间的发展，美国科学家研制出首个硒制太阳能电池，从此预示着人们开始利用太阳能电池。接着，美国某著名实验室chapin 等人研制出第一块效率仅为6%的单晶硅半导体太阳电池，进一步推动了光电技术的发展[2]。截至1970s，Haynos等研究者利用Si的各个方向不同的特点将其表层进行稍加修饰，研制出一种带有陷光效果的金字塔状结构的电池材料，因而提高了晶硅太阳能电池的光电转换效率，从此太阳能发电开始应用于民用发电领域[3]。迈入21世纪以后，太阳能之父马丁.格林发现了第III代太阳能电池[4,5]，其中包括能够对太阳光谱进行分波段吸收的多结异质太阳能电池，且该类电池持有较高的光电转换效率，经过严密的科学计算（若不计电池的热损耗），其理论最高光电转换效率能达到95%。近年来，由于国家政策的大力扶植，中国光伏发电逐步迅猛发展，高效稳定的晶硅太阳能电池（大约占太阳能电池总量的85%份额）逐渐让人们看到未来可再生新能源的希望。但生产成本与效率这两大问题却极大的限制了晶硅电池的进一步发展，一些企业和著名的科研机构开始转向高效晶硅电池的开发。
1.2.2太阳能电池分类
从大方向分类，太阳能电池可分为晶体太阳能电池和薄膜太阳能电池两大部分。晶体太阳能电池又能够细分为：1) 晶硅太阳能电池（晶硅电池），2) ⅢⅤ族晶体太阳能电池；薄膜太阳能电池可分为以下四类：1) 非晶硅薄膜电池，2) 碲化镉薄膜电池，3) 铜铟镓硒薄膜电池，4) 染料敏化柔性薄膜电池。在以上太阳能电池分类中，薄膜太阳能电池拥有节省原材料、高效率、性能稳定等优势，其半导体厚度一般处于几微米到几十微米以下[6]。但纵观市场份额占比，其占有率较低，而占太阳能电池总量85%份额的晶硅太阳能电池能够直接推动光伏科技的走向。
太阳能电池组件主要由四个部分构成：1)半导体材料：要求禁带宽度较窄，用于提升太阳光辐射的可用量，主要包含单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓等无机复合物和有机半导体；2)表皮涂层：主要是金属氧化物或导电聚合物组成；3)电极：由金属导体组成；4)包装：主要是玻璃和有机玻璃组成。以上原材料必须结构稳定、方便生产、环境友好。
第二章 晶硅电池的技术发展
2.1晶硅电池简介
2.1.1晶硅电池分类
在光伏发电技术领域中，晶硅太阳能电池由于拥有优良的光电变换效率、完善的制造技术和低廉的成本而备受人们大量关注。晶硅电池一般分为单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池两大部分。单晶硅电池在晶硅太阳能电池中能量变换效率最佳，其包括两大类型：1) N型高效单晶硅太阳能电池：该类晶硅电池对多原材料参数和生产工艺要求相当严苛，其采用的硅片一般具有较低氧碳、长寿命的特性；2) P型单晶硅太阳能电池：该类晶硅电池成本低于N型电池，其电池制造工艺发展迅速且工业化效率平均每年提升约一个百分点，从而为其在晶硅太阳能电池市场占有率处于领先地位打下坚实基础。此外，需求量大的高纯硅迫使单晶硅太阳电池向薄膜化方向发展，再结合表面织构和发射极钝化等新技术的开发，产品研发速度超前，已广泛用于空间和地面。
多晶硅电池又被称为浇铸太阳能电池。原材料来源广泛、纯度较低、生产高效的多晶硅电池，其内部包含许多晶体界面较高的位错密度和杂质浓度（内部先天存在晶界效应和晶格缺陷），因而使得其能量变换效率远远小于单晶硅电池。但其因单产产量巨大、成本低廉，一直在光伏领域稳步发展。随着科学技术的进步，多晶硅电池的工艺发展和技术更新已逐步缩小了其与单晶硅太阳能电池的差距。例如，多晶硅硅片金刚线切割技术的优化有效地减少了硅片晶界及表面金属杂质的含量，从而显著降低光生载流子的复合，进而提高了光电转化效率[7]。多晶硅太阳能电池组件是由玻璃、EVA、电池片、背板、铝边框、接线盒、硅胶等主材共同组成，依据特定的生产技术进行封装，并且能在普通的光照条件下达到合适的输出功率和输出电压。随着浇铸技术的发展及晶硅太阳能电池工艺制作过程的不断完善，促使太阳能电池光电效率有了显著提升。
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