薄膜太阳能电池进展研究
摘 要 随着社会的发展和科学的进步，在能源日益缺乏的今日，能源安全和环境保护问题已成为全世界所关注的重点。为了缓解能源供应矛盾，应对气候变化，世界上许多国家着重发展可再生能源，并制定了发展战略，提出明确的发展目标。而光电将作为主要的终端能源得到更广泛的应用，薄膜太阳能电池渐渐走入人们的视线。本文通过研究薄膜太阳能电池的的结构、原理、制备工艺及应用，详细阐述和比较了单晶硅薄膜太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池、非晶硅及微晶硅薄膜太阳能电池、铜铟镓硒系太阳能电池、有机薄膜太阳能电池等五种薄膜太阳能电池的特性及发展前景。
目 录
第一章 绪论 1
1.1薄膜太阳能电池简介 1
1.2课题研究的背景意义 1
1.3论文工作安排 2
第二章 薄膜太阳能电池的基本构造及原理 3
2.1薄膜太阳能电池的工作原理 3
2.2常见的薄膜太阳能电池 3
2.2.1非晶硅薄膜太阳能电池 3
2.2.2多晶硅薄膜太阳能电池 4
2.2.3CIGS薄膜太阳能电池 5
2.2.4有机薄膜太阳能电池 6
2.3薄膜太阳能电池的制备工艺 7
第三章 薄膜太阳能电池的行业前景 8
3.1薄膜太阳能电池的优势 8
3.2提高薄膜太阳能电池效率的措施 8
3.3薄膜太阳能电池的发展现状及前景 9
总 结 11
致 谢 12
参考文献 13
附 录 14
第一章 绪论
1.1薄膜太阳能电池简介
通常能够见到的薄膜太阳能电池基本上都是在廉价的硅片上制成的，硅片的制作方法也比较简单，它是从硅颗粒上切割制成的，所以在生产时实际消耗的硅材料比较多。在20世纪70年代中期，光伏企业就开始研究如何在廉价衬底上沉积出晶硅薄膜，但是因为需要生长的硅膜晶粒尺寸太小，不能制作成有意义的薄膜太阳能电池。人们为了取得比较大的薄膜，一直没有放弃研发，也研究出了很多方式去制造晶硅薄膜。制备晶硅薄膜太阳能电池的方法有许多种，一般会采用气相沉积法，其中包括了低压化学气相沉积和等
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离子增强化学气相沉积工艺。除此以外，液相外延法和溅射沉积法也可以被用来制造晶硅薄膜电池。薄膜太阳能电池因为比单晶硅电池使用的硅材料少，也没有电池光电转换效率衰退的问题，而且可以在低价材料构成的衬底上制作，它的制作成本比单晶硅电池要低的多，所以在光伏行业市场上薄膜太阳能电池占据了主导地位。本文重点介绍非晶硅薄膜太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池、CIGS薄膜太阳能电池，有机薄膜太阳能电池这几种薄膜太阳能电池。
1.2课题研究的背景意义
近几年世界光伏产业飞速发展，晶硅太阳电池处于主流地位，占据78%的市场份额，未来15~20年晶硅太阳能电池在光伏市场上仍处于龙头地位。而薄膜光学占太阳能电池的主导地位。太阳能所涉及的薄膜技术主要有以下几种：透明导电薄膜、太阳能光热转换薄膜、太阳能光电转换薄膜。透明导电薄膜在晶硅太阳能电池用作减反层和透明电极；太阳能光热转换薄膜是太阳能电池提高光电转换效率的途径；太阳能光电转换薄膜属于薄膜太阳能电池的范围。所以晶硅太阳能电池光电转换效率的提高，将有赖于薄膜太阳能电池技术进一步的发展。
世界上所有的太阳能电池主要分为两大类，结晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池。然而，由于近年来欧洲等发达国家在太阳能政策推动影响下，太阳能电池市场需求强劲上升。2007年，世界上大部分国家对于太阳能电池的需求量增温，导致生产太阳能电池所需要的原料硅严重短缺和飞涨的价格。太阳能厂商们经历了这段硅价格不稳定的时间，太阳能厂商已经充分了解了该行业存在的巨大风险性。而且，当今世界光伏企业对于硅晶太阳能电池的制作工艺都显著成熟，而且晶硅太阳能电池的进入门限比较低，所以涌进了大批的竞争者，这也就促使了太阳能厂商加速研发薄膜太阳能电池的领域。薄膜太阳能电池具有超高的稳定性，衬底是由廉价的材料制成的，性价比也比其他的太阳能电池高等优点。目前，太阳能厂商正在不断的完善薄膜太阳能电池，弥补其相对于晶硅太阳能电池的缺陷，正努力的提升光电转换效率。因此，众多企业需要不断的研发薄膜太阳能电池，使其光电转换效率达到最大的水平。
1.3论文工作安排
第1章：薄膜太阳能电池的简介，包括应用及发展情况，并对本论文的工作进行计划安排。
第2章：研究了薄膜太阳能电池的基本原理以及构造；对四种常见的薄膜电池的原理和构造做了详细阐述，并介绍了薄膜太阳能电池的制备工艺。
第3章：简单介绍了薄膜太阳能电池的优势，阐述当今社会薄膜太阳能电池的现状和发展的前景以及提升薄膜太阳能电池的效率的方法。
对本文进行总结和致谢。 第二章 薄膜太阳能电池的基本构造及原理
2.1薄膜太阳能电池的工作原理
通常见到的薄膜太阳电池是在玻璃衬底上沉积出透明导电膜，接着就使用等离子体反应的方法沉积p型、i型、n型三层aSi，然后再蒸镀金属电极铝，光从玻璃面入射，薄膜太阳能电池的电流就会从TCO和Al引出，可以用下面的方式来表示出薄膜太阳能电池的结构：glass/TCO/pin/Al，而且它的衬底也能够用不锈钢片、塑料等廉价材料来替代。
薄膜太阳能电池的原理就是基于半导体的光伏效应，在太阳能电池中半导体的pn结上照射光线，他就会生成新的空穴电子对，从而生成电场，在它的作用下，空穴会从n区流向p区，电子则相反，它会从p区流向n区，在连接并导通整个电路之后就会形成电流。
2.2常见的薄膜太阳能电池
市面上薄膜太阳能电池的种类有很多，有非晶硅薄膜太阳能电池、微晶硅薄膜太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池、（CdS、CdTe）薄膜太阳能电池、色素敏化燃料薄膜太阳能电池、有机薄膜太阳能电池和CIGS薄膜太阳能电池等等。
本文主要介绍非晶硅薄膜太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池、有机薄膜太阳能电池和CIGS薄膜太阳能电池。
2.2.1非晶硅薄膜太阳能电池
非晶硅薄膜太阳能电池就是将非晶硅以薄膜的形式沉积在玻璃、不锈钢及特种塑料上形成的太阳能电池。非晶硅的原子结构特征是短程有序和长程无序，故而比较纯的非晶硅就会因为其缺陷密度高而导致不能被够使用。因此需要使用辉光放电气相沉积法得到含有氢的非晶硅薄膜，氢在非晶硅薄膜当中起到了补偿悬挂链的作用，而且还同时进行掺杂和制备PN结。由于这种氢化的非晶硅pn结性质不是很稳定，在受到光照时光电导不显著，所以可以收集到的电荷微乎其微。所以为了制备有效的非晶硅薄膜太阳能电池，其结构模式必须为pin结构，p层与i层之间会建立内建电场，载流子产生和收集在i层中进行，如图21所示。在非晶硅薄膜太阳能电池使用pin结这种结构之后，非晶硅薄膜太阳能电池在受到光线照射时就可以正常的工作了，但是由于非晶硅原子排列结构的原因会存在光致衰退效应，这也是人类需要一直努力想要解决处理的问题。
目 录
第一章 绪论 1
1.1薄膜太阳能电池简介 1
1.2课题研究的背景意义 1
1.3论文工作安排 2
第二章 薄膜太阳能电池的基本构造及原理 3
2.1薄膜太阳能电池的工作原理 3
2.2常见的薄膜太阳能电池 3
2.2.1非晶硅薄膜太阳能电池 3
2.2.2多晶硅薄膜太阳能电池 4
2.2.3CIGS薄膜太阳能电池 5
2.2.4有机薄膜太阳能电池 6
2.3薄膜太阳能电池的制备工艺 7
第三章 薄膜太阳能电池的行业前景 8
3.1薄膜太阳能电池的优势 8
3.2提高薄膜太阳能电池效率的措施 8
3.3薄膜太阳能电池的发展现状及前景 9
总 结 11
致 谢 12
参考文献 13
附 录 14
第一章 绪论
1.1薄膜太阳能电池简介
通常能够见到的薄膜太阳能电池基本上都是在廉价的硅片上制成的，硅片的制作方法也比较简单，它是从硅颗粒上切割制成的，所以在生产时实际消耗的硅材料比较多。在20世纪70年代中期，光伏企业就开始研究如何在廉价衬底上沉积出晶硅薄膜，但是因为需要生长的硅膜晶粒尺寸太小，不能制作成有意义的薄膜太阳能电池。人们为了取得比较大的薄膜，一直没有放弃研发，也研究出了很多方式去制造晶硅薄膜。制备晶硅薄膜太阳能电池的方法有许多种，一般会采用气相沉积法，其中包括了低压化学气相沉积和等
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离子增强化学气相沉积工艺。除此以外，液相外延法和溅射沉积法也可以被用来制造晶硅薄膜电池。薄膜太阳能电池因为比单晶硅电池使用的硅材料少，也没有电池光电转换效率衰退的问题，而且可以在低价材料构成的衬底上制作，它的制作成本比单晶硅电池要低的多，所以在光伏行业市场上薄膜太阳能电池占据了主导地位。本文重点介绍非晶硅薄膜太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池、CIGS薄膜太阳能电池，有机薄膜太阳能电池这几种薄膜太阳能电池。
1.2课题研究的背景意义
近几年世界光伏产业飞速发展，晶硅太阳电池处于主流地位，占据78%的市场份额，未来15~20年晶硅太阳能电池在光伏市场上仍处于龙头地位。而薄膜光学占太阳能电池的主导地位。太阳能所涉及的薄膜技术主要有以下几种：透明导电薄膜、太阳能光热转换薄膜、太阳能光电转换薄膜。透明导电薄膜在晶硅太阳能电池用作减反层和透明电极；太阳能光热转换薄膜是太阳能电池提高光电转换效率的途径；太阳能光电转换薄膜属于薄膜太阳能电池的范围。所以晶硅太阳能电池光电转换效率的提高，将有赖于薄膜太阳能电池技术进一步的发展。
世界上所有的太阳能电池主要分为两大类，结晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池。然而，由于近年来欧洲等发达国家在太阳能政策推动影响下，太阳能电池市场需求强劲上升。2007年，世界上大部分国家对于太阳能电池的需求量增温，导致生产太阳能电池所需要的原料硅严重短缺和飞涨的价格。太阳能厂商们经历了这段硅价格不稳定的时间，太阳能厂商已经充分了解了该行业存在的巨大风险性。而且，当今世界光伏企业对于硅晶太阳能电池的制作工艺都显著成熟，而且晶硅太阳能电池的进入门限比较低，所以涌进了大批的竞争者，这也就促使了太阳能厂商加速研发薄膜太阳能电池的领域。薄膜太阳能电池具有超高的稳定性，衬底是由廉价的材料制成的，性价比也比其他的太阳能电池高等优点。目前，太阳能厂商正在不断的完善薄膜太阳能电池，弥补其相对于晶硅太阳能电池的缺陷，正努力的提升光电转换效率。因此，众多企业需要不断的研发薄膜太阳能电池，使其光电转换效率达到最大的水平。
1.3论文工作安排
第1章：薄膜太阳能电池的简介，包括应用及发展情况，并对本论文的工作进行计划安排。
第2章：研究了薄膜太阳能电池的基本原理以及构造；对四种常见的薄膜电池的原理和构造做了详细阐述，并介绍了薄膜太阳能电池的制备工艺。
第3章：简单介绍了薄膜太阳能电池的优势，阐述当今社会薄膜太阳能电池的现状和发展的前景以及提升薄膜太阳能电池的效率的方法。
对本文进行总结和致谢。 第二章 薄膜太阳能电池的基本构造及原理
2.1薄膜太阳能电池的工作原理
通常见到的薄膜太阳电池是在玻璃衬底上沉积出透明导电膜，接着就使用等离子体反应的方法沉积p型、i型、n型三层aSi，然后再蒸镀金属电极铝，光从玻璃面入射，薄膜太阳能电池的电流就会从TCO和Al引出，可以用下面的方式来表示出薄膜太阳能电池的结构：glass/TCO/pin/Al，而且它的衬底也能够用不锈钢片、塑料等廉价材料来替代。
薄膜太阳能电池的原理就是基于半导体的光伏效应，在太阳能电池中半导体的pn结上照射光线，他就会生成新的空穴电子对，从而生成电场，在它的作用下，空穴会从n区流向p区，电子则相反，它会从p区流向n区，在连接并导通整个电路之后就会形成电流。
2.2常见的薄膜太阳能电池
市面上薄膜太阳能电池的种类有很多，有非晶硅薄膜太阳能电池、微晶硅薄膜太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池、（CdS、CdTe）薄膜太阳能电池、色素敏化燃料薄膜太阳能电池、有机薄膜太阳能电池和CIGS薄膜太阳能电池等等。
本文主要介绍非晶硅薄膜太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池、有机薄膜太阳能电池和CIGS薄膜太阳能电池。
2.2.1非晶硅薄膜太阳能电池
非晶硅薄膜太阳能电池就是将非晶硅以薄膜的形式沉积在玻璃、不锈钢及特种塑料上形成的太阳能电池。非晶硅的原子结构特征是短程有序和长程无序，故而比较纯的非晶硅就会因为其缺陷密度高而导致不能被够使用。因此需要使用辉光放电气相沉积法得到含有氢的非晶硅薄膜，氢在非晶硅薄膜当中起到了补偿悬挂链的作用，而且还同时进行掺杂和制备PN结。由于这种氢化的非晶硅pn结性质不是很稳定，在受到光照时光电导不显著，所以可以收集到的电荷微乎其微。所以为了制备有效的非晶硅薄膜太阳能电池，其结构模式必须为pin结构，p层与i层之间会建立内建电场，载流子产生和收集在i层中进行，如图21所示。在非晶硅薄膜太阳能电池使用pin结这种结构之后，非晶硅薄膜太阳能电池在受到光线照射时就可以正常的工作了，但是由于非晶硅原子排列结构的原因会存在光致衰退效应，这也是人类需要一直努力想要解决处理的问题。
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