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薄膜電池顧就是將一層薄膜制備成太陽能電池,其用硅量極少,更容易降低成本,同時它既是一種{gx}能源產品,又是一種新型建筑材料,更容易與建筑wm結合。在國際市場硅原材料持續緊張的背景下,薄膜太陽電池已成為國際光伏市場發展的新趨勢和新熱點。目前已經能進行產業化大規模生產的薄膜電池主要有3種:硅基薄膜太陽能電池、銅銦鎵硒薄膜太陽能電池(CIGS)、碲化鎘薄膜太陽能電池(CdTe)。
非晶硅(a-Si)太陽電池是在玻璃(glass)襯底上沉積透明導電膜(TCO),然后依次用等離子體反應沉積p型、i型、n型三層a-Si,接著再蒸鍍金屬電極鋁(Al).光從玻璃面入射,電池電流從透明導電膜和鋁引出,其結構可表示為glass/TCO/pin/Al,還可以用不銹鋼片、塑料等作襯底。硅材料是太陽電池的主導材料,在成品太陽電池成本份額中,硅材料占了將近40%,而非晶硅太陽電池的厚度不到1μm,不足晶體硅太陽電池厚度的1/100,這就大大降低了制造成本,又由于非晶硅太陽電池的制造溫度很低(~200℃)、易于實現大面積等優點,使其在薄膜太陽電池中占據首要地位,在制造方法方面有電子回旋共振法、光化學氣相沉積法、直流輝光放電法、射頻輝光放電法、濺謝法和熱絲法等。特別是射頻輝光放電法由于其低溫過程(~200℃),易于實現大面積和大批量連續生產,現成為國際公認的成熟技術。在材料研究方面,先后研究了a-SiC窗口層、梯度界面層、μC-SiC p層等,明顯改善了電池的短波光譜響應.這是由于a-Si太陽電池光生載流子的生成主要在i層,入射光到達i層之前部分被p層吸收,對發電是無效的.而a-SiC和μC-SiC材料比p型a-Si具有更寬的光學帶隙,因此減少了對光的吸收,使到達i層的光增加;加之梯度界面層的采用,改善了a-SiC/a-Si異質結界面光電子的輸運特性.在增加長波響應方面,采用了絨面TCO膜、絨面多層背反射電極(ZnO/Ag/Al)和多帶隙疊層結構,即glass/TCO/p1i1n1/p2i2n2/p3i3n3/ZnO/Ag/Al結構.絨面TCO膜和多層背反射電極減少了光的反射和透射損失,并增加了光在i層的傳播路程,從而增加了光在i層的吸收.多帶隙結構中,i層的帶隙寬度從光入射方向開始依次減小,以便分段吸收太陽光,達到拓寬光譜響應、提高轉換效率之目的。在提高疊層電池效率方面還采用了漸變帶隙設計、隧道結中的微晶化摻雜層等,以改善載流子收集。
薄膜電池發電原理與晶硅相似,當太陽光照射到電池上時,電池吸收光能產生光生電子—空穴對,在電池內建電場的作用下,光生電子和空穴被分離,空穴漂移到P 側,電子漂移到N 側,形成光生電動勢,外電路接通時,產生電流。
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比較:
優點:
(1)成本低,根據Photon 的預測,預計到2012 年下降到2.08 美元/w;預計薄膜電池的平均價格能夠從2.65 美元/w 降至1.11 美元/w,與晶體硅相比優勢明顯;而相關薄膜電池制造商的預測更加樂觀,EPV 估計到2011 年,薄膜組件的成本將大大低于1 美元/w;Oerlikon 更估計2011 年GW 級別的電站其組件成本將降低于0.7 美元/w,這主要是由轉化率提高和規模化帶來的。
(2)弱光性好
(3)適合與建筑結合的光伏發電組件(BIPV),不銹鋼和聚合物襯底的柔性薄膜太陽能電池適用于建筑屋頂等,根據需要制作成不同的透光率,代替玻璃幕墻。
缺點:
(1)效率低,單晶硅太陽能電池,單體效率為14%-17%(AMO),而柔性基體非晶硅太陽電池組件(約1000平方厘米)的效率為10-12%,還存在一定差距。
(2)穩定性差,其不穩定性集中體現在其能量轉換效率隨輻照時間的延長而變化,直到數百或數千小時后才穩定。這個問題一定程度上影響了這種低成本太陽能電池的應用。
(3)相同的輸出電量所需太陽能電池面積增加,與晶體硅電池相比,每瓦的電池面積會增加約一倍,在安裝空間和光照面積有限的情況下限制了它的應用。
特點:
1.相同遮蔽面積下功率損失較小(弱光情況下的發電性佳)
2.照度相同下損失的功率較晶圓太陽能電池少
3.有較佳的功率溫度系數
4.較佳的光傳輸
5.較高的累積發電量
6.只需少量的硅原料
7.沒有內部電路短路問題(聯機已經在串聯電池制造時內建)
8.厚度較晶圓太陽能電池薄
9.材料供應無慮
10.可與建材整合性運用(BIPV)
種類 電池類型 商用效率 實驗室效率 使用壽命
優點 晶硅電池 單晶硅 14%~17% 23% 25年 效率高 技術成熟 多晶硅 13%~15% 20.3% 25年 效率較高 技術成熟 薄膜電池 非晶硅 6%~9% 13% 25年 弱光效應好 成本相對較低 碲化鎘 8%~10% 15.8% 25年 弱光效應好 成本相對較低 銅銦硒 10%~13% 15.3% 25年 弱光效應好 成本相對較低
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