硅光電池是一個大面積�光電二極�,它�(shè)�(jì)用于把入射到它表面的光能�(zhuǎn)化為電能,因�,可用作光電探測器和光電�,被廣泛用于太空和野外便攜式儀器等能源。硅光電池的原理是產(chǎn)生光生伏特效�(yīng)的現(xiàn)象�
硅光電池�(jié)�(gòu)如圖1所�。利用硅片制成PN結(jié),在P型層上貼一柵形電極,N型層上鍍背電極作為負(fù)�。電池表面有一層增透膜,以減少光的反射。由于多�(shù)載流子的�(kuò)�,在N型與P型層間形成阻擋層,有一由N型層指向P型層的電場阻止多數(shù)載流子的�(kuò)�,但是這個電場卻能幫助少�(shù)載流子通過。當(dāng)有光照射�(shí),半�(dǎo)體內(nèi)�(chǎn)生正�(fù)電子�,這樣P型層中的電子擴(kuò)散到PN�(jié)附近被電場拉向N型層,N型層中的空穴�(kuò)散到PN�(jié)附近被阻擋層拉向P區(qū),因此正�(fù)電極間產(chǎn)生電�;如停止光照,則少數(shù)載流子沒有來源,電流就會停止。硅光電池的光譜靈敏度值在可見光紅光附近(800nm),截止波長為1100nm。圖2表示硅光電池靈敏度的相對��
圖1 硅光電池�(gòu)�
圖2 硅光電池的光譜靈敏度
使用�(shí)注意,硅光電池質(zhì)�,不可用力按壓。不要拉動電極引�,以免脫�。電池表面勿用手摸。如需清理表面,可用軟毛刷或酒精棉,防止損傷增透膜�
硅光電池的工作原理是光生伏特效應(yīng).它是一個大面積的光電二極管,它可把入射到它表面的光能轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)光照射在硅光電池的PN�(jié)區(qū)�(shí),會在半導(dǎo)體中激�(fā)出光生電子空穴對.PN�(jié)兩邊的光生電子空穴對,在內(nèi)電場的作用下,屬于多數(shù)載流子的不能穿越阻擋�,而少�(shù)載流子卻能穿越阻擋層.�(jié)�,P區(qū)的光生電子�(jìn)入N區(qū),N區(qū)的光生空穴�(jìn)入P區(qū),使每個區(qū)中的光生電子一空穴對分割開�.光生電子在N區(qū)的集�(jié)使N區(qū)帶負(fù)�,光生電子在P區(qū)的集�(jié)使P區(qū)帶正�.P區(qū)和N區(qū)之間�(chǎn)生光生電動勢.�(dāng)硅光電池接入�(fù)載后,光電流從P區(qū)�(jīng)�(fù)載流至N區(qū),�(fù)載中即得到功率輸�.
1、晶體硅光電�
晶體硅光電池有單晶硅與多晶硅兩大�,用P型(或n型)硅襯�,通過磷(或硼)擴(kuò)散形成Pn�(jié)成制�,生�(chǎn)技�(shù)成熟,是光伏市場上的主導(dǎo)�(chǎn)�。采用埋層電�、表面鈍�、強(qiáng)化陷�、密柵工�、優(yōu)化背電極及接觸電極等技�(shù),提高材料中的載流子收集效率,優(yōu)化抗反肘膜、凹凸表�、高反射背電極等方式,光電轉(zhuǎn)換效率有較大提高。單晶硅光電池面積有�,目前比較大的為 �10� 20cm的圓�,年�(chǎn)能力46MW/a。目前主要課題是繼續(xù)�(kuò)大產(chǎn)�(yè)�(guī)模,開發(fā)帶狀硅光電池技�(shù),提高材料利用率。國際公�(rèn)效率在AM1.5條件下為24�,空間用高質(zhì)量的效率在AMO條件約為13.5�18%地面用大量生產(chǎn)的在AM1條件下多�11�18%之間。以定向凝固法生長的鑄造多晶硅錠代替#晶硅,可降低成本,但效率較低。優(yōu)化正背電極的銀漿和鋁漿絲網(wǎng)印刷,磨圖拋工藝,千方百�(jì)�(jìn)一步降成本,提高效�,大晶粒多晶硅光電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)18.6[%]�
2、非晶硅光電�
a-Si(非晶硅)光電池一般采用高頻輝光放電方法使硅烷氣體分解沉積而成。由于外解沉積溫度低,可在玻�、不銹鋼�、陶瓷板、柔性塑料片上沉積約1μm厚的薄膜,易于大面積化(05rn×l.0m),成本較低,多采用p in�(jié)�(gòu)。為提高效率和改善穩(wěn)定�,有�(shí)還制成三層P in等多層疊層式�(jié)�(gòu),或是插入一些過渡層。其商品化產(chǎn)量連續(xù)增長,年�(chǎn)能力45MW/a�10MW生產(chǎn)線已投入生產(chǎn),全球市場用量每月在1千萬片左�,居薄膜電池首位。發(fā)展集成型a-Si光電池組�,激光切割的使用有效面積�(dá)90%以上,小面積轉(zhuǎn)換效率提高到 14.6�,大面積大量生產(chǎn)的為8�10�,疊層結(jié)�(gòu)的效率為21�。研�(fā)動向是改善薄膜特�,精確設(shè)�(jì)光電池結(jié)�(gòu)和控制各層厚�,改善各層之間界面狀�(tài),以求得高效率和高穩(wěn)定��
3、多晶硅光電�
P-Si(多晶硅,包括微品)光電池沒有光致衰退效應(yīng),材料質(zhì)量有所下降�(shí)也不會導(dǎo)致光電池受影�,是國際上正掀起的前沿性研究熱�(diǎn)。在單晶硅襯底上用液相外延制備的p-Si光電池轉(zhuǎn)換效率為15.3%,�(jīng)減薄襯底,加�(qiáng)陷光等加�,可提高�23.7[%],用CVD法制備的�(zhuǎn)換效率約�12.6—l7.3[%]。采用廉�(jià)襯底的p—si薄膜生長方法有PECVD和熱絲法,或?qū)—si:H材料膜�(jìn)行后退火,�(dá)到低溫固相晶�,可分別制出效率9.8[%]�9.2[%]的無退化電池。微晶硅薄膜生長與a—si工藝相容,光電性能和穩(wěn)定性很高,研究受到很大重視,但效率僅為7.7%大面積低溫p—si膜與—si組成疊層電池�(jié)�(gòu),是提高比a—S光電池穩(wěn)定性和�(zhuǎn)換效率的重要途徑,可更充分利用太陽光譜,理論�(jì)算表明其效率可在28%以�,將使硅基薄膜光電池性能�(chǎn)生突破性�(jìn)�。銅煙硒光電� CIS(銅鎖硒)薄膜光電池己成為國際先伏界研究開發(fā)的熱門課題,它具有�(zhuǎn)換效率高(已�(dá)�17.7%),性能�(wěn)�,制造成本低的特�(diǎn)。CIS光電池一般是在玻璃或其它廉價(jià)襯底上分別沉積多層膜而構(gòu)成的,厚度可做到2�3μrn,吸收層CIS膜對電池性能起著決定性作用。現(xiàn)已開�(fā)出反�(yīng)共蒸法和硒化法(濺射、蒸�(fā)、電沉積等)兩大類多種制備方�,其它外層通常采用真空蒸發(fā)�?yàn)R射成�。阻礙其�(fā)展的原風(fēng)是工藝重�(fù)性差,高效電池成品率�,材料組分較�(fù)�,缺乏控制薄膜生長的分析儀�。CIS光電池正受到�(chǎn)�(yè)界重�,一些知名公司意識到它在未來能源市場中的前景和所處地位,積極�(kuò)大開�(fā)�(guī)�,著手組建中試線及制造廠�
1)硅光電池的壽命很長,性能很穩(wěn)�,但是要注意保護(hù),不能受�(jī)械損�,一旦電池破碎就無法再使用了�
2)硅光電池不能受潮,也不能沾油�,否則將使抗反射膜脫��
3)�(yīng)避免用白熾燈的光源長�(shí)間照射硅光電�,這樣會使電池的溫度升高,降低輸出功率�
4)硅光電池的輸出電壓一般為0.5V,為能獲得較高的電壓,可將硅光電池串�(lián)起來使用,如要獲得較大的電流,也可將硅光電池并聯(lián)使用�
硅光電池�、并�(lián)后,就可得到一定輸出功率的電池�。該電池組就可當(dāng)電源使用。也可與蓄電池配合共同完成對�(fù)載的供電。如�1所示,�(dāng)無光照射�(shí),由蓄電池向�(fù)載供�,當(dāng)有光照射�(shí),由硅光電池向負(fù)載供�,同�(shí)給蓄電池充電。圖中的VD為防逆流二極�,其反向耐壓要高于蓄電池的電�,工作電流要大于硅光電池組的輸出電流�
5)將硅光電池可作為光電開關(guān)的光接收器件,在其中起到一個自動開�(guān)的作用。當(dāng)有光照射�(shí),硅光電池輸出電�,使晶體管導(dǎo)通。當(dāng)無光照射�(shí),硅光電�?zé)o電壓輸出,晶體管截止不導(dǎo)��