硅太陽能電池

硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池三種。

單晶硅太陽能電池

單晶硅太陽能電池的結構重要包括正面梳狀電極、減反射膜、N型層、PN結、P型層、背面電極等。單晶硅太陽能電池廣泛用于空間和地面，這種太陽能電池以高純的單晶硅棒為原料。將單晶硅棒切成片，經過一系列的半導體工藝形成PN結。

然后采用絲網印刷法做成柵線，經過燒結工藝制成背電極，單晶硅太陽能電池的單體片就制成了。單體片即可按所要的規格用串聯和并聯的方法組裝成太陽能電池組件(太陽能電池板)，構成一定的輸出電壓和電流。最后用框架進行封裝，將太陽能電池組件組成各種大小不同的太陽能電池陣列。

硅系列太陽能電池中，單晶硅大陽能電池轉換效率最高，技術也最為成熟。高性能單晶硅電池是建立在高質量單晶硅材料和相關的成熱的加工處理工藝基礎上的。

現在單晶硅的電地工藝己近成熟，在電池制作中，一般都采用表面織構化、發射區鈍化、分區摻雜等技術，開發的電池重要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電極單晶硅電池。

提高轉化效率重要是靠單晶硅表面微結構處理和分區摻雜工藝。目前單晶硅太陽能電池的光電轉換效率為15%左右，實驗室成果也有20%以上的。

單晶硅太陽能電池的特點

單晶硅太陽能電池轉換效率無疑是最高的，在大規模應用和工業生產中仍占據主導地位，雖然其轉換效率高，但是制作單晶硅太陽能電池要大量的高純度硅材料，且工藝復雜，電耗很大池工藝影響，且太陽能電池組件平面利用率低，致使單晶硅成本價格居高不下。要想大幅度降低其成本是非常困難的。

為了節省高質量材料，尋找單晶硅電池的替代產品，現在發展了薄膜太陽能電池，其中多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池就是典型代表。

多晶硅太陽能電池

多晶硅薄膜太陽電池是將多晶硅薄膜生長在低成本的襯底材料上，用相對薄的晶體硅層作為太陽電池的激活層，不僅保持了晶體硅太陽電池的高性能和穩定性，而且材料的用量大幅度下降，明顯地降低了電池成本。多晶硅薄膜太陽電池的工作原理與其它太陽電池相同，是基于太陽光與半導體材料的用途而形成光伏效應。

多晶硅太陽能電池芯片是具有光電效應的半導體器件，半導體的PN結被光照后出現電流，當光直射太陽能電池芯片，其中一部分被反射，一部分被吸收。一部分透過電池芯片、被吸收的光激發被束縛的高能級狀態下的電子，使之成為自由電子，這些自由電子在晶體內向各方向移動，余下空穴（電子以前的位置）。空穴也圍繞晶體飄移，自由電子（－）在N結聚集，空穴（＋）在P結聚集，當外部環路被閉合，電流出現。

太陽能電池使用的多晶硅材料多半是含有大量單晶顆粒的集合體，或用廢次單晶硅料和冶金級硅材料熔化，然后注入石墨鑄模中，即得多晶硅錠。這種硅錠鑄成立方體，以便切片加工成方形電池片。

多晶硅太陽能電池板的制作工藝與單晶硅太陽能電池板差不多，其光電轉換效率約12%左右，稍低于單晶硅太陽能電池，但是材料制造簡便，節約電耗，總的生產成本較低，因此得到大量發展。

多晶硅太陽能電池的特點

1、具有穩定高效的光電轉換效率。

2、表面覆深藍色氮化硅減反膜,顏色均勻美觀。

3、高品質的銀和銀鋁漿料，確保良好的導電性、可靠的附著力和很好的電極可焊性。

4、高精度的絲網印刷圖形和高平整度，使得電池易于自動焊接和激光切割。

非晶硅太陽能電池

非晶硅太陽能電池由透明氧化物薄膜(TCO)層、非晶硅薄膜P-I-N層(I層為本征吸收層)、背電極金屬薄膜層組成，基底可以是鋁合金、不銹鋼、特種塑料等。它與單晶硅和多晶硅太陽能電池的制作方法完全不同，硅材料消耗很少，電耗更低。

制造方法有多種，最常見的是用輝光放電法得到N型或P型的非晶硅膜。襯底材料一般用玻璃或不銹鋼板。非晶硅太陽能電池很薄，可以制成疊層式，或采用集成電路的方法制造，可一次制作多個串聯電池，以獲得較高的電壓。

非晶態硅，其原子結構不像晶體硅那樣排列得有規則，而是一種不定形晶體結構的半導體。非晶硅屬于直接帶系材料，對陽光吸收系數高，只要1ùm厚的薄膜就可以吸收80%的陽光。

非晶硅薄膜太陽能電池的成本低，便于大規模生產。由于硅原料不足和價格上漲，促進了高效使用硅的技術和非晶硅薄膜系太陽能電池的開發。非晶硅薄膜電池低廉的成本彌補了其在光電轉換效率上的不足，未來將在光伏發電上占據越來越重要的位置。

但是由于非晶硅缺陷較多，制備的太陽能電池效率偏低，且其效率還會隨著光照衰減，導致非晶硅薄膜太陽能電池的應用受到限制。

目前非晶硅薄膜電池研究的重要方向是與微晶硅結合，生成非晶硅/晶硅異質結太陽能電池，這種電池不僅繼承了非晶硅電池的優點，而且可以延緩非晶硅電池的效率隨光照衰減的速度，目前單純非晶硅薄膜電池的最高轉換效率為17.4%。

非晶硅薄膜太陽能電池的特點

非晶硅薄膜太陽能電池與晶體硅太陽能電池相比，具有重量輕、工藝簡單、成本低、耗能少和便于大規模生產等優點，因此受到人們重視，并得到迅速的發展。非晶硅薄膜太陽能電池首先實現商品化，也是目前產業規模最大的薄膜電池。

雖然非晶硅薄膜太陽能電池得到了廣泛的研究和應用。但是，依然存在著很多問題要去解決：

1、y光學禁帶寬度為1.7eV，使得材料本身對太陽輻射光譜的長波區域吸收不敏感，限制了其光電轉換效率;

2、光電轉換效率隨著光照時間的上升而衰弱，即所謂的光致衰退（SW）效應，使得電池性能不穩定;

3、制備過程中，非晶硅的沉積速率較低，影響了非晶硅薄膜太陽能電池的商業化生產;

4、電池組件的后續加工困難，如Ag電極的處理問題;

5、在薄膜沉積過程中存在大量的負面雜質，如Oz，Nz和C等，影響薄膜的質量和電池的穩定性。