非晶硅太阳电池的光电性能分析

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1、非晶硅太阳电池的光电性能分析王宗畔，董贵元，杨连华，刘军亮，周祥，胡汛，于冬安单位:天津市津能电池科技有限公司摘要：许多专家认为薄膜电池是太阳电池的发展方向，但是，非晶硅电池产业为什么没有人们预想的发展速度呢？让我们从以下几方面进行分析，使人们对非晶硅电池更加了解。关键词：光伏会议；光致衰退；Ｉ～Ｖ特性；吸收系数。前言国内外光伏产业的形势是尽人皆知的，见表1、图1[1]。到目前为止，太阳电池产量排世界前三名的仍是多晶、单晶和非晶硅电池。2004年它们的产量分别为703MW、364MW和49MW。这种格局短时间不会改变。但是，由于硅材料的短缺，在一定程

2、度上限制了晶硅电池的发展。由于非晶硅薄膜电池的材料消耗不足晶硅电池的1/200，所以，近几年的产量可能会有大的增长。表1.近十年世界太阳电池产量及增长率年份世界总产量年增长率(%)1996年92.0MW13.61997年122.0MW32.61998年153.0MW25.41999年202.1MW32.12000年287.65MW25.42001年390.54MW32.12002年2001年520.15MW33.22003年744.3MW43.12004年2001年1256MW66.72005年2001年1656MW31.8图1.2004年各类太阳电

3、池的生产量2004年各类太阳电池生产总量达到1256MW。其中：多晶硅703MW，单晶硅364MW，非晶硅49MW，非晶硅/单晶硅63MW，带硅38MW，碲化镉13.8MW，铜铟镓硒3.8MW[1]。目前，晶硅电池仍然是电池的主体。非晶硅电池仍然列第三位。许多专家都认为薄膜电池是太阳电池的发展方向，而且，潜力大，优势明显，性价比高。但是，非晶硅电池为什么没有预想的快呢？我们认为，有一些问题尚需进一步讨论，以便对非晶硅电池有一个统一、较清楚的认识。4一．非晶硅材料的S-W效应对电池的影响有多大？S-W效应是1977年Staebler和Wronski在光

4、电导实验中发现的。光电导和暗电导的变化是材料中的亚稳态缺陷在辐照和退火情况下产生和消失的外部反应[2]。由于非晶硅太阳电池的本征层是非晶硅材料，所以，非晶硅太阳电池也会受S-W效应的影响。“非晶硅太阳电池的早期衰退”是科研人员多年研究的课题。不是影响用户使用，更不是用户担心的问题。在此，本文进行一点说明，以求得共识。⑴．非晶硅太阳电池的早期衰退机理4从材料结构上说，非晶硅与同质晶体有相同的配位数，但键长和键角略有改变。描述非晶结构的连续无规网络模型认为，非晶硅就是由这样一些稍被扭曲的单元随机连接而成的。单元与单元之间不存在固定的位形关系。其有序范围约

5、在1~2个原子范围内。由于无序，在非晶硅中存在着悬挂健、应力和微空洞这样的结构缺陷[3]，并在能隙中产生了带尾。带尾与结构缺陷作为复合中心影响了载流子的输运。使非晶硅电池的效率降低。非晶硅中的空洞为弱键的产生以及弱键与悬挂键之间的转化创造了条件。因为弱键乃是由同一空位或微空洞中的两个相邻悬挂键配对而成的。在长时间光照下，非晶硅太阳电池中会产生光生亚稳态，这种光生亚稳态就是硅-硅弱键断裂后的两个悬挂键。光生亚稳态使P-I界面附近的空间电荷密度升高，而使电池中的准中性区变宽，即由于耗尽区的收缩使本征层中的低电场区或无场区增加[4][5][6]造成了光生载

6、流子的复合增大，从而出现人们常说的“非晶硅太阳电池的早期衰退”。⑵．非晶硅太阳电池的早期衰退到底有多大？非晶硅太阳电池的早期衰退量根据电池的结构和制造电池时的工艺条件的不同而产生差异。对此，许多单位和专家已经做了多年的研究、探讨工作，这里不再赘述。到目前为止，结论是：a.非晶硅太阳电池的早期衰退呈现指数规律，主要集中在前期（约3个月~1年），电池衰退经历时间的长短与太阳电池的使用环境有关。b.一般来说，单结电池衰退约为24%、双结约为15%、三结约为13%（这些衰退量，在太阳电池出售时，销售方已经予以扣除，按照稳定功率计价）。二．非晶硅太阳电池为什么

7、比晶硅电池发电多？对于同样功率的太阳电池阵列，非晶硅太阳电池比单晶硅、多晶硅电池发电要多。这已经被美国的Uni-SolarSystemLLC、EnergyPhotovoltaicCorp.、日本的KanekaCorp.、荷兰能源研究所以及其他的光伏界组织和专家证实了[7][8][9]。对此，提出以下解释，不一定确切，仅供参考。1.非晶硅太阳电池比单晶硅、多晶硅电池具有相对小的温度系数非晶硅太阳电池最佳输出功率Pm的温度系数约为-0.19%,而单晶硅、多晶硅电池最佳输出功率Pm的温度系数约为-0.5%,当电池的工作温度升高时，两种电池都会出现Pm下降的

8、情况，但下降幅度是不同的。它们都可以用下面公式进行计算。Pmeffec.=Pm×[1+a（T-25℃）]其中