太陽能電池制造工藝課程課件

太陽能電池制造工藝主要內(nèi)容硅太陽能電池工作原理太陽能電池硅材料硅太陽能電池制造工藝4.提高太陽能電池效率的途經(jīng)5.高效太陽能電池材料6.高效太陽能電池結(jié)構(gòu)一、硅太陽能電池工作原理

太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源。也是清潔能源，不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染。在太陽能的有效利用中；大陽能光電利用是近些年來發(fā)展最快，最具活力的研究領(lǐng)域，是其中最受矚目的項(xiàng)目之一。

制作太陽能電池主要是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，其工作原理是利用光電材料吸收光能后發(fā)生內(nèi)光電效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)換為電能。根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池可分為：硅基太陽能電池和薄膜電池，本章主要講硅基太陽能電池。太陽能電池發(fā)電的原理主要是半導(dǎo)體的內(nèi)光電效應(yīng)，一般的半導(dǎo)體主要結(jié)構(gòu)如下：圖中，正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。

1．硅太陽能電池工作原理與結(jié)構(gòu)

當(dāng)硅晶體中摻入其他的雜質(zhì)，如硼、磷等，當(dāng)摻入硼時(shí)，硅晶體中就會存在著一個空穴，它的形成可以參照下圖：

圖中，正電荷表示硅原子，負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。而黃色的表示摻入的硼原子，因?yàn)榕鹪又車挥?個電子，所以就會產(chǎn)生入圖所示的藍(lán)色的空穴，這個空穴因?yàn)闆]有電子而變得很不穩(wěn)定，容易吸收電子而中和，形成P型半導(dǎo)體。

同樣，摻入磷原子以后，因?yàn)榱自佑形鍌€電子，所以就會有一個電子變得非常活躍，形成N型半導(dǎo)體。黃色的為磷原子核，紅色的為多余的電子。如下圖。

當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體材料結(jié)合時(shí)，P型（N型）材料中的空穴（電子）向N型（P型）材料這邊擴(kuò)散，擴(kuò)散的結(jié)果使得結(jié)合區(qū)形成一個勢壘，由此而產(chǎn)生的內(nèi)電場將阻止擴(kuò)散運(yùn)動的繼續(xù)進(jìn)行，當(dāng)兩者達(dá)到平衡時(shí)，在PN結(jié)兩側(cè)形成一個耗盡區(qū)。PN結(jié)的形成及工作原理

零偏負(fù)偏正偏

當(dāng)PN結(jié)反偏時(shí)，外加電場與內(nèi)電場方向一致，耗盡區(qū)在外電場作用下變寬，使勢壘加強(qiáng)；當(dāng)PN結(jié)正偏時(shí)，外加電場與內(nèi)電場方向相反，耗盡區(qū)在外加電場作用下變窄，勢壘削弱。當(dāng)光電池用作光電轉(zhuǎn)換器時(shí)，必須處于零偏或反偏狀態(tài)。

硅光電池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)有光照時(shí)，入射光子將把處于介帶中的束縛電子激發(fā)到導(dǎo)帶(光生伏特效應(yīng)），激發(fā)出的電子空穴對在內(nèi)電場作用下分別漂移到N型區(qū)和P型區(qū)，當(dāng)在PN結(jié)兩端加負(fù)載時(shí)就有一光生電流流過負(fù)載。光電池結(jié)構(gòu)示意圖半導(dǎo)體的內(nèi)光電效應(yīng)

當(dāng)光照射到半導(dǎo)體上時(shí)，光子將能量提供給電子，電子將躍遷到更高的能態(tài)，在這些電子中，作為實(shí)際使用的光電器件里可利用的電子有：

（1）價(jià)帶電子；（2）自由電子或空穴（FreeCarrier）；（3）存在于雜質(zhì)能級上的電子。

太陽電池可利用的電子主要是價(jià)帶電子。由價(jià)帶電子得到光的能量躍遷到導(dǎo)帶的過程決定的光的吸收稱為本征或固有吸收。

太陽電池是將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能的器件。它的基本構(gòu)造是由半導(dǎo)體的PN結(jié)組成。此外，異質(zhì)結(jié)、肖特基勢壘等也可以得到較好的光電轉(zhuǎn)換效率。

太陽電池能量轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)是結(jié)的光生伏特效應(yīng)。當(dāng)光照射到p－n結(jié)上時(shí)，產(chǎn)生電子一空穴對，在半導(dǎo)體內(nèi)部結(jié)附近生成的載流子沒有被復(fù)合而到達(dá)空間電荷區(qū)，受內(nèi)建電場的吸引，電子流入n區(qū)，空穴流入p區(qū)，結(jié)果使n區(qū)儲存了過剩的電子，p區(qū)有過剩的空穴。它們在pn結(jié)附近形成與勢壘方向相反的光生電場。光生電場除了部分抵消勢壘電場的作用外，還使p區(qū)帶正電，N區(qū)帶負(fù)電，在N區(qū)和P區(qū)之間的薄層就產(chǎn)生電動勢，這就是光生伏特效應(yīng)。此時(shí)，如果將外電路短路，則外電路中就有與入射光能量成正比的光電流流過，這個電流稱作短路電流；若將PN結(jié)兩端開路，則由于電子和空穴分別流入N區(qū)和P區(qū)，使N區(qū)的費(fèi)米能級比P區(qū)的費(fèi)米能級高，在這兩個費(fèi)米能級之間就產(chǎn)生了電位差VOC。可以測得這個值，并稱為開路電壓。由于此時(shí)結(jié)處于正向偏置，因此，上述短路光電流和二極管的正向電流相等，并由此可以決定VOC的值。光生伏特效應(yīng)當(dāng)晶片受光后后，PN結(jié)中，N型半導(dǎo)體的空空穴往P型區(qū)移動，而而P型區(qū)中的電子子往N型區(qū)移動，從從而形成從N型區(qū)到P型區(qū)的電流。。然后在PN結(jié)中形成電勢勢差，這就形形成了電源。。硅太陽能電池池結(jié)構(gòu)另外硅表面非非常光亮，會會反射掉大量量的太陽光，，不能被電池池利用。為此此，科學(xué)家們們給它涂上了了一層反射系數(shù)非常常小的保護(hù)膜膜（如圖），實(shí)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)基本都是用用化學(xué)氣相沉沉積沉積一層層氮化硅膜，厚度在1000埃左右。將反反射損失減小小到5％甚至更小。。一個電池所所能提供的電電流和電壓畢畢竟有限，于于是人們又將將很多電池（（通常是36個）并聯(lián)或串聯(lián)起起來使用，形形成太陽能光光電板。由于半導(dǎo)體不不是電的良導(dǎo)導(dǎo)體，電子在在通過p－n結(jié)后如果在半半導(dǎo)體中流動動，電阻非常常大，損耗也也就非常大。。但如果在上上層全部涂上上金屬，陽光光就不能通過過，電流就不不能產(chǎn)生，因因此一般用金屬網(wǎng)格覆蓋蓋p－n結(jié)（如圖梳狀狀電極），以以增加入射光光的面積。梳狀電極和抗抗反膜二．太陽能電電池的硅材料料通常的晶體硅硅太陽能電池池是在厚度300～350μm的高質(zhì)量硅片片上制成的，，這種硅片從從提拉或澆鑄鑄的硅錠上，，將單晶硅棒棒切成片，一一般片厚約0.4～0.45毫米。硅片經(jīng)經(jīng)過切、拋、、磨、清洗等等工序，制成成待加工的原原料硅片。太陽能硅的雜雜質(zhì)濃度較高高，一般要求求5個9的純度（99.999％），比集成成電路用的單單晶硅（純度度要要求求7－8個9）要求低得多多。太陽能硅硅常用0.3~2ΩΩ?cm的P型（100）單晶硅片。。制造太陽電池池片，首先要要對經(jīng)過清洗洗的硅片，在在高溫石英管管擴(kuò)散爐對硅硅片表面作擴(kuò)擴(kuò)散摻雜，一一般摻雜物為為微量的硼、、磷、銻等。。目的是在硅硅片上形成P/N結(jié)。然后采用用絲網(wǎng)印刷法法，用精配好好的銀漿印在在硅片上做成成柵線，經(jīng)過過燒結(jié)，同時(shí)時(shí)制成背電極極，并在有柵柵線的面涂覆覆減反射膜，，單晶硅太太陽電池的單單體片就制成成了。單體片片經(jīng)過檢測，，即可按所需需要的規(guī)格組組裝成太陽電電池組件（太太陽電池板）），用串聯(lián)和和并聯(lián)的方法法構(gòu)成一定的的輸出電壓和和電流。最后后用框架和裝裝材料進(jìn)行封封裝，組成各各種大小不同同太陽電池陣陣列。目前大大規(guī)模生產(chǎn)的的單晶硅太陽陽電池的光電電轉(zhuǎn)換效率為為14～15％左右，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室成果也有有20％以上的。常常州天和光能能和無錫尚德德的轉(zhuǎn)換效率率在14.5％，常州盛世世太陽能公司司有90％可做到16.2％以上。三、硅太陽能能電池制造工工藝硅太陽能電池池制造工藝硅太陽能電池池制造工藝主主要包括：1.去除損傷層2.表面絨面化3.發(fā)射區(qū)擴(kuò)散4.邊緣結(jié)刻蝕5.PECDV沉積SiN6.絲網(wǎng)印刷正背背面電極漿料料7.共燒形成金屬屬接觸8.電池片測試。。表面絨面化由于硅片用P型（100）硅片，可利利用氫氧化鈉鈉溶液對單晶晶硅片進(jìn)行各各向異性腐蝕蝕的特點(diǎn)來制制備絨面。當(dāng)當(dāng)各向異性因因子>10時(shí)（所謂各向向異性因子就就是（100）面與（111）面單晶硅腐腐蝕速率之比比），可以得得到整齊均勻勻的金字塔形形的角錐體組組成的絨面。。絨面具有受光光面積大，反反射率低的特特點(diǎn)?？商岣吒邌尉Ч杼栮栯姵氐亩搪仿冯娏鳎瑥亩岣咛栯婋姵氐墓怆娹D(zhuǎn)轉(zhuǎn)換效率。金字塔形角錐錐體的表面積積S0等于四個邊長長為a正三角形S之和由此可見有絨絨面的受光面面積比光面提提高了倍即1.732倍。絨面受光面積積當(dāng)一束強(qiáng)度為為E0的光投射到圖圖中的A點(diǎn)，產(chǎn)生反射射光Φ1和進(jìn)入硅中的的折射光Φ2。反射光Φ1可以繼續(xù)投射射到另一方錐錐的B點(diǎn)，產(chǎn)生二次次反射光絨面反射率由于原始硅片片采用P型硅，發(fā)射區(qū)區(qū)擴(kuò)散一般采采用三氯氧磷磷氣體攜帶源源方式，這個個工藝的特點(diǎn)點(diǎn)是生產(chǎn)高，，有利于降低低成本。目前前大型的太陽陽能廠家一般般用8吋硅片擴(kuò)散爐爐、石英管口口徑達(dá)270mm，可以擴(kuò)散156×156（mm）的硅片。由于石英管口口徑大，恒溫溫區(qū)長，提高高了擴(kuò)散薄層層電阻均勻性性；因?yàn)椴捎糜昧讛U(kuò)散，可可以實(shí)現(xiàn)高濃濃度的摻雜，，有利于降低低太陽電池的的串聯(lián)電阻Rs，從而了提高高太陽電池填填充因子FF。擴(kuò)散條件為為880oC，10分，得到的P-N結(jié)深約0.15m。發(fā)射區(qū)擴(kuò)散SiN鈍化與APCVD淀積TiO2先期的地面面用高效單單晶硅太陽陽電池一般般采用鈍化化發(fā)射區(qū)太太陽電池(PESC)工藝。擴(kuò)散散后，在去去除磷硅玻玻璃的硅片片上,熱氧化生長長一層10nm~25nm厚SiO2,使表面層非非晶化,改變了表面面層硅原子子價(jià)鍵失配配情況,使表面趨于于穩(wěn)定,這樣減少了了發(fā)射區(qū)表表面復(fù)合,提高了太陽陽電池對藍(lán)藍(lán)光的響應(yīng)應(yīng),同時(shí)也增加加了短路電電流密度Jsc,由于減少了了發(fā)射區(qū)表表面復(fù)合,這樣也就減減少了反向向飽和電流流密度,從而提高了了太陽電池池開路電壓壓Voc。還有如果果沒有這層層SiN,直接淀積TiO2薄膜,硅表面會出出現(xiàn)陷阱型型的滯后現(xiàn)現(xiàn)象導(dǎo)致太太陽電池短短路電流衰衰減,一般會衰減減8%左右,從而降低光光電轉(zhuǎn)換效效率。故要要先生長SiN鈍化再生長長TiO2減反射膜。。TiO2減反射膜是是用APCVD設(shè)備生長的的,它通過鈦酸酸異丙脂與與純水產(chǎn)生生水解反應(yīng)應(yīng)來生長TiO2薄膜。多晶硅太太陽電池池廣泛使使用PECVD淀積SiN,由于PECVD淀積SiN時(shí),不光是生生長SiN作為減反反射膜,同時(shí)生成成了大量量的原子子氫,這些氫原原子能對對多晶硅硅片具有有表面鈍鈍化和體體鈍化的的雙重作作用,可用于大大批量生生產(chǎn)高效效多晶硅硅太陽電電池,為上世紀(jì)紀(jì)末多晶晶硅太陽陽電池的的產(chǎn)量超超過單晶晶硅太陽陽電池立立下汗馬馬功勞。。隨著PECVD在多晶硅硅太陽電電池成功功,引起人們們將PECVD用于單晶晶硅太陽陽電池作作表面鈍鈍化的愿愿望。由由于PECVD淀積SiN晶體硅太太陽電池池要通過過三次印印刷金屬屬漿料，，傳統(tǒng)工工藝要用用二次燒燒結(jié)才能能形成良良好的帶帶有金屬屬電極歐歐姆接觸觸，共燒工藝藝只需一一次燒結(jié)結(jié)，同時(shí)時(shí)形成上上下電極極的歐姆姆接觸，，是高效效晶體硅硅太陽能能電池的的一項(xiàng)重重要關(guān)鍵鍵工藝。該工藝藝的基礎(chǔ)礎(chǔ)理論來來自合金金法制P-N結(jié)工藝。。當(dāng)電極極金屬材材料和半半導(dǎo)體單單晶硅在在溫度達(dá)達(dá)到共晶晶溫度時(shí)時(shí)，單晶晶硅原子子按相圖圖以一定定的比例例量溶入入到熔融融的合金金電極材材料。單單晶硅原原子溶入入到電極極金屬中中的整個個過程相相當(dāng)快，，一般只只需幾秒秒鐘。溶溶入的單單晶硅原原子數(shù)目目決定于于合金溫溫度和電電極材料料的體積積，燒結(jié)結(jié)合金溫溫度愈高高，電極極金屬材材料體積積愈大，，則溶入入的硅原原子數(shù)目目也愈多多，這時(shí)時(shí)狀態(tài)被被稱為晶晶體電極極金屬的的合金系系統(tǒng)。如如果此時(shí)時(shí)溫度降降低，系系統(tǒng)開始始冷卻，，原先溶溶入到電電極金屬屬材料中中的硅原原子重新共燒形成成金屬接接觸主要測試試太陽電電池的基基本特性性：開路電壓壓VOC、短路電電流ISC、填充因因子FF、能量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換效率率η。FF為電池的的填充因因子(FillFactor),它定義為為電池具具有最大大輸出功功率(Pop,)時(shí)的電流流(IOpt)和電壓(Vopt)的乘積與與電池的的短路電電流和開開路電壓壓乘積的的比值，，較高高的短短路路電流和和開路電電壓是產(chǎn)產(chǎn)生較高高能量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換效率率的基礎(chǔ)礎(chǔ)。如果果兩個電電池的短短路電流流和開路路電壓完完全相同同，制約約其效率率大小的的參數(shù)就就是填充充因子。。能量轉(zhuǎn)換換效率是是光電池池的最重重要性能能指標(biāo)，，它為光光電池將將入射光光能量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成電電能的效效率。光電池的的測試電電路PN結(jié)兩端的的電流光電流IP與輸出光功率Pi

之間的關(guān)系：

R為響應(yīng)率，R值隨入射光波長的不同而變化，對不同材料制作的光電池R值分別在短波長和長波長處存在一截止波長。光電池的的伏安特特性下圖顯示示了光電電池的典典型I-V曲線。Pm為最大功功率點(diǎn)。。它的確確定可用用從光電電池I-V曲線上任任意點(diǎn)向向縱、橫橫坐標(biāo)引引垂線，，垂線與與坐標(biāo)軸軸保衛(wèi)面面積最大大的點(diǎn)即即為Pm。根據(jù)該特特性曲線線可以確確定光電電池的開路電壓壓、短路路電流。負(fù)載特性性四、提高高太陽能能電池效效率的途途經(jīng)在硅太陽陽能電池池的制造造歷史中中已經(jīng)采采用過許許多措施施來提高高太陽能能電池的的光電轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換效率率，并且且隨著能能源的不不斷消耗耗，高效效太陽能能的研究究正熱火火朝天地地進(jìn)行。。主要針針對：1.降低光電電子的表表面復(fù)合合，如降降低表面面態(tài)等；；2.降低入射射光的表表面反射射，用多多種太陽陽光減反反射技術(shù)術(shù)，如沉沉積減反層、、硅片表表面織構(gòu)構(gòu)技術(shù)、、局部背背表面場場技術(shù)，，最大限限度地減少太太陽光在在硅表面3.電極低接觸電阻和集成受光技術(shù)，如激光刻槽埋柵技術(shù)和表面濃度擴(kuò)散技術(shù)，使電極接觸電阻低和增加硅表面受光面積。

4.降低P-N結(jié)的結(jié)深和漏電；5.采用高效廉價(jià)光電轉(zhuǎn)換材料；后面主要介紹高效太陽能電池材料和結(jié)構(gòu)。

五、高效效太陽能能電池材材料1.多晶硅單晶硅太陽能能電池消耗的的硅材料很多多。為了節(jié)省省材料，目前前發(fā)展多晶硅薄膜電電池。采用化學(xué)氣相沉積積法，包括用LPCVD和PECVD工藝制造多晶晶硅薄膜。此此外，液相外外延法（LPPE）和濺射沉積積法也可用來來制備多晶硅硅薄膜電池。?；瘜W(xué)氣相沉積積主要以SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiH4,為反應(yīng)氣體,在一定的保護(hù)護(hù)氣氛下反應(yīng)應(yīng)沉積在加熱熱的襯底上，，襯底材料一一般選用Si、SiO2、Si3N4等。但在非硅硅襯底上很難難形成較大的的晶粒，且容容易在晶粒間間形成空隙。。解決辦法是是先用LPCVD在襯底上沉積積一層較薄的的非晶硅層，，退火后得到到較大的晶粒粒，然后再在在這層籽晶上上沉積厚的多多晶硅薄膜。因此，再結(jié)結(jié)晶技術(shù)是很很重要的環(huán)節(jié)節(jié)，目前采用用的技術(shù)主要要有固相結(jié)晶晶法和區(qū)熔再再結(jié)晶法。多多晶硅薄膜電電池除再結(jié)晶晶工藝外，采采用單晶硅太太陽能電池的的所有技術(shù)，，德國人用區(qū)區(qū)熔再結(jié)晶法法制得電池的的效率高達(dá)19％，日本三菱菱同法制得得得效率為16.2％開發(fā)太陽能電電池的兩個關(guān)關(guān)鍵是：提高轉(zhuǎn)換效率率和降低成本本。由于非晶硅硅薄膜成本低低，便于大量量生產(chǎn)，受到到普遍重視并并得到迅速發(fā)發(fā)展。但非晶硅光學(xué)帶帶隙為1.7eV,對太陽輻射光光譜的長波區(qū)區(qū)域不敏感，這就限制了了非晶硅太陽陽能電池的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換效率。此此外，其光電效率會會隨著光照時(shí)時(shí)間的延續(xù)而而衰減，即光致衰退退S一W效應(yīng)，使電池池性能不穩(wěn)定定。解決途徑就是是制備疊層太太陽能電池。疊層電池是是由在制備的的p、i、n層單結(jié)電池上上再沉積一個個或多個P-i-n子電池制得的的。疊層太陽陽能電池提高高轉(zhuǎn)換效率、、解決單結(jié)電電池不穩(wěn)定性性的關(guān)鍵問題題在于：①它它把不同禁帶帶寬度的材科科組臺在一起起，提高了光光譜的響應(yīng)范范圍；②頂電電池的i層較薄，光照照產(chǎn)生的電場場強(qiáng)度變化不不大，保證i層中的光生載載流子抽出；；③底電池產(chǎn)產(chǎn)生的載流子子約為單電池池的一半，光光致衰退效應(yīng)應(yīng)減小；④疊疊層太陽能電電池各子電池池是串聯(lián)在一一起的。非晶硅薄膜太太陽能電池的的制備方法有有很多，其中中包括反應(yīng)濺濺射法、PECVD法、LPCVD法等，反應(yīng)原原料氣體為H2稀釋的SiH4，襯底主要為為玻璃及不銹銹鋼片，制成成的非晶硅薄薄膜經(jīng)過不同同的電池工藝藝過程可分別別制得單結(jié)電電池和疊層太太陽能電池。。目前非晶硅硅太陽能電池池的研究取得得兩大進(jìn)展：：第一、三疊疊層結(jié)構(gòu)非晶晶硅太陽能電電池轉(zhuǎn)換效率率達(dá)到13％，創(chuàng)下新的的記錄；第二二、三疊層太太陽能電池年年生產(chǎn)能力達(dá)達(dá)5MW。非晶硅太陽能能電池由于具具有較高的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換效率和較較低的成本及及重量輕等特特點(diǎn)，有著極極大的潛力。。但同時(shí)由于于它的穩(wěn)定性性不高，直接接影響了它的的實(shí)際應(yīng)用。。如果能進(jìn)一一步解決穩(wěn)定定性問題及提提高轉(zhuǎn)換率問問題，那么，，非晶硅大陽陽能電池?zé)o疑疑是太陽能電電池的主要發(fā)發(fā)展產(chǎn)品之一一。3.多元化合物薄薄膜為了尋找單晶晶硅電池的替替代品,人們除開發(fā)了了多晶硅、非非晶硅薄膜太太陽能電池外外，又不斷研研制其它材料料的太陽能電電池。其中主主要包括砷化化鎵III-V族化合物、硫硫化鎘、硫化化鎘及銅錮硒硒薄膜電池等等。上述電池池中，盡管硫硫化鎘、碲化化鎘多晶薄膜膜電池的效率率較非晶硅薄薄膜太陽能電電池效率高（（12－13％），成本較較單晶硅電池池低，并且也也易于大規(guī)模模生產(chǎn)，但由由于鎘有劇毒毒，會對環(huán)境境造成嚴(yán)重的的污染，因此此，并不是晶晶體硅太陽能能電池最理想想的替代。砷砷化鎵III-V族化合合物及及銅銦銦硒薄薄膜電電池由由于具具有較較高的的轉(zhuǎn)換換效率率受到到人們們的普普遍重重視。。GaAs屬于III-V族化合合物半半導(dǎo)體體材料料，其其能隙隙為1.4eV，正好好為高高吸收收率太太陽光光的值值，因因此，，是很很理想想的電電池材材料。。GaAs等III-V化合物物薄膜膜電池池的制制備主主要采采用MOVPE和LPE技術(shù)，，其中中MOVPE方法制制備GaAs1998年德國國費(fèi)萊萊堡太太陽能能系統(tǒng)統(tǒng)研究究所制制得的的GaAs太陽能能電池池轉(zhuǎn)換換效率率為24.2％，首首次制制備的的GaInP電池轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換效效率為為14.7％．另另外，，該研研究所所還采采用堆堆疊結(jié)結(jié)構(gòu)制制備GaAs，Gasb電池，，該電電池是是將兩兩個獨(dú)獨(dú)立的的電池池堆疊疊在一一起，，GaAs作為上上電池池，下下電池池用的的是Gasb,所得到到的電電池效效率達(dá)達(dá)到31.1％。銅銅銦銦硒CuInSe2簡稱CIS。CIS材料的的能隙隙為1.le銅銦硒硒(CIS)薄膜太太陽電電池性性能優(yōu)優(yōu)異，，被國國際上上稱為為下一一代的的廉價(jià)價(jià)太陽陽能電電池。。吸引世世界眾眾多的的光伏伏專家家進(jìn)行行研究究開發(fā)發(fā)。由由于銅銅銦硒硒電池池是多多元化化合物物半導(dǎo)導(dǎo)體器器件，，復(fù)雜雜的多多層結(jié)結(jié)構(gòu)和和敏感感的元元素配配比，，要求求其工工藝和和設(shè)備備極其其嚴(yán)格格。太太陽電電池光光電轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換效效率是是代表表材料料性能能、器器件結(jié)結(jié)構(gòu)、、制備備技術(shù)術(shù)、工工藝設(shè)設(shè)備和和檢測測手段段等綜綜合性性整體體水平平的標(biāo)標(biāo)志性性指標(biāo)標(biāo)，世世界上上只有有四個個國家家開發(fā)發(fā)出這這種單單體電電池和和集成成組件件，美美、日日、德德三國國完成成了中中試線線的開開發(fā)，，尚未未實(shí)現(xiàn)現(xiàn)商品品化。。采用CuInGaSe多元復(fù)復(fù)合薄薄膜，，也可可生產(chǎn)產(chǎn)高效效太陽陽能電電池。。薄膜膜是通通過在在玻璃璃／ＭＭo基材上上通過過物理理氣相相淀積積銅和和硒或或銦和和硒并并調(diào)整整該薄薄膜的的最終終化學(xué)學(xué)計(jì)量量比Cu=1~1.2∶(In,Ga)=1~1.2:Se=2~2.5。4.聚合物物薄膜膜以聚合合物代代替無無機(jī)材材料是是太陽陽能電電池制制造的的方向向。其其原理理是利利用不不同氧氧化還還原型型聚合合物的的不同同氧化化還原原電勢勢，在在導(dǎo)電電材料料（電電極））表面面進(jìn)行行多層層復(fù)合合，制制成類類似無無機(jī)P－N結(jié)的單單向?qū)?dǎo)電裝裝置。。其中中一個個電極極的內(nèi)內(nèi)層由由還原原電位位較低低的聚聚合物物修飾飾，外外層聚聚合物物的還還原電電位較較高，，電子子轉(zhuǎn)移移方向向只能能由內(nèi)內(nèi)層向向外近來報(bào)報(bào)道，，日本本產(chǎn)業(yè)業(yè)技術(shù)術(shù)綜合合研究究所已已經(jīng)研研制出出目前前世界界上太太陽能能轉(zhuǎn)換換率最最高的的有機(jī)機(jī)薄膜膜太陽陽能電電池，，其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換率率已達(dá)達(dá)到現(xiàn)現(xiàn)有有有機(jī)薄薄膜太太陽能能電池池的四四倍。。報(bào)道說說，此此前的的有機(jī)機(jī)薄膜膜太陽陽能電電池是是把兩兩層有有機(jī)半半導(dǎo)體體的薄薄膜接接合在在一起起，其其太陽陽能到到電能能的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換率率約為為１％％。新新型有有機(jī)薄薄膜太太陽能能電池池在原原有的的兩層層構(gòu)造造中間有機(jī)薄膜太陽能電池使用塑料等質(zhì)輕柔軟的材料為基板，因此人們對它的實(shí)用化期待很高。研究人員表示，通過進(jìn)一步研究，有望開發(fā)出轉(zhuǎn)換率達(dá)２０％、可投入實(shí)際使用的有機(jī)薄膜太陽能電池。5.納米晶晶材料料人們在在新工工藝、、新材材料、、電池池薄膜膜化等等方面面的探探索中中，納納米TiO2晶體化化學(xué)能能太陽陽能電電池受受到國國內(nèi)外外科學(xué)學(xué)家的的重視視它由由瑞士士Gratzel教授首首先研研制成成功。。納米米晶化化學(xué)太太陽能能電池池（簡簡稱NPC電池））是由由一種種在禁禁帶半半導(dǎo)6.光電子子倍增增材料料對普通通光電電材料料，一一個光光子入入射只只能產(chǎn)產(chǎn)生一一個光光電子子，如如果一一個光光子入入射能能產(chǎn)生生多個個光電電子，，可以以稱為為光電電子倍倍增材材料。。美國國國家可可再生生能源源實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室發(fā)發(fā)現(xiàn)：：納米米晶體體硅每每吸收收一個個高能能太陽陽光光光子便便能產(chǎn)產(chǎn)生2～3個電子子，額額外的的電子子來自自藍(lán)光光和紫紫外光光的光光子，，這兩兩種光光線的的能量量比太太陽光光譜中中其它它光線線高得得多。。大多多數(shù)太太陽能能電池池都把把這額額外的的能量量作為為熱量量而浪浪費(fèi)了了。小小的納納米晶晶體（（量子子點(diǎn)））具有有量子子力學(xué)學(xué)效應(yīng)應(yīng)，能能將這這些能能量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為為電能能。通通過過產(chǎn)生生多個個電子子，由由納米晶晶體硅硅制成成的太太陽能能電池池理論論上可可以到到40%以上的的能量量轉(zhuǎn)化化為電電能。。而目目前太太陽電電池板板的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化效效率最最多為為20%（理論論上限限27.8%）。借借助反反射鏡鏡、透透鏡聚聚集太太陽光光，效效率可可達(dá)40%，而納納米晶晶體硅硅電池池則可可升至至60%。因此對對于光光電材材料的的發(fā)展展，納納米晶晶體硅硅極具具應(yīng)然而，該工作剛開始，額外電子出現(xiàn)的時(shí)間十分短暫，很難捕獲進(jìn)行發(fā)電。證明這種效應(yīng)需借助光譜學(xué)等間接方法。六、高高效太太陽能能電池池結(jié)構(gòu)構(gòu)疊層結(jié)結(jié)構(gòu)如前前所所述述，，包包括括多多層層電電池池和和多多層層薄薄膜膜。。每每一一種種半半導(dǎo)導(dǎo)體體只只能能吸吸收收與與““能能帶帶隙隙””對對應(yīng)應(yīng)的的特特定定能能量量范范圍圍的的光光子子，，能能帶帶隙隙越越寬寬，，電電池池的的效效率率則則越越高高。。利利用用兩兩種種不不同同的的半半導(dǎo)導(dǎo)體體層層來來擴(kuò)擴(kuò)大大其其能能量量吸吸收收范范圍圍，，最最多多可可以以利利用用陽陽光光能能量量的的３３００％％。。美國國勞勞倫倫斯斯－－伯伯克克利利國國立立實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室室的的科科學(xué)學(xué)家家使使用用一一種種稱稱為為““氮氮化化鎵鎵銦銦””的的半半導(dǎo)導(dǎo)體體，，以每每次次生生長長一一個個原原子子層層的的方方式式生