薄膜材料与技术

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1、薄膜技术在能源材料中的应用——薄膜太阳能电池一概述能源和环境是二十一III:纪面临的两个重大问题，据专家佔算，以现在的能源消耗速度，可开采的石油资源将在儿十年后耗尽，煤炭资源也只能供应人类使用约200年。太阳能电池作为可再生无污染能源，能很好地同时解决能源和环境两人难题，具有很广阔的发展前景。照射到地球上的太阳能非常巨人，人约40min照射到地球上的太阳能就足以满足全球人类一年的能量需求。因此，制备低成本高光电转换效率的太阳能电池不仅具有广阔的前景，而且也是时代所需。太阳能电池行业是21枇纪的朝阳行业，发展前景十分广阔。在电池行业中，最没有污染、市场空间最大的应该是太阳

2、能电池，太阳能电池的研究与开发越來越受到世界各国的广泛重视。太阳能电池种类繁多，主要有硅太阳能电池、聚光太阳能电池、无机化合物薄膜太阳能电池、有机薄膜太阳能电池、纳米品薄膜太阳能电池和叠层太阳能电池等几大类⑴。二薄膜太阳能电池。1、薄膜硅太阳能电池薄般硅太阳能电池(硅膜厚约50刚)的出现，相对晶体硅太阳能电池，所用的硅材料人幅度减少，很人程度上降低了晶体硅太阳能电池的成本。薄膜硅太阳能电池主更有非晶硅(a—Si).微晶硅(Ac—Si)和多晶硅(p-Si)薄般太阳能电池，前两者有光致衰退效应，其中Pc—Si薄膜太阳能电池光致衰退效应相对较弱但Pc-Si薄膜沉积速率低(仅1

3、.2nm/s),光致衰退效应致使其性能不稳定，发展受到一定的限制，而后者则无光致衰退效应问题，因此是硅系太阳能电池的发展方向⑴。太阳能电池是制约太阳能发电产业发展的瓶颈技术之一。目前主要的研究工作集中在新材料、新工艺、新设计等方面，其目的是为了提高电池转换效率和降低电池制造成本。制造太阳能电池的材料主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅以及其他新型化合物半导体材料，其中非晶硅属直接转换型半导体，光吸收率大，易于制成厚度0.5微米以下、面积1平方米以上的薄膜，并且容易与其他原子结合制成对近红外高吸收的非品硅错集层光电池，这是目前的主攻方向之另一种是非品硅和多晶硅混合薄膜材料，它转换

4、率高、用材省，是新枇纪最有前途的薄膜电池之一。2＞无机化合物薄膜太阳能电池选用的无机化合物主要有CdTe,CdS,GaAs,CulnSe2（CIS）等，其中CdTe的禁带宽度为1・45eV（最佳产生光伏响应的禁带宽度为1.5eV）,是一个理想的半导体材料，截止2004年，CdTe电池光电转化效率最高为16.5%；CdS的禁带宽度约为2.42eV,是一种良好的太阳能电池窗口层材料，可与CdTe、SnS和CIS等形成异质结太阳能电池；GaAs的禁带宽度为1.43eV,光吸收系数很高，GaAs单结太阳电池的理论光电转化效率为27%,目前GaA/Ge单结太阳电池最高光电转换效率

5、超过20%,生产水平的光电转换效率已经达到19〜20%,其与GalnP组成的双节、三节和多节太阳能电池有很大的发展前景；CIS薄膜太阳能电池实验室最高光电转化效率已达19.5%,在聚光条件下（14个太阳光强），光电转化效率达到21.5%,组件产品的光电转化效率已经超过13%；CIS薄膜用Ga部分取代In,就形成CulnnxGa.S^（简称CIGS）四元化合物，其薄膜的禁带宽度在1・04〜1.7eV范围内可调，这为太阳能电池最佳禁带宽度的优化提供了机会，同时开发了两种新的材料，用Ga完全取代In形成CuGaSe2,用S完全取代Se形成CulnS2,以备In、Se资源不足时

6、可以采用。但是，Cd和As是有毒元素，In和Se是稀有元素，严重地制约着无机化合物薄膜太阳能电池的人规模生铜钢硒太阳能薄膜电池（简称铜钢硒电池）是在玻璃或其它廉价衬底上沉积若干层金属化合物的半导体薄膜，薄膜总厚度人约为2-3微米，具有成本低、性能稳定、抗辐射能力强等特性，其光电转换效率目前是各种薄膜太阳能电池之首。正是由于其优异的性能被国际上称为未來的廉价太阳能电池，吸引了众多机构及专家进行研究开发，有望成为不久将來太阳能电池商品化、产业化的主流产UI4o3＞有机薄膜太阳能电池有机薄般太阳能电池与硅太阳能电池相比具有质量轻、柔韧易加工性、低成本及可人面积制备等优点，有很

7、人的发展潜力，但正处于研发初期，激子结合能人，电子迁移率低，导致光电转化效率低且寿命短等缺点。目前，在实验室特定研究条件下，有机薄膜太阳能电池光电转换率可达9・5%⑷o三薄膜太阳能电池的国内外现状以及存在问题上世纪八十年代末至九十年代初，非晶硅太阳能电池的发展经历了一个调整、完善和提高的过程，其中心任务就是提高太阳能电池的稳定化效率，其核心就是完美结技术和叠层电池技术。上出纪九十年代中期，技术得到较人的突破，从而出现了更人规模产业化的高潮。世界上先后建立了多条数兆瓦至十兆瓦高水平的电池组件生产线，产品组件面积为平方米量级，生产流程全部实现