ｅＶｌｅＷ
罾葛曩置墨墨习
鲁
叠层太阳能电池研究进展和发展趋势
伍沛亮，王红林。陈焉
华南Ｘ－Ｙ－大学化学与４Ｌ－ｙ－学院，广州５１０６４０
擒耍叠层太阳能电池结构可以拓宽吸收光谱，最大限度地将光能变成电能。提高了太阳能电池的能量转换效率，这类太阳能电池是
目前研究的热点。本文集中介绍了非晶硅叠层太阳能电池、多元化合物叠层太阳能电池和染料敏化叠层太阳能电池的研究现状。对它
们的结构、性能指标和效率等做了介绍和评估。指出了各自的优缺点，分析了阻碍叠层太阳能电池进一步发展和应用的制约因素主要有两个：很难找到两种晶格匹配良好的半导体晶体：对环境友好，价格合理。来源丰富的太阳能电池材料很稀少。非晶硅系叠层太阳能电池对材料纯度要求较高。价格贵；化合物太阳能电池虽然转换效率高。但是电池材料对环境造成污染；而染料敏化叠层太阳能电池制作工艺简单，电池材料来源丰富。必将是今后发展的趋势。关■调叠层太阳能电池；转换效率；禁带宽度中圈分类号ＴＭ６１５
文■标识码Ａ
文章■号
１０００—７８５７（２００９）０３—００９５－ＩＤ４
ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＳｔｕｄｉｅｄ
ｏｎ
Ｔａｎｄｅｍ
的发展，煤炭、石油等不可再生资源的日益减少，开发清洁能
源迫在眉睫。太阳能是取之不尽的新能源，太阳能电池是人们利用太阳能的一种重要方式。太阳能电池将资源无限、清
ＳｏｌａｒＣｅｌｌｓ
ＷＵＰｅｉｌｉａｎｇ，ＷＡＮＧ
Ｈｏｎｇｌｉｎ，ＣＨＥＮＬｉ
洁干净的太阳辐射转换为电能。近些年来，世界太阳能电池的产量以年增长率３０％的速度快速发展，在２００４年底全球
的总装机容量达到４３３０ＭＷ。科学家预言。在２１世纪中期太阳能光伏发电将成为重要的发电方式【”。
ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４０，Ｃｈｉｎａ
太阳能电池的工作原理是，太阳光照在半导体Ｐ—Ｎ结
ｇｌ培ｔｒａｅｔ
ｌｉｇｈｔ
Ｔｈｅｔａｎｄｅｍ
ａ
ｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆ
ｓｏｌａｒ
上，形成空穴一电子对，在Ｐ—Ｎ结电场的作用下，Ｎ型半导体
ａｎｄａｌｌｏｗ
ｏｎ
ｍｏｒｅｅｆｆｉｃｉｅｎｔＵＳｅ
的空穴往Ｐ型区移动，Ｐ型区中的电子往Ｎ型区移动。接通电
路后就形成电流。
太阳能电池发展经历了三个阶段。以硅片为基础的“第
ｏｆｔｈｅ
ｐｈｏｔｏｅｎｅｒｇｙ．，１１ｌｅ
ｏｎ
ｒｅ．ａｒｃｈｅｓｔａｎｄｅｍｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｈａｖｅｂｅｅｎｆｏｃｕｓｅｄ
ａ－Ｓｉｔａｎｄｅｍ
ｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ，ｃｏｍｐｏｕｎｄｔａｎｄｅｍｓｏｌａｒｃｅｌｌｓａｎｄｄｙｅ－ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄｔａｎｄｅｍｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ．Ｔｈｅｉｒｐｒｏｇｒｅｓｓｉｓｒｅｖｉｅｗｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆ
ｅｖａｌｕａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｔａｎｄｅｍ
ｅｖｅｒｙ
ａｒｅ
一代”太阳能电池其技术发展已经成熟．但单晶硅纯度要求在９９．９９９％，生产成本太高使得人们不惜牺牲电池转换率为
代价开发薄膜太阳能电池。第二代太阳电池是基于薄膜材料
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．
ｋｉｎｄｏｆｔａｎｄｅｍｓｏｌａｒｃｅｌｌｓａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄａｎｄ
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ｔｏ
ｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ．Ｏｎｅｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｉｓｔｈａｔｉｔｉｓｄｉｆｌｉｃｕｌｔ
ｆｉｎｄｔｗｏ
的太阳电池。薄膜技术所需材料较晶体硅太阳电池少得多．
且易于实现大面积电池的生产，可有效降低成本。薄膜电池主要有非晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电池、碲化镉以及铜铟
ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｃｒｙｓｔａｌｓｍａｔｃｈｅｄｗｅｌｌｔｏｇｅｔｈｅｒ．Ａｎｏｔｈｅｒｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｉｓｔｈａｔｓｏｌａｒｃｅｌｌ
ｍａｔｅｒｉａｌｓ
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ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ
ｃｏｓｔ
ｓｃａｒｃｅ．Ａｍｏｎｇｔｈｅｔｈｒｅｅ
硒薄膜电池，其中以多晶硅为材料的太阳能电池最优。太阳能光电转换率的卡诺上限是９５％ｔｚＪ，远高于标准太阳能电池
的理论上限３３％，表明太阳能电池的性能还有很大发展空间。ＭａｒｔｉｎＧｒｅｅｎ认为，第三代太阳电池必须具有如下条件：
ｋｉｎｄｓｏｆｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ。ｔｈｅ
ｄｙｅ—ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄｔａｎｄｅｍｓｏｌａｒｃｅｌｌｗｉｌｌｂｅｔｈｅ
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Ｋ奶ｍｆＯ曲ｔａｎｄｅｍｓｏｌａｒ
０
ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；ｅｎｅｒｇｙｇａｐ
薄膜化，转换效率高，原料丰富且无毒［３１。目前第三代太阳电池还处在概念和简单的试验研究。已经提出的主要有叠层太
引育
能源是人类社会存在和发展的重要物质基础。随着社会
阳电池、多带隙太阳电池和热载流子太阳电池等。其中．叠层
太阳能电池是太阳能电池发展的一个重要方向。
收稿日期：２００８—１２—２５
作者简介：伍沛亮，研究方向为太阳能、氢能、等离子体技术，电子信箱：ｔｈｅｎｄ８０８＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ；王红林（通信作者），剐教授，研究领域为化学工艺过程、
可再生能源、等离子体技术。电子信箱：ｐｃ－ｗａｎｇｈｌ＠１６３．ｃｏｒｎ
万方数据
科技导报２００９，２７（３）９５
ｅＶｌｅｗ
綦
臣墨曩置乏墨囝
１叠层太阳能电池简介目前，国际上已对ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ，ＧａｌｎＰ２／ＧａＡｓ．ＧａｌｎＡｓ／１．１
叠层太阳能电池的原理
Ｉｎｐ，ＧａＩｎＰ／ＧａｌｎＡｓ等双结叠层太阳能电池进行过研究．其中由于太阳光光谱的能量分布较宽，现有的任何一种半导
对ＧａｌｎＰ２／ＧａＡｓ叠层太阳能电池的研究居多。这种电池结构体材料都只能吸收其中能量比其禁带宽度值高的光子。太阳首先由Ｏｌｓｏｎ在１９９０年提出，他发现ＧａｌｎＰ＝材料可以作为叠光中能量较小的光子将透过电池被背电极金属吸收，转变成
层太阳能电池的顶层电池【６）。目前国外报道的ＧａＩｎＰ２／ＧａＡｓ双热能；而高能光子超出禁带宽度宽度的多余能量，则通过光
结叠层太阳电池的光转换效率已达２５．７％ｍ。产业化成熟产品生载流子的能量热释作用传给电池材料本身的点阵原子，使转换效率约２３．１％嘲，并逐步用作卫星等航天器的供电电源，材料本身发热。这些能量都不能通过光生载流子传给负载，前景十分广阔。不过，造价昂贵一直是ＧａｌｎＰ２／ＧａＡｓ叠层电池变成有效电能。因此对于单结太阳能电池，即使是晶体材料
难以大批量生产的直接原因，选用价格低廉的Ｇｅ衬底是降制成的，其转换效率的理论极限一般也只有２５％左右。
低成本，减小ＧａｌｎＰ２／ＧａＡｓ叠层太阳能电池自身重量的有效太阳光光谱可以被分成连续的若干部分。用能带宽度与途径。国外对此已研究多年，近年国内研究也开始深入。上海这些部分有最好匹配的材料做成电池，并按禁带宽度从大到交通大学物理系的陈鸣波、崔容强等嘲采用低压金属有机物小的顺序从外向里叠合起来，让波长最短的光被最外边的宽化学气相沉积工艺制备Ｐ—Ｎ型的ＧａｌｎＰ２／ＧａＡｓ叠层太阳能隙材料电池利用，波长较长的光能够透射进去让较窄禁带宽电池样品，并对ＧａｌｎＰ２顶层电池进行改进，制得的电池光电度材料电池利用，这就有可能最大限度地将光能变成电能，转换效率为２３．８２％。其他双结太阳能电池如Ａｌｏ研Ｇａ。∞Ａｓ，这样结构的电池就是叠层太阳能电池网。
ＧａＡｓ（Ｇｅ）两者的禁带宽度分别为１．９３ｅＶ和１．４２ｅＶ，正处于１。２制备方法和种类
叠层太阳能电池所需的最佳匹配范围，其效率达到２３％。
叠层太阳能电池可以通过机械堆叠法来制备，先制备出在双结电池的基础上。１９９３年在国外就有报道研制出三
两个独立的太阳能电池，一个是高带宽的，一个则是低带宽结Ｇａｎ，Ｉｍ∥ＧａＡｓ／Ｇｅ叠层太阳能电池。１９９６年，美国光谱实
的，然后把高带宽的堆叠在低带宽的电池上面。黄素梅、孙卓验室研制的该类电池的最高效率达到２５．７％．小批量生产平等四发明了一种高效叠层太阳能电池的制备方法．顶层和底均效率达到２３．８％，１９９７年大批量生产平均效率达到２４．５％。层共用同一块玻璃基板，从顶层太阳电池引出一对电极．同２０００年最高效率达到２９％，２００２年大批量生产平均效率达时从底层太阳电池引出另一对电极．构成４个终端结构的叠到２６．５％。目前，国际上从事多结电池批产的最知名的两家公层太阳能电池。实现对太阳能电池的最佳匹配．极大地提高
司是美国的光谱实验室和Ｅｍｃｏｒｅ公司，其年批产能力分别太阳能电池的光电转换效率。提高太阳能电池的质量和性
为５００ｋＷ和２００ｋＷ。
能。该方法有效地改善了单个太阳能电池光谱吸收范围窄，作为ＩＩ—ＶＩ族化合物半导体ＣｄＴｅ，是禁带宽度为１．４６ｅＶ光吸收利用效率低的问题，有效地提高了太阳能电池对光谱
的直接禁带半导体。很接近太阳能电池需要的最优化禁带宽的吸收转换效率，其光电转换效率可高达２５％～３０％。
度，吸收系数约为１０５ｃｍ～，就太阳辐射光谱中能量高于ＣｄＴｅ叠层太阳能电池研究主要集中在多元化合物叠层太阳禁带宽度的范围而言。ｌ；Ｌｍ厚的ｃｄＴｅ可以有效吸收其能电池、非晶硅叠层太阳能电池和染料敏化叠层太阳能电池
９９％Ｉｔｏ－１１】。目前，国内的ＣｄＳ／ＣｄＴｅ太阳电池是研究热点，报道等方面。
的最高光电转换率是由李愿杰等旧制造的单层ＣｄＳ，ＣｄＴｅ，效率为１３．３８％。该实验室还制造出多层叠层ＣｄＳ／ＣｄＴｅ太阳能
２叠层太阳能电池系列
电池。结构为ＣｄＳ／ＣｄＴｅ／ＣｄＳ／ＣｄＴｅ／ＺｎＴｅ：Ｃｕ／Ｎｉ．如图１所示。这２．１
多元化合物叠层太阳能电池
种叠层太阳能电池的效率可以达到８．１６％。
多元化合物太阳能电池指不是用单一元素半导体材料
玻璃
制成的太阳能电池。现在各国研究的多元化合物太阳能电池
Ｓｎ０２
品种繁多，但绝大多数尚未工业化生产。半导体化合物ＧａＡｓ．Ｎ－ＣｄＳ（ｔｏｐｃｅｌｌ）Ｐ－ＣｄＴｅ（ｔｏｐｃｅｌｌ）ＣｄＴｅ，Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２（ＣＸＧＳ）的禁带宽度接近于光伏电池所要求
Ｎ－ＣｄＳ（ｂｏｔｔｏｍｃｅｌｌ）的最佳禁带宽度，它们具有高的光电转化效率，又有较低的
Ｐ－ＣｄＴｅ（ｂｏｔｔｏｍｃｅｌｌ）
制作成本，可以用来制造薄膜叠层太阳能电池。
ＺｎＴｅ：Ｃｕ
Ｎｉ
ＧａＡｓ是ＩＩＩ—Ｖ族半导体材料，禁带宽度１．４２ｅｖ。与太阳
光谱匹配，是理想的太阳能电池材料。单结ＧａＡｓ电池只能吸图１
叠层太阳能电池结构
收特定光谱的太阳光。转换效率不高。不同禁带宽度的ＩＩＩ—Ｖ
Ｆｉｇ．１
Ｔａｎｄｅｍｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍ
族材料制备的多结ＧａＡｓ电池，按禁带宽度由大到小叠合，这ＣｕＯｎ，Ｇａ）Ｓｅ：（ＣＩＧＳ）太阳能电池的光电转化效率高、性能
些ＩＩＩ—Ｖ族材料分别吸收和转换太阳光谱的不同子域．可大稳定、抗辐射能力强，且制造成本低，倍受重视，是新一代太
幅提高太阳能电池的光电转换效率。由于镓比较稀缺．砷有阳能电池。它的最高的转换效率已经达到１９．５０／ｄｔ３Ｊ。为了提高毒，制造成本高，此类太阳能电池的发展受到～定的影响。
效率，可以制成ＣＧＳ／ＣＩＳ层叠太阳能电池，这种电池的转换效
９６科技导报２００９，２７（３）万方数据
ｅＶｌｅｗ
率据报道已经达到３３．９％．该叠层电池的稳定性、直接带宽、高吸收系数对于生产低成本、高效率的两结叠层太阳能电池来说是可取的。对于两结叠层太阳能电池，其顶层电池对全部转换效率的贡献大。所以要达到ＣＧＳ／ＣＩＳ２５％的转换效率，需要转换效率大于１５％高质量的ＣＧＳ顶层电池【１４１。２．２非晶硅叠层太阳能电池
在硅系列电池中。非晶硅（ａ－Ｓｉ）对阳光的吸收系数最高，活性层只需要ｌｉｘｍ厚，材料的需求大大减少。但是也有不少缺点：随光照时间增加效率反而衰退；禁带宽度为１．７ｅＶ，对长波区域不敏感。研究证实，叠层太阳能电池可有效提高非晶硅的稳定性．使室外阳光下照射１年的效率衰退率从单结的２５％～３５％下降到２０％以下。下面将介绍ａ—Ｓｉ／ｐｏｌｙ—ｓｉ，ａ一
率；此外，不仅原料和制造成本低，而且所用材料对环境影响
●
臣皇曩重翟墨习
小，具有代表性的增感色素Ｒｕ色素的毒性很低，电池的生命周期评估也较好。要把理论优势转化为实际优势。还取决于实际电池中的材料状态与理想状态的符合程度。在ｌｓｕｎ（即
一天中最大的照射下）条件下．染料敏化太阳能电池的转换效率已经超过ｌＯ％ｔ明，其实用化研究开发已经开始。据２００８
年５月媒体报道索尼已经开发出商业应用的染料敏化太阳
能电池．效率达到１０％。
染料敏化叠层太阳能电池由两个光电池组成。前面的电
池吸收太阳光中的高能紫外和蓝光，利用纳米晶金属氧化物薄膜来产生电子一空穴对。波长在绿光到红光之问的光被
Ｇｒｔｚｅｌ敏化二氧化钛电池吸收，这两个电池连接起来提供电
压闭。染料敏化太阳能电池的能量转换效率主要与敏化剂吸收太阳光谱的能力有关，为了提高光谱效应，在电池的两个不同层上用不同的敏化剂染料。马廷丽、苗青青嗍制作了一种叠层式染料敏化太阳能电池。其特征在于，顶部的太阳能电池与底部的太阳能电池的光阳极分别吸附具有相同结构或不同结构，不同光谱响应范围且有互补性质的染料；两个太阳能电池的光阳极结构为在基板上载有一层导电膜和半导体薄膜及染料，对向电极为带有导电性的基板，在两个电极之问介入电解质。这一新型叠层式染料敏化太阳能电池有光
鲥∽一Ｓｉ，ａ—Ｓ“ＣＩＳ３种主要的非晶硅叠层太阳能电池。
多品硅（ｐｏｌｙ—Ｓｉ）的禁带宽度（１．１２ｅＶ）比非晶硅小得多，作为ａ－Ｓｉ／ｐｏｌｙ－Ｓｉ叠层太阳能电池底电池的光吸收体．它能有效吸收从顶层电池透射的能量小于非晶硅禁带宽度的太阳光
辐射光谱，提高叠层电池的能量转换效率。Ｔａｋａｋｕｒａｔｌ哩论上计
算出ａ＿ｓｉ，ｐｏｌｙ＿Ｓｉ叠层太阳能电池有超过３０％的效率，已制备出１３．３％能量转换效率的ａ－Ｓｉ／ｐｏｌｙ－Ｓｉ叠层太阳能电池ｌｌｑ，四端输出转换效率达２ｌ彬朔，未发现电池性能随光照而衰退１１６．－１７１。
微晶硅（Ｉ．ｔｅ—Ｓｉ：Ｈ）有比非晶硅更高的光吸收系数，尤其近红外高出２～３数量级【“，光照衰退效应引起的薄膜性能衰退远比非晶硅ｄｘｐｓ－１９），而经氧化微晶硅的载流子迁移率可增大２０倍【硼．激起人们研制全微晶硅Ｐ—ｉ—Ｎ型太阳能电池的热情陋嘲。目前单结微晶硅Ｐ—ｉ—Ｎ太阳能电池能量转换效率已达７．８％嗍．而且其光伏特性特别适合用来制造ａ—Ｓｉ／ｐＬｃ—Ｓｉ叠层电池的底电池．国外报道已获得９．４％的电池能量转换效率，且长期光照电池性能衰退极小１１９１。林鸿生等【２１ｌｉ亟过数值求解Ｐｏｉｓｓｏｎ方程．对经高强度光辐射过的ａ—Ｓｉ／ｉｕｚ—Ｓｉ叠层电池进行了数值模拟分析，表明ａ—Ｓｉ／ｔｔｃ—Ｓｉ叠层电池的顶层电池ａ—Ｓｉ未发生光致衰退效应，这种结构的电池具有较高的光稳定性。薛俊明等［２２１采用射频等离子增强化学气相沉积法制得铲Ｓｉ／ｔｗ—Ｓｉ叠层电池，效率达到９．８３％，高于国外水平。
ＣｕＩｎＳｅ：是一种光吸收系数很高的半导体材料，对能量稍大于其禁带宽度（１．０４ｅＶ）的光子。它的吸收系数在１０５ｃｎｌ－１数量级上例。ＣｕｌｎＳｅ：基多晶薄膜太阳能电池已得到了广泛的研究．它也是～种制造ａ—Ｓｉ／ＣＩＳ叠层太阳能电池底电池最理想的光吸收体材料之一。Ｔａｋａｋｕｒａ㈣），Ｘ理论上算出ａ—Ｓｉ妃ＩＳ叠层太阳能电池的能量转换效率能超过２０％，已制备出１３％稳定效率的ａ—Ｓｉ／ＣＩＳ叠层太阳能电池［２５１。而四端输出达１４．６％，没有发现电池性能随光照而衰退。２．３染料敏化叠层太阳能电池
自从１９９１年Ｇｒｔｚｅｌ等１２６１首次将金属钌有机配合物作为染料吸附在ＴｉＯ：纳米晶多孔膜制成电池后，吸引了许多研究者的目光。染料敏化太阳能电池原理上有诸多优势：由于几乎所有染料激发态上的电子可以有效地注入到半导体导带中，减少了电子与空穴复合的机会．有利于提高光电转换效
一
电转换效率高、价格低、制备工艺简单并且易于大规模生产
的特点。解决现有太阳能电池效率低、成本高，制备工艺复杂的问题。用该发明的技术手法制造的染料敏化太阳能电池可用做太阳能发电和太阳能制氢系统。
３总结和展望
叠层太阳能电池的设计难题在于要寻找两种品格匹配
良好的半导体晶体，其禁带宽度将引起高效率的能量转换。
此外．在理想的情况下，电池导带的最上层应该有与底层价带大约相同的能量，这使得顶端半导体的电子被太阳光激发后能够很容易的从导带进入底部半导体晶格的孔（价带）。电子在价带上又被不同波长的太阳光激发。这样一来．两部分的电池一起工作．像两个串连的蓄电池．并且总功率与两个电池的功率总和相等。但是．如果在接合处价带和导带没有被正确的匹配。当电子流过时就会因为由此产生的电阻造成功率损耗。例如，高效率的ＧａＡｓ／Ｇｅ叠层电池早在１９８７年就已制备出来．结果证明由于电流不匹配而不能应用。可用可行性分析方法或泊松比和连续性方程设计叠层电池的电流
匹配嗍。另外就是实际应用中叠层电池的稳定性问题。
以ＩｌＩ—Ｖ族化合物及ＣＩＳ等稀有元素制备的太阳能电池，尽管所制成的电池转换效率很高．但从材料来源和环境问题来看，这类太阳能电池将来不可能占据主导地位。高转换效率和降低成本是太阳能电池制备中要考虑的硬个主要因素，目前的非晶硅系叠层太阳能电池。要想把效率提高很多是很困难的，而且非晶硅系叠层太阳能电池对材料纯度要
求较高，价格贵，很大程度上限制了其工业化推广。染料敏化
万方数据
科技导报２００９。２７（３）９７
Ｒ啦
太阳能电池自１９９１年提出以来．一直是科学家的研究热点，
染料敏化叠层太阳能电池的研究虽然刚刚起步。但其关键材料二氧化钛薄膜和光敏化剂，材料低廉而且来源广泛，并且染敏二氧化钛制备工艺简单。虽然短期内。硅类太阳能电池在市场占有主要比例．但是在不久的将来，随着科技的进一
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1.期刊论文 于敏丽.孟红秀.YU Min-li.MENG Hong-xiu GaAs叠层太阳能电池技术的研究现状及发展趋势 -邢台职业技术学院学报2007,24(3)
本文介绍了GaAs件为太阳能电池材料的特点以及GaAs叠层太阳能电池的结构、性能等,叙述了GOAs叠层太阳能电池的研究现状及最新进展,讨论和分析了GaAs叠层太阳能电池的发展趋势.
2.学位论文 张锐 非晶硅叠层太阳能电池制备技术研究 2008
随着对清洁可再生能源需求的日益增加，太阳能已成为一种极具前景的能源。而非晶硅薄膜太阳电池相对于其他硅太阳电池而言，具有制作工艺简单，制备温度低，耗材少，能沉积在廉价的衬底上，易于集成等特点，已成为人们研究的重点。但是单结的非晶太阳能电池转换效率偏低，而且还存在光致衰退效应，使得其应用受到了极大的限制。叠层非晶硅太阳电池可由各层带隙的调整来实现对太阳光子的最大程度吸收，以提高太阳电池的光伏转换效率和稳定性。本论文从理论和实验两方面对叠层非晶硅太阳能电池的制备技术进行了详细的研究。 围绕上述研究方向，本文采用等离子增强化学气相沉淀（PECVD）技术，详细研究了以氢气、硅烷、硼烷、磷烷、甲烷为反应气体制备非晶硅电池各层薄膜的工艺。系统研究了掺杂比，衬底温度和辉光放电功率等工艺参数对薄膜沉积速率，光电性能的影响，总结出最佳的电池制备工艺条件。 通过对a-Si:H薄膜制备条件和太阳能电池设计进行优化，在低温条件下用宽带隙的a-SiC作为窗口层成功制备出了Voc=0.82V，Jsc=7.25mA/cm2，转换效率达到4.09%的单结非晶硅太阳能电池。之后又通过薄膜连续沉积的方式制备出Voc=1.18V, Jsc=6.28mA/cm2，转换效率为4.64%的双结叠层太阳能电池。为了提高电池的输出功率，我们设计了一套光刻掩模板以实现电池的内部互连。
3.期刊论文 郝春云.杨明辉.杨海涛.高玲 叠层太阳能电池的研究与发展 -化工新型材料2004,32(12)
综述了叠层太阳能电池的最新进展和研究现状,对各类叠层太阳能电池的结构、性能指标等做了介绍和评估,并且对叠层太阳能电池的发展趋势进行了讨论和预测.
4.会议论文 李悦.李东春.秦国强.许哲峰.刘世民 浮法玻璃基板硅叠层太阳能电池的计算模拟设计 2006
由于太阳光光谱中的能量分布较宽,现有的任何一种半导体材料都只能吸收其中能量比其能隙值高的光子,其它能量不能通过光生载流子传给负载,变成有效的电能,因此单结太阳能电池的转换效率一般比较低.叠层太阳能电池是使用对应不同太阳光光谱部分的不同光伏材料膜层来制各的,能够吸收不同能量的太阳光光谱,可以大大提高电池的性能和稳定性.MaterialsStudio是美国Accelrys公司专门为材料科学领域研究者所涉及的一款可运行在PC上的模拟软件,应用MaterialsStudio软件对晶体硅和非晶硅进行计算机数值模拟分析,结果给出了晶体硅和非晶硅的能带结构和态密度,经过对能带结构和态密度的分析可以确定晶体硅在非晶化过程中形成的最佳非晶态结构,并且讨论了以浮法玻璃为基板制各薄膜太阳能电池窗口材料的可能性.
5.学位论文 张磊 聚合物叠层太阳能电池 2008
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