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4用于薄膜電池的導(dǎo)電膜玻璃
薄膜電池顧名思義就是用很薄的半導(dǎo)體薄膜制備成太陽能電池,其用硅量較少,更容易降低成本,同時它既是一種效率高能源產(chǎn)品,又是一種新型建筑材料,更容易與建筑整體化無缺結(jié)合。目前已經(jīng)能進行產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的薄膜電池主要有3種:硅基薄膜太陽能電池、銅銦鎵硒薄膜太陽能電池(CIGS)、碲化鎘薄膜太陽能電池(CdTe)。
薄膜太陽能電池雖然早已出現(xiàn),但由于光電轉(zhuǎn)換效率低、衰減率(光致衰退率)較高等問題,前些年未引起業(yè)界的足夠關(guān)注,市場占有率很低。隨著其技術(shù)的不斷進步,光電轉(zhuǎn)換效率得到迅速提高,現(xiàn)在比以前約提升了30%-40%,雖然仍然與晶體硅電池相比有很大差距,但其用料少、工藝簡單、能耗低,成本有一定優(yōu)勢,越來越被業(yè)界所接受。因此近年來薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)得到較快發(fā)展,薄膜太陽電池已成為全部光伏市場發(fā)展的新趨勢和新熱點。
由于薄膜電池的生產(chǎn)過程和光電響應(yīng)特性不同,所需要的玻璃背板和前面板也各不相同。下面對幾種主要的薄膜電池分別加以論述。
4.1非晶硅薄膜電池
非晶硅電池一般采用PECVD等離子增強型化學(xué)氣相沉積方法使高純硅烷等氣體分解沉積而成的。由于沉積分解溫度低,可在玻璃、不銹鋼板、陶瓷板、柔性塑料片上沉積薄膜,易于大面積化生產(chǎn),成本較低。在玻璃襯底上制備的非晶硅基太陽能電池的典型結(jié)構(gòu)為:Glass/TCO/p-a-Si/i-a-Si/n-a-S/Al/Glass。
對于硅薄膜太陽電池來說,陷光結(jié)構(gòu)的作用對器件性能尤為重要。a-Si:H的光學(xué)帶寬為117eV左右,其吸收系數(shù)在短波方向較高。如果在單一光程通過的情況下,沒有幾個微米厚度的薄膜,入射光不會被完全吸收。為了縮短薄膜生產(chǎn)時間降低成本,必須加入陷光結(jié)構(gòu)。另外,對于a-Si:H太陽電池加入陷光結(jié)構(gòu),可以進一步減薄吸收層厚度,減少光致衰減效應(yīng)。有利于提高光穩(wěn)定性,并且吸收層材料(Si本征層)的光學(xué)吸收可以通過增加太陽輻射的光程得以提高。因此,非晶硅電池接受太陽光的前電較面玻璃不但要具有良好的導(dǎo)電性之外,還要具有合適的光散射能力,和玻璃上的TCO膜要具有霧度。
目前,非晶硅薄膜電池所使用的前電較玻璃為SnO2:F類型的TCO玻璃,即通常所說的FTO玻璃。使用APCVD技術(shù)生產(chǎn)的FTO玻璃具有可大面積、大批量生產(chǎn),TCO膜層性能穩(wěn)定,透光率、霧度、方塊電阻與非晶硅電池匹配等優(yōu)點,是目前市場上的主流產(chǎn)品。
4.2非晶/微晶復(fù)合疊層電池
非晶硅/微晶硅疊層薄膜太陽能電池是一種雙節(jié)電池。由一節(jié)非晶硅和一節(jié)微晶硅電池組成。其中非晶硅節(jié)是硅烷(SiH4)通過等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)在透明導(dǎo)電玻璃上沉積一層非晶硅薄膜。微晶硅層是在此非晶硅層的基礎(chǔ)上通過硅烷(SiH4)的等離子體化學(xué)氣相沉積形成,是一種含有非晶籌備及晶粒、晶界的混合結(jié)構(gòu),即微晶硅(μc-Si)結(jié)構(gòu)疊層。兩層使用的材料都是硅烷,兩層疊加就制成了非晶硅/微晶硅疊層薄膜太陽能電池。
非晶硅層僅對可見光有吸收作用,而微晶硅層對波長較長的紅外線部分有很好的吸收作用,而且?guī)缀醪话l(fā)生衰減,這種疊層技術(shù)可以實現(xiàn)很好的轉(zhuǎn)換效率并明顯降低衰減率。因此,這種非晶硅與微晶硅疊層的基本結(jié)構(gòu)將成為未來硅薄膜電池的主流發(fā)展趨勢。
由于非晶/微晶疊層電池的光譜響應(yīng)范圍擴展到了更多的紅外光譜部分,所以,要求前電較玻璃的光譜透過范圍比非晶硅單層電池要寬廣很多。同時,鍍制微晶硅的過程使TCO玻璃更長時間暴露在氫等離子體的還原氣氛下,普通的FTO玻璃將會出現(xiàn)性能衰減現(xiàn)象。而氧化鋅基的TCO玻璃能克服這些問題,從而得到了飛速的發(fā)展。
氧化鋅基薄膜的研究進展迅速,材料性能已可與ITO相比擬,結(jié)構(gòu)為六方纖鋅礦型。其中鋁摻雜的氧化鋅ZnO∶Al(AZO)薄膜研究較為廣泛,它的突出優(yōu)勢是原料易得,制造成本低廉,無害,易于實現(xiàn)摻雜,且在等離子體中穩(wěn)定性好。制備AZO薄膜的方法有多種,較常用、經(jīng)濟、效果好的方法是濺射法。濺射成型的AZO玻璃需要經(jīng)過濕法酸蝕刻過程制絨,形成所需要的霧度。
另一種商業(yè)化生產(chǎn)的氧化鋅基的TCO是由Oerlikon公司生產(chǎn)的ZnO:B的TCO玻璃,其使用的是低壓化學(xué)氣相沉積技術(shù)LPCVD,在沉積過程中直接形成霧度。產(chǎn)品具有良好的光學(xué)性能,在3.2mm低鐵超白玻璃上鍍制TCO層后的太陽光譜(400-1100nm)透過率達(dá)到了85%,與非晶/微晶復(fù)合電池的匹配很好。
2024-08-06
2024-05-08
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2021-11-29
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