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非晶硅薄膜太阳电发展中出现的问题和应对措施
尽管非晶硅薄膜太阳电池具有上述诸多优点, 然而在发展中也显现出一些明显的问题. 主要是电池的光电转换效率在强光作用下呈逐渐衰退的态势, 新疆太阳能厂家了解到这一问题是阻碍非晶硅薄膜太阳电池进一步发展的主要障碍. 初期产品的光电转换效率本来就低(仅4-5%), 再加上30%左右的衰退率, 使非晶硅薄膜太阳电池的低成本的优势被较低的效率所抵消. 这样就造成了非晶硅薄膜太阳电池的产量从80年代末到90年代初期间处在停滞不前的徘徊阶段. 对此学术界自90年代起围绕如何提高非晶硅薄膜太阳电池光电转换效率稳定性的问题, 从材料、器件结构等多个层面进行研究. 特别针对光电转换效率在强光作用下衰退的机理进行了不懈的探索, 初步结论是本征非晶硅材料的S-W效应. 为了揭示S-W效应的起因, 在理论上人们提出了各种微观模型: 如Si-Si 弱键模型; 电荷转移模型; 再杂化双位模型; Si-H弱键模型以及桥键模型等.
为了减少材料中的氢的含量, Z成熟的技术是在沉积薄膜的过程中用氢气稀释反应气体法。由于这种方法,工艺简单易行,而且效果明显,因此是当前普遍采用的技术。研究表明,用氢气稀释法制备的本征非晶硅的太阳电池,其光电转换效率的衰退率从25%以上降到20%。
除上述通过改善非晶硅材料的S-W效应来提高电池的光电转换效率的稳定性以外, 人们还从电池结构上采取措施, 其中Z重要的就是采用多带隙叠层电池结构, 即多个不同带隙的p-i-n结叠加的结构, 这样可减薄每个子电池的i层厚度, 使每个电池的内电场增强, 从而增加了每个子电池的载流子收集效率.
经过十几年的不断探索, 目前在提高非晶硅薄膜太阳电池的效率稳定性方面取得了很大的进步, 其光电转换效率的衰退率已达到小于15%. 光电转换效率本身也有明显的提高, 如小面积的已达到13%, 大面积的已超过10%, 组件的达到7.1%.
技术上的突破与进步带来了更大规模的发展, 如九十年代中期, 国际上先后建立了数条5-10MW的薄膜太阳电池组件生产线, 生产能力增加了25MW. 生产流程实现了全自动化, 组件面积为平方米量级, 采用新型封装技术, 产品组件寿命达到10年以上.
我国自70年代末开始研究非晶硅薄膜太阳电池, 到80年代末小面积电池效率达到11.2%, 大面积电池效率超过8%, 均达到国际先进水平. 然而在产业化方面落后于国外, 至今没有一条具有自主知识产权的非晶硅薄膜太阳电池生产线.
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