薄膜锂离子电池

薄膜锂离子电池（精选7篇）

薄膜锂离子电池 篇1

在社会经济的推动下, 我国的电池行业得到了较好发展, 全固态薄膜锂离子二次电池也有了较大进步, 在实际应用中发挥出了较好作用。在电池方面, 只有具备较高的能量密度、安全性、可靠性等要素才能更好在工业各环节操作中发挥重要作用, 但是很多电池并不具备较好的性能, 在应用过程中容易出现多种隐患。全固态薄膜锂离子二次电池则具有较高性能、使用寿命长, 因此, 技术人员可以将其应用微电池系统中, 能够起到较好作用。

1 全固态薄膜锂离子二次电池分析

在实际生活中, 薄膜锂离子结构的设计质量与全固态薄膜锂离子二次电池的整体性能有着紧密联系, 如果结构设计质量不高, 将直接对全固态薄膜锂离子二次电池的使用寿命、能量密度等优势有着重大影响, 因此, 基于薄膜锂离子结构设计的重要性, 技术人员必须对其结构进行有效优化, 这样才能更好保障全固态薄膜锂离子二次电池的应用性能。在实际情况中, 薄膜锂离子结构的种类较多, 一些技术人员设计出了电池叠层结构, 在这种结构中, 需在衬底中对阴阳极电流收集极薄膜进行沉积, 主要为两层;之后再对阴极进行沉积;然后对固体电解质以及阳极薄膜进行沉积, 最后对保护层进行涂抹, 以保障全固态薄膜锂离子二次电池的正常运作。有些技术人员对薄膜锂离子电池结构进行了简化, 在对相应的薄膜电池材料进行沉积后, 设计了两个引线端子, 方便薄膜电池进行连接, 这种结构对电池的有效面积进行了扩大, 对全固态薄膜锂离子二次电池的性能进行了提高。

2 全固态薄膜锂离子二次电池研究进展分析

与一般电池相比, 全固态薄膜锂离子二次电池有着较高的安全性, 整体运作性能也更优良, 具有较高的应用价值。在全固态薄膜锂离子二次电池中, 薄膜材料的质量决定着电池的运作效果, 因此, 保障薄膜材料的质量至关重要。

2.1 全固态薄膜锂离子二次电池正极薄膜材料

在实际生活中, 全固态薄膜锂离子二次电池的正极薄膜材料较多, 包括Li Co O2、V2O5、Li Ni O2、Li Mn2O4等。Li Co O2有着较高的比容量、其循环功能较强, 在实际应用中能发挥出一定效果。有些技术人员研制出了多晶态Li Co O2薄膜, 这种薄膜比容量较低, 而且循环功能也较差, 运作时度温度有着较高要求;而有些技术人员对偏压进行了应用, 较好保障了薄膜的循环性能, 而且比容量较高。虽然这种材料具有一定优势, 但是其有着较高的应用成本, 而且很容易造成环境污染, 所以在发展过程中出现了较多问题。

与Li Co O2相比, Li Mn2O4有着较为丰富的资源, 而且安全性及环保性更高, 所以具有较大的发展潜力。一些技术人员研制出的Li Mn2O4薄膜具有密度高、无裂缝等特性, 能够较好提高全固态薄膜锂离子二次电池的容量以及性能, 在实际应用效果较好。但是在实际情况中, Li Mn2O4材料使用寿命较短, 而且容量具有一定衰减性, 因此, 其发展过程也受到了较大限制。

2.2 全固态薄膜锂离子二次电池负极薄膜材料

以往主要应用金属锂薄膜作为全固态薄膜锂离子二次电池的负极材料, 由于这种材料有着较高的比容量, 而且电位较低, 所以有着广泛应用;但是在实际情况中, 金属锂薄膜也存在着一些劣势, 其熔点较低, 而且安全性较差, 所以在实际发展中受到了较多限制。有些技术人员对碳基、硅基等材料进行了应用, 起到了一定效果, 但是这些材料均存在着一些化学问题, 难以普遍使用。有些技术人员对Li4Ti5O12进行了应用, 这种材料有着较好的热稳定性, 而且循环功能较好, 具有较大的发展潜力。

2.3 全固态薄膜锂离子二次电池固体电解质薄膜材料

全固态薄膜锂离子二次电池中固体电解质薄膜材料有着重要作用, 对电池的化学性能有着较大影响。有些技术人员研制出了非晶态的Li2.2V0.54Si0.46O3.4薄膜, 具有较高的离子电导率, 能达到2.6*20-6S/cm, 能起到较好作用。有些技术人员对射频磁控溅射方法进行了应用, 研制出了非晶态的Li PON薄膜, 其离子电导率比非晶态的Li2.2V0.54Si0.46O3.4薄膜高, 实用性较强。

3 结束语

在实际生活中, 全固态薄膜锂离子二次电池有着较多优势, 包括能量高、电压高、使用寿命长、无污染等, 在电子信息工业、微型加工工业中有着广泛应用, 并起到了较好效果, 促进了多种行业的发展。因此, 基于全固态薄膜锂离子二次电池的发展潜力, 技术人员需加强对其的研究, 提高其整体运作性能, 并将其应用进多种行业, 充分发挥出全固态薄膜锂离子二次电池的作用, 从而更好为社会服务。

参考文献

[1]陈涛, 耿利群, 任岳等.全固态薄膜锂离子二次电池的制备及性能分析[J].电源技术, 2014, 38 (04) :618-620, 626.

[2]耿利群, 任岳, 王定友等.磁控溅射制备全固态薄膜锂离子二次电池及其性能研究[J].重庆师范大学学报 (自然科学版) , 2013, 30 (03) :111-114.

[3]熊跃, 黄勇, 赵中琴等.微型全固态薄膜锂离子二次电池的中国专利技术进展[J].广州化工, 2014 (18) :19-22.

关于薄膜太阳能电池分析 篇2

一、关于薄膜太阳能电池现状的分析

太阳能资源现在是最富有的自然资源, 人们早就有了利用太阳能的想法, 最早利用太阳能是将太阳能转变成热能, 后来经过勘验人员的努力可以将太阳能转化为电能。发电主要靠火力发电或者风力水力发电, 火力发电比较浪费资源, 污染环境, 风力和水力发电非常受限制, 而太阳能发电是最环保、低成本的发电方式, 这就使得太阳能利用的区域更加广阔。

太阳能电池一般分为硅太阳能电池和非硅半导体太阳能电池, 前者按照硅的结晶状态又分为结晶系薄膜式太阳能电池和非结晶系薄膜式太阳能电池, 结晶又可以分为单结晶和多结晶。硅是地球上非常富有的一种元素, 但是提取硅元素是比较困难的, 为了解决这一难题, 我们逐渐开始研究非硅薄膜式太阳能电池, 多晶硅薄膜式太阳能电池或者其他元素的薄膜太阳能电池。薄膜太阳能电池具有成本低, 高效率, 寿命长, 高转换效率、长使用寿命、高稳定性、低成本、低能耗、低污染。国外对于薄膜太阳能电池的研究要比我国早, 技术也比我国先进, 所以我们必须重视薄膜太阳能电池的研究。目前我国薄膜太阳能电池的转换效率已经完成了一定的突破, 单晶硅薄膜太阳电池的转换效率可达到24. 7% , 多晶硅薄膜太阳能电池的转换效率可达到20. 3% , cd Te薄膜太阳能电池的可以达到16. 9% , CIS薄膜太阳能电池可达到19. 9% , 薄膜太阳能电池的转换效率还会随着研究的深入不断提高, 上升到新的高度。现在薄膜太阳能电池的应用程度还很低, 没有普及, 但是太阳能电池在不久的将来将实现普遍化。

二、关于薄膜太阳能电池发展的必要性分析

发电对于社会生活和科技来说都是非常重要的事情, 光伏发电在航天事业还有科技产品中都占据了不可替代的作用, 但是在整个社会资源分配中却占据很少的比例, 这是因为虽然硅是地球上非常富有的资源, 但是提取该元素的成本很高, 提取难度很高, 导致太阳能电池的成本价格很高, 要使太阳能电池得到广泛的应用就必须降低太阳能电池的成本, 所以研究其他方向的太阳能电池就是比较迫切的事情。薄膜太阳能电池在降低太阳能电池成本上具有很大的优势。太阳能电池实现薄膜化之后将大大减少半导体材料的用量, 半导体材料的价格不菲, 光这一点就可以大大降低生产成本; 再制作的过程中, 薄膜与太阳能设备同时生成, 这就省去了很多工序, 降低了人工和设备成本; 薄膜太阳能电池是在低温的环境下制作的, 这有利于制作过程中节约材料能耗, 同时还可以利用价格比较低的玻璃和不锈钢等作为设备的衬底, 又从辅料方面降低了成本, 不管是国外还是国内都在努力研究薄膜太阳能电池的开发, 这是社会发展的社会资源消耗必然要求。我们必须寻求新型材料来替代污染严重、资源消耗大的发电方式, 实现可持续发展的战略。

三、关于薄膜太阳能电池发展的分析

根据我国目前的社会情况, 我们对薄膜太阳能电池未来发展的方向、前景和需要注意的问题作出如下分析。

( 一) 引进薄膜太阳能电池技术, 加快研究

薄膜太阳能电池成本低是一个很好的优点, 现在要提高它的转换效率, 保证薄膜太阳能电池转换效率的稳定性。目前我国的薄膜太阳能电池技术还不够成熟, 发达国家此产业的研究发展比我国早, 技术相对成熟, 我们可以引进国外的技术, 加大投资, 设立项目, 引进人才, 取得薄膜太阳能电池更多的自主知识产权, 缩小与发达国家之间的差距。我国的社会现状与国外存在差异, 我们也不能照搬国外技术, 需要结合我国社会的现状加以研究和实验, 制定符合我国社会现状和发展路线的产品, 研究符合适用于我国的薄膜太阳能电池技术。

( 二) 实现薄膜太阳能电池产业化、生产规模化

实现了薄膜太阳能电池技术的完善和成本的降低之后, 下一步就是制作产品和投入使用, 目前还没有将薄膜太阳能电池实现产业化、规模化生产, 但随着研究的不断深入和社会的不断需求, 产业化和规模化是必然趋势。政府应该鼓励企业产业化、规模化的生产, 有的企业已经有了这方面的意识, 开始改造原来的生产线或者建造新的流水线生产线, 也有很多企业将融入这个行业中。在实现产业化的同时需要注意几点: 应该严格遵守产品研发技术的要点, 在产业化的同时保证薄膜太阳能电池的稳定性, 不能一味的追求低成本; 充分调查了解社会需求状况, 以免造成供过于求的状况导致企业亏损; 相关部门应该对规模化、产业化生产的企业严格把控, 技术是否成熟, 材料是否达标, 工艺能不能得到保证等, 这些细节问题都是需要谨慎考虑的。每一个阶段都要认真、严谨的走, 一步一个脚印, 不能求快, 更不能一蹴而就。

( 三) 在发展的过程中不断创新

在发展迅速的二十一世纪任何产品不创新就会被淘汰, 薄膜太阳能虽然是新型产品, 但是也不能忽略创新, 工艺、材料、技术和生产设备都要不断地创新, 跟上社会发展的步伐, 不断地克服障碍, 扫除屏障, 实现稳定的发展。另外, 应尽快实现技术的自主性, 加快创新及研究, 改变我国薄膜太阳能电池的生产设备需要国外进口的现状, 降低生产成品和实现太阳能电池的国产化。

人们需要的资源无限, 但是世界的资源有限, 我们必须不断寻求新型、环保和无限的资源来满足人类的需求, 薄膜太阳能电池是新型的、符合可持续发展的产品, 能极大的节约资源, 保护环境, 是我们必走之路, 我们必须加快薄膜太阳能电池的研究, 尽快投入使用并产业化。

参考文献

薄膜太阳能电池的研究探讨 篇3

一、硅薄膜太阳能电池

提高转化效率和降低生产成本是太阳能电池开发的关键问题。单晶硅太阳能电池制作过程繁琐, 成本非常高, 应用得到了很大的限制。因此, 科学家们研究非晶硅薄膜太阳能以及多晶硅太阳能电池。

1. 非晶硅材料薄膜太阳能电池

非晶硅材料薄膜太阳能电池使用非晶硅半导体, 加入不锈钢、陶瓷、特种塑料、玻璃等材料。可以通过等离子提高化学气相沉积法、低压化学气相沉积法、反应溅射法的方法制作非晶硅材料薄膜太阳能电池。通过对非晶硅材料进行研究发现, 等离子化学气相沉积法应用最为广泛。

非晶硅薄膜制作成本低, 因此是合适的太阳能电池材料。它的光学带隙和太能光不匹配, 因此降低了非晶硅薄膜太阳能的转化率, 还出现了光照时间越长转化率越低的现象。

2. 多晶硅太阳能电池

多晶硅材料太阳能电池主要通过将多晶硅薄膜放在低成本的衬底材料的方法, 用晶体硅层作为激活层。这种方法最大的好处就是减少了材料的使用量, 降低了生产成本。通常我们采取制作的方法有等离子喷涂法、激光晶化法、固相晶化法、金属诱导晶体法、液相外延法、化学气相沉积法等。通过实际的研究应用发现, 多晶硅电池的转化效率已经接近了单晶硅的转化率。日本三菱公司研发的多晶硅薄膜太阳能转化率达到了16.5%, 德国研制的多晶硅的转化率已经达到了19%。

二、多元化合物薄膜电池

由于硅薄膜太阳能转化效率有限, 因此近年来大量开发了新型无机、多元化合物为主的材料的太阳能电池。

1. Cd Te薄膜太阳能电池

这种电池是多晶薄膜电池的一种, 结构简单, 成本低廉, 可研究性大。Cd Te有自补偿效应, 实用电池多是异质结构, Cd S晶格常数差别小, 与Cd Te结构相同, 经常用作Cd Te电池的窗口材料。Cd Te电池主要有以下的制备技术电化学沉积法、溅射法、真空蒸镀法。这种电池的转化率已经达16.5%, 电池广泛应用在大面积组件产品。科学家已经探讨了大面积生产Cd Te电池的技术, 并且提出室温下刻蚀Cd Te, 制作出背电极低的掺铜浓度是关键。

2. CIS薄膜太阳能电池

CIS是三元化合物, 0.5微米的CIS即可吸收将近百分之九十的太阳能光子, 在实际中, 需要薄薄的一层即可满足需要, 有效的降低了成本。CIS配合上其他元素可以有效的接近太阳光的最好禁带宽度, 是非常实用有前景的太阳能电池材料。调整In/Ga的比值可以有效的转换材料的禁带宽度, 提高转化率。现在实验室已经研究出了19%转化率的CIS太阳能电池。CIS电池最常见的制作方法是电化学沉积法、溅射法、真空蒸镀法, 电沉积法是最常见的方法, 适合工业水平生产。在进行电沉积法操作的时候, 首先使用电沉积方法制备出CIS前驱体, 第二步在将电沉积方法进行热处理。

CIS太阳能电池是被看好的具有发展前景的太阳能电池, 提高转化率、降低成本等问题克服以后, 能够对太阳能电池做出巨大贡献。

三、纳米晶薄膜太阳能电池

1. T i O2太阳能电池

T i O2没有毒性, 价格便宜, 稳定抗腐蚀, 是一种良好的半导体材料。一般的T i O2吸收太阳光能力很低, 进行敏化以后的T i O2能够提高对太阳光的转化率。掺杂质敏化可以用溅射方法掺入N进行T i O2的敏化, 能够拓宽T i O2的吸收光谱。染料敏化也是常见的方法, 利用T i O2纳米晶薄膜的特性, 吸收有机或者无机的材料提高太阳光的转换率。染料敏化成本低廉, 制作简单, 低能耗, 这些优点都符合社会发展的需要。

2. Zn O纳米晶薄膜电池

Zn O同样是宽禁的半导体材料, 制备过程更加简单, 能够有效降低成本, 减少电子的传送时间。在实际中Zn O的转化率很低, 主要是因为Zn O薄膜比表面积小, 能够吸附的染料少。为了提高Zn O的转化率, 进行新的研究, 努力提高Zn O的吸附能力, 主要是低温水热法、电沉积自组装法、机械挤压法、手术刀印刷法等。

3. 有机薄膜太阳能电池

这种电池通过三个程序进行制作: (1) 激发光产生激子; (2) 激子在受体界面分裂; (3) 空穴和电子漂移, 在各自的电极进行收集。目前有机薄膜太阳能电池有三种, 单质结构制作简单, 价格便宜, 但是对于电极依赖太强;双层p-n异质结构运载的电子数量有限, 严重限制了光电转化率;p型-n型是将两种半导体材料混合而制造的材料。有机薄膜电池在开发上仍需要克服很多难关, 提高太阳能的转化率。

总结

薄膜太阳能电池能够很好的缓解地球资源危机, 帮助人类利用太阳能进行日常生活, 为社会的发展提供了前进的动力, 给人类带来巨大的效益。薄膜太阳能电池在研究和生产的过程中还有很多难题, 需要广大的科研工作者继续努力, 降低太阳能电池的成本, 使太阳能电池能够普遍使用, 拓宽禁带宽带, 提高太阳能转化率, 积极研究新材料, 创造更多的太阳能电池。

参考文献

[1]李洪敬.金属光栅用于增强非晶硅薄膜太阳能电池光吸收率研究[J].应用光学, 2014 (3) :32-33.

[2]雷青松.用于薄膜太阳能电池的非晶硅锗制备与性能研究[J].人工晶体学报, 2012 (6) :75-76.

薄膜太阳能电池研究进展 篇4

1硅基类薄膜太阳能电池

硅基类薄膜太阳能电池根据材料具体可以分为非晶硅、多晶硅以及微晶硅薄膜太阳能电池。其中, 非晶硅薄膜太阳能电池因以玻璃、不锈钢等为衬底而研制出来的, 所以被认为是现阶段环保性能最好的电池。它的研究开始于1976年, 随后在全世界范围内引起了重要影响。

非晶硅薄膜太阳能电池具有质量轻, 光吸收好, 耐高温等特点, 其中, Villar.F等通过HWCVD方法制备了效率为4.6%的非晶硅薄膜电池;日本三菱重工也研制出面积达到1.4米*1.1米、效率为8%的高效太阳能电池;现阶段, 非晶硅薄膜太阳能光电效率最高可达9.5%。国内对其进行研究则开始于上世纪八十年代, 研制出面积分别为0.01米*0.01米与0.3米*0.3米的单结非晶硅薄膜太阳能电池。但非晶硅材料也存在一些不足, 如转换效率低、光照稳定性差等, 经研究发现可通过采用多带隙多结叠层、减少i层厚度以及减少光反射率等方法, 来提高了光照稳定性及转换效率。

多晶硅薄膜太阳能电池不仅具有晶体硅太阳能电池的高效率及稳定性, 而且具有材料用量少, 生产成本低的优势。日本Kaneka公司利用PECVD工艺在玻璃基板上制备了厚约2μm的p-i-n型多晶硅太阳能电池, 效率为12%;日本京工陶瓷公司在后来研制出面积为0.15米*0.15米的电池, 效率达到17%。国内对其研究开始于1996年, 效率目前达到了13.6%。

微晶硅薄膜太阳能电池具有制备工艺与非晶硅薄膜电池兼容、光谱响应宽及基本没有光致衰退的特点。1994年Meier等通过VHF-PECVD工艺研制出厚约1.7μm、面积约0.25cm2的微晶硅电池, 效率达到4.6%。国内南开大学通过VHF-PECVD技术, 研制出沉积速率为1.2nm/s的电池, 效率可达6.3%。但目前微晶硅薄膜太阳能电池的沉积速率较低, 因此需要作进一步研究。

2化合物类薄膜太阳能电池

化合物半导体材料大多为直接带隙, 而且禁带宽度大, 因此采用化合物制备的薄膜太阳能电池具有光吸收系数大、抗辐射性能良好以及温度系数小等特点。化合物类薄膜太阳能电池主要包括砷化镓、碲化镉以及铜铟硒三种薄膜太阳能电池。其中以铜铟硒薄膜太阳能电池最具代表性, 对其研究开始于上世纪70年代, 波音公司通过真空蒸发研制出铜铟硒薄膜太阳能电池, 效率达到9%。研究发现, 往铜铟硒薄膜太阳能电池里掺入镓、硫等材料, 能调节禁带宽度, 从而提高转换效率。美国NREL基于三步共蒸发法, 获得了19.9%的效率, 并一直保持世界纪录;直到2010年, 德国ZSW基于蒸发法, 将效率提高到20.3%。国内南开大学通过蒸发硒化法也获得了14%的效率。但是, 所用的铟和硒均是稀有元素, 难以满足大规模生产, 因此寻找廉价的替代元素成为了研究热点。

3染料敏化薄膜太阳能电池

染料敏化薄膜太阳能电池是模仿光合作用所研制出的光电化学电池, 具有成本低、工艺简单、质量轻及效率高等特点。1991年, M.Grätzel的研究小组研制出了效率为7.1%的染料敏化电池;在2005年, M.Grätzel等人又将效率提高到12.3%。国内在染料敏化薄膜太阳能电池上的研究也已接近世界先进水平, 小面积电池效率为11%, 同时, 长春应化所开发出的C101染料可获得9%的效率。但是在转换效率、耐久性及稳定性方面还有很大的发展空间, 因此, 寻找低成本、性能好的染料仍然为当前研究重点。

4结语

综上所述, 以上三种薄膜太阳能电池都有各自的特点, 相信随着研究的广泛开展, 在不久的将来, 这些薄膜太阳能电池都会有新的技术突破, 获得更高的转换效率, 并被广泛应用到人们日常生活中, 减少环境污染的同时也减少不可再生能源的消耗。

参考文献

[2]Hiromu Takatsuka, et al.World's largest amorphous silicon photovoltaic module.Thin solid films, 2006, 506:13.

[3]Meier J, et al.Complete microcrystalline p-i-n solar cell--Crystalline or amorphous cell behavior.Applied Physics Letters, 1994, 65 (7) :860.

[4]Miguel A, et al.SHCRT COMMUNI CATION:ACCELERATED PUBLICATION:Diode characteristics in state-of-the-art ZnO/CdS/Cu (In1-xGax) Se2solar cells.Progress in Photovoltaics:Research and Applications, 2005, 13 (3) :209.

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非晶硅玻璃薄膜电池的应用前景 篇5

1 非晶硅玻璃薄膜电池简介

非晶硅 (a-Si) 太阳电池是在玻璃 (glass) 衬底上沉积透明导电膜 (TCO) , 然后依次用等离子体反应沉积p型、i型、n型3层a-Si, 接着再蒸镀金属电极铝 (Al) , 光从玻璃面入射, 电池电流从透明导电膜和铝引出, 其结构可表示为glas s/TC O/pi n/Al, 最后用EVA、底面玻璃封装, 也可以用不锈钢片、塑料等作衬底封装。

非晶硅薄膜电池组件的结构如图1所示, 自上到下依次为顶面玻璃、Sn O2导电膜、双结非晶硅薄膜电池 (非晶硅薄膜电池还可做成单结或三结非晶硅薄膜电池) 、背电极、EVA、底面玻璃。

非晶硅玻璃薄膜电池发电原理与单晶硅、多晶硅电池相似, 当太阳光照射到电池上时, 电池吸收光能产生光生电子—空穴对, 在电池内建电场的作用下, 光生电子和空穴被分离, 空穴漂移到P侧, 电子漂移到N侧, 形成光生电动势, 外电路接通时, 产生电流。

2 非晶硅玻璃薄膜电池的特点

非晶硅玻璃薄膜电池有着晶硅电池无法比拟的优点:

(1) 材料成本低, 硅材料用量少。衬底材料, 如玻璃、不锈钢、塑料等, 价格低廉。硅的厚度可以很薄, 只有0.5μm左右, 这和非晶硅电池光吸收系数大有很大关系, 单晶硅电池需要充分吸收太阳光, 需要的厚度较厚, 约为200μm。另外非晶硅电池不需要像单晶硅那样切片, 材料浪费极少。

(2) 制造工艺简单, 可连续、大面积、自动化批量生产。非晶硅产业化是利用化学气相沉积法制造的, 硅烷气体流入真空反应器, 利用高频放电等方法分解硅烷, 使非晶硅沉积在基板上。硅烷中混入含有P或B的PH3、B2H6气体, 可得到N型或P型非晶硅。无论是单结PIN、双结PIN/PIN、还是三结P I N/P IN/PI N电池, 也无论是0.3 m2、0.7 m2还是5.7m2, 其核心部分的PIN结都可以在薄膜的生长过程中同时完成。目前已经实现了可连续、大面积、自动化批量生产。晶硅电池组件的制造需要经过太阳电池的筛选、焊接等琐碎的工序, 人力投入较多, 制造过程中质量不容易控制, 实现自动化批量生产难度大。

(3) 制造过程消耗电力少, 能量偿还周期短。非晶硅薄膜电池是用气体分解法制备非晶硅, 基板温度仅200~300℃, 且放电电机所需的放电功率密度较低。与单晶硅在1412℃以上反复多次熔解相比, 所消耗的电力少得多。晶体硅太阳电池能量偿还时间为2~3年, 而非晶硅太阳电池只有1~1.5年。

(4) 温度系数低。太阳能光谱分布比较宽, 晶体硅电池只能吸收能量比自己带隙高的光子, 其它光子被吸收转换为热量或将能量传递给材料分子, 使材料发热, 这些热效应会使晶体硅电池的发电效率下降, 而非晶硅带隙比晶体硅宽, 温度系数影响明显低于晶体硅。

(5) 弱光性能强。采用层叠技术增加非晶硅玻璃薄膜电池的光谱响应范围, 使得其对光的吸收性比晶硅电池强500倍, 由于非晶硅的价带电子能级低, 在暗光下非晶硅玻璃薄膜电池依然具有良好的光电效率。

(6) 发电量高。在相同的测试条件下, 与相同功率的晶体硅太阳电池相比, 非晶硅薄膜电池的年总发电量比单晶硅、多晶硅电池高10%~15%。单位功率的非晶硅薄膜电池比单晶硅电池发电量高, 这和非晶硅薄膜电池的温度系数低、弱光性能强等特点是分不开的。

(7) 美观、大方。当电池组件当作屋面和墙面时, 可降低建筑物的整体造价;直接吸收太阳能发电;避免墙面、屋顶温度过高, 降低了空调负荷;电池组件的颜色与建筑物的颜色比较容易匹配, 美化室内外环境, 加上精细、整齐的激光切割线, 使建筑物更加美观、大方, 更有魅力。

(8) 热斑效应不明显。当太阳电池阵列面积较大时, 难免会有部分组件处于阴影之内, 由于非晶硅太阳电池的电流密度较小, 热斑效应不明显, 所以, 使用起来更加方便, 可靠性更好。

当然, 非晶硅玻璃薄膜电池也有它无法掩饰的缺点:

(1) 由于非晶硅太阳电池出现较晚 (比单晶硅电池晚22年) , 在工艺上没有单晶硅电池成熟, 在20世纪80年代初, 才实现产业化, 曾经由于封装、引线等问题, 曾经出现过电池组件过早失效现象。目前, 其工艺已经提高到一个相当的水平, 但是还有很多地方需要改进和提高。

(2) 由于非晶硅太阳电池光电转换效率偏低, 不太适合用在安装面积较小、发电功率又要求较大的地方。

3 非晶硅玻璃薄膜电池应用

目前, 非晶硅玻璃薄膜电池组件在遮阳、中空光伏组件等方面得到大量的应用。

3.1 非晶硅光电活动遮阳系统

非晶硅光电活动遮阳系统是安装在建筑立面的一种新型户外高端遮阳产品, 是利用非晶硅玻璃薄膜电池组件作为遮阳板的一种具有发电、遮阳功能的新型节能环保产品。主要由遮阳板、托架、支杆、电动推杆等几部分组成。遮阳板可以选用单晶硅、多晶硅电池组件或非晶硅玻璃薄膜电池组件, 但是单晶硅、多晶硅电池组件中太阳电池之间存在间隙, 透光率过高, 影响遮阳效果。使用不透光非晶硅玻璃薄膜电池组件, 透光率降到10%左右, 遮阳效果比较好。另外非晶硅玻璃薄膜电池组件的颜色均匀, 线条平直, 与建筑整体是协调的。

3.2 非晶硅玻璃薄膜电池中空光伏组件

非晶硅玻璃薄膜电池中空光伏组件的结构如图2所示, 由上至下分别是顶面玻璃、薄膜电池、EVA、底面玻璃、中空层、Low-E膜以及中空玻璃。在底面玻璃和镀膜玻璃之间设有铝间隔条, 由铝间隔条围成一中空腔, 中空腔上下侧中的其中一侧镀有L o w-E膜层;在间隔条一边的外侧到相应玻璃边上装有带二极管的接线盒;间隔条与底面玻璃、中空玻璃之间设有第一道密封胶, 玻璃与铝间隔条外围设有第二道密封胶。

非晶硅玻璃薄膜电池的弱光性好, 在暗光下依然具有良好的光电效率。非晶硅玻璃薄膜电池做成幕墙、采光顶, 中空玻璃内侧镀有L ow-E膜, 具有对可见光高透过及对中远红外光高反射的特性, 可达到为建筑隔热、保温的效果。经中国建筑科学研究院测试, 此种产品的传热系数U值 (K值) 为1.6 W/m2K, U值越低, 通过玻璃的传热量也越低, 国内很多企业制作的中空产品都高于2W/m2K, 这是其他建筑材料和普通玻璃幕墙无法比拟的。另外组件的两个引出电极与接线盒采取内电路连接。这使得接线盒隐藏在组件内, 避免安装到建筑上影响美观, 同时安装也更加方便。

目前, 山东皇明太阳能集团有限公司的以上两种产品已相当成熟, 并具备大规模生产的能力。

4 结论

硅基薄膜太阳电池应用现状分析 篇6

近年, 人们已经将视线放到如何更好的在生活生产中利用太阳能电池来提供清洁能源。而这其中光伏建筑一体化是一个重要的组成部分。建筑物太阳能电池玻璃幕墙和太阳能生态屋顶就是光伏技术应用于生活的实例。利用太阳能发电可以部分甚至完全解决家庭和单位办公用电。另外太阳电池玻璃幕墙不仅可以发电, 作为建筑的外墙装饰也是不错的选择。但是光伏建筑一体化必须遵循一个原则就是太阳能光伏发电系统的安装不能破坏已有建筑造型, 不能破坏装饰性屋面的艺术风格, 不能造成结构的重新返工, 具有透光性和柔性的薄膜太阳能电池成为玻璃幕墙的不二选择。大规模商业化生产柔性光伏组件是1998年尤尼索拉公司开始的, 柔性非晶硅薄膜太阳电池组件与建筑完美结合并投入市场, 光伏建筑一体化的发展开始了一个新的时代。

最后, 由于薄膜太阳电池具有柔性可以随形安装、轻薄从而减轻总质量、以及抗辐照等特性, 硅基薄膜太阳电池在空间用太阳电池中的应用也是的另一个发展方向。

对于硅基薄膜太阳电池技术发展的关键在于如何提高光电转换效率, 而由于其厚度优势可以考虑叠层从而利用不同材料实现光谱的扩宽, 因为非晶硅的带隙为1.7e V左右而微晶硅的则为1.1e V附近, 能够将光谱的长波限从0.9μm拓展的1.1μm, 同时也降低了不稳定的非晶顶层的厚度有效抑制光致衰减。因而, 非晶硅/微晶硅的非微叠层电池成为了人们研究的重点。Shah通过计算给出了这种叠层电池的理论效率可达到30%以上。

1994年, 瑞士微技术研究所 (IMT) 首次提出微晶硅为底、非晶硅为顶叠层太阳能电池概念[1]。之后, 瑞士微技术研究所 (IMT) 又采用甚高频等离子体增强化学气相沉积 (VHF-PECVD) 技术制备了效率达10.7%的非/微叠层电池[2]。德国余利希光伏研究所 (Julich) 采用射频等离子体增强化学气相沉积 (RF-PECVD) 技术沉积得到 (8cm×8cm) 效率达11.7%的非/微叠层电池组件[3]。美国联合太阳能公司 (Uni-solar) 制备了效率达14.1%的非晶硅/微晶硅/微晶硅三结叠层电池和效率为目前世界最高记录15.4% (小面积) 的非晶硅/非晶硅锗/微晶硅三结叠层电池[4]。日本Kaneka公司采用VHF-PECVD技术制备的效率10.7%的单结微晶硅电池, 带有中间层的效率高达14.7%的非晶硅/微晶硅小面积三结叠层电池 (面积为1 cm) (a-Si/c-Si/c-Si) 的最高转换效率为15%大面积 (910×455mm) 组件效率达13.4%[5]。国内南开大学从“六五”开始, 连续四个五年计划得到国家科技攻关项目和国家973项目的支持, 非晶硅/微晶硅叠层电池的研究取得了不俗的成果;薛俊明[6]等人采用射频等离子体增强化学气相沉积 (RF-PECVD) 技术制得的a-Si c-Si叠层池效率达到9.83%;韩晓艳等人采用甚高频等离子体增强化学气相沉积 (VHF-PECVD) 技术制备的非晶/微晶叠层电池效率高达11.17%, 接近国际先进水平。

硅基薄膜太阳电池有着广阔的开发利用前景, 但同时也存在着转换效率和稳定性等问题, 将在未来随着科研人员的努力不断地提高和改进, 给人类生产生活带来更多的方便。

摘要：硅基薄膜太阳电池由于材料成本、转换效率等特点受到人们的关注, 就非晶硅薄膜、多晶硅薄膜、微晶硅薄膜和非微叠层太阳电池的应用和发展趋势做了简要的分析。

关键词：太阳电池,光伏建筑一体化,薄膜

参考文献

[1]Meier J, Dubail S, Frlckiger R, et a1.Intrinsic microcrystalline silicon (μc-Si:H) -apromising new thin film solar cell material[M]//Proc.of1st wor1d Conference on Photovoltaic Solar Energy Conversion, Hawaii, USA, 1994:409.

[2]Meier J, Spitznagel J, Kroll U, et a1.Potential of amorphous and microcrystalline silicon solar cells[J].Thin Solid Films, 2004, 451/452:518-524.

[3]Rech B, Repmann T, van den Donker M N.Challenges in microcrystalline silicon based solar cell technology[J].Thin Solid Films, 2006, 511/512:548-555.

[4]Yan B, Yue G, Owens J M, et a1.Photovoltaic Energy Conversion[M]//Conference Record of the2006, IEEE4th W orld Conference, 2006:1477-1480.

[5]Yamamoto Y, Nakajima A, Yoshimi M, et a1.A high efficiency thin film silicon solar cell and module[J].Solar Energy, 2004, 77:939-949.

薄膜锂离子电池 篇7

正由于前文所叙的原因, 光伏产品近年来得到了全世界的高度关注, 但是目前主流的晶体硅光伏产品在太阳能的转化率上显得差强人意, 在现今的能源体系下只能做为一种弥补产品, 并没有取代其他能源的可能, 而且其投资额度较高, 各国政府在光伏产业上不得不做出大量财政的补贴, 这更是使得晶体硅表现不尽人意。而由鑫明光 (中国) 控股有限公司研制开发的CIGS薄膜电池有望改变光伏行业这一现状。

铜铟镓硒 (CIGS) 以印刷的方式附着在塑料基体之上, 从而形成一块光伏电池组件。CIGS薄膜电池外表看似一张普通的相机胶卷, 而其基体确实就是塑料, 可以任意的弯曲, 而在转化率方面, CIGS薄膜电池要比晶体硅毫不逊色, 最高可达到20%, 是目前其它是薄膜太阳电池之首。在同等面积下, 如:0.33×2米组件重量仅为1.2kg, 比传统材料轻80%, 这种轻盈的体质将使得CIGS薄膜电池的应用有着无限种可能。

目前光伏建筑一体化是光伏行业的一种新趋势, 但如果利用即有建筑来安装晶体硅光伏板将面临本体过重的问题, 往往需要对即有建筑的屋顶进行强化, 这又进一步增加了成本。而CIGS薄膜电池则完全不用担心这个问题, CIGS薄膜电池组件可直接粘贴到屋顶面板上, 贴好的面板/屋面材料结合处可承受160mph的风力。CIGS组件不像晶硅电池那样笨重、易碎, 也不需要做任何屋顶穿透或任何架构支撑。可以使用在典型的被白色PVC膜覆盖或者锌材料制作的立边咬合系统的商业屋面。CIGS产品可以制备在柔性的基底上, 实现与屋面板材完美结合, 或者这样说, CIGS产品可以跟屋面板和其他建筑材料融为一体。

光伏建筑的应用只是CIGS薄膜电池的一个方面, 由于其轻盈的体质和不低的光电转化率使其在民用方面也存有广泛空间。例如鑫明光公司研发的光伏背包, 表面上看起来和普通背包无异, 但其集成了充电电源, 如此一来, 只要背着背包在行走, 便可以给手机等随身电子设备进行充电, 而且值得一提的是CIGS薄膜电池在阴天下也可以工作, 你并不需要因为给手机充电而背着背包在烈日下奔走。除此之外, CIGS薄膜电池还可以在航空、航天、汽车等多领域应用。