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非晶硅太阳电池目前问题

2022/07/15192 作者:佚名
导读:非晶硅太阳能电池由于其成本低,重量轻等特性在今后的民用乃至工业应用上有着极大的发展前景,因此大力发展非晶硅太阳能电池是个可持续发展的选择,但有两个主要问题一直制约着非晶硅太阳能电池的发展:转换效率低和稳定性问题。 (1)寿命短,稳定性问题 在光的不断照射下会发生所谓Staebler-Wronski效应,光电转化效率会下降到原来的25%,这本质上正是非晶硅中有太多的以悬键为代表的缺陷,致使结构不稳定

非晶硅太阳能电池由于其成本低,重量轻等特性在今后的民用乃至工业应用上有着极大的发展前景,因此大力发展非晶硅太阳能电池是个可持续发展的选择,但有两个主要问题一直制约着非晶硅太阳能电池的发展:转换效率低和稳定性问题。

(1)寿命短,稳定性问题

在光的不断照射下会发生所谓Staebler-Wronski效应,光电转化效率会下降到原来的25%,这本质上正是非晶硅中有太多的以悬键为代表的缺陷,致使结构不稳定。

非晶硅太阳能电池的光电转换效率会随着光照时间的延续而衰减,即所谓的光致衰退效应,使得电池性能不稳定。

光致衰退效应也称 S-W效应,a-Si:H 薄膜经较长时间的强光照射或电流通过,在其内部将产生缺陷而使薄膜的使用性能下降,称为 Steabler-Wronski效应。对S-W 效应的起因以及造成衰退的微观机制,目前没有形成统一的观点。

总的看法如下:

没有掺杂的非晶硅薄膜由于其结构缺陷,存在悬挂键、断键、空穴等,导致其电学性能差而很难做成有用的光电器件。所以,必须对其进行氢掺杂以饱和它的部分悬挂键,降低其缺陷态密度,即形成所谓的 a-Si:H 薄膜。在这种a-Si:H 薄膜材料中,能够稳定存在的是 Si-H 键和与晶体硅类似的 Si-Si 键,这些键的键能较大,不容易被打断。然而由于a-Si:H 材料结构上的无序,使得一些 Si-Si 键的键长和键角发生变化而使 Si-Si键处于应变状态。高应变的Si-Si 键的化学势与 H 相当, 可以被外界能量打断,形成 Si-H 键或重新组成更强的 Si-Si 键。如果断裂的应变 Si-Si 键没有重构,则 a-Si:H 薄膜的悬挂键密度增加。而 S-W 效应就是由于光照导致在带隙中产生了新的悬挂键缺陷态(深能级),这种缺陷态会影响 a-Si:H 薄膜材料的费米能级EF的位置,从而使电子的分布情况发生变化,进而一方面引起光学性能的变化,另一方面对电子的复合过程产生影响。这些缺陷态成为电子和空穴的额外复合中心,使得电子的俘获截面增大,寿命下降。

(2)光电转化效率远比晶体硅低

现今市场上的晶体硅的光电转化效率为12%,最近面世的晶体硅的光电转化效率已经提高到18%,在实验室里,甚至可以达到29%(对比:绿色植物的叶绿体的光电转化效率小于1%),然而非晶硅的光电转化效率一直没有超过10%。

*文章为作者独立观点,不代表造价通立场,除来源是“造价通”外。
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