基本介紹
- 中文名：矽光電池
- 類別：半導體
- 核心部分：PN結
- 作用：光電轉化
套用,產業,類別,晶體矽,非晶矽,多晶矽,碲化鎘,砷化鎵,其它材料,
套用
光敏感測器的基礎是光電效應，即利用光子照射在器件上，使電路中產生電流或使電導特性發生變化的效應。目前半導體光敏感測器在數碼攝像、光通信、太空飛行器、太陽能電池等領域得到了廣泛套用，在現代科技發展中起到了十分重要的作用。
光電控制器件--用作光電開關等光電控制設備的轉換器件。
產業
光伏技術可直接將太陽的光能轉換為電能，用此技術製作的光電池使用方便，特別是近年來微小型半導體逆變器迅速發展，促使其套用更加快捷。美、日、歐和開發中國家都制定出龐大的光伏技術發展計畫，開發方向是大幅度提高光電池轉換效率和穩定性，降低成本，不斷擴大產業。目前已有80多個國家和地區形成商業化、半商業化生產能力，年均增長達16%，市場開拓從空間轉向地面系統套用，甚至用於驅動交通工具。據報導，全球發展、建造太陽能住宅（光電池 作屋頂、外牆、窗戶等建材用）投資規模為600億美元，而到2005年還會再翻一倍達1200億美元，光伏技術製作的光電池有望成為21世紀的新能源。以下按其材料分類，展示光伏技術、產業及市場發展動向。
類別
晶體矽
晶體矽光電池有單晶矽與多晶矽兩大類，用P型（或n型）矽襯底，通過磷（或硼）擴散形成Pn結而製作成的，生產技術成熟，是光伏市場上的主導產品。採用埋層電極、表面鈍化、強化陷 光、密柵工藝、最佳化背電極及接觸電極等技術，提高材料中的載流子收集效率，最佳化抗反射膜、 凹凸表面、高反射背電極等方式，光電轉換效率有較大提高。單晶矽光電池面積有限，目前比較大的為Φ10至20cm的圓片，年產能力46MW/a。目前主要課題是繼續擴大產業規模，開發帶狀矽光電池技術，提高材料利用率。國際公認最高效率在AM1.5條件下為24%，空間用高質量的效率在AM0條件約為13.5?18%，地面用大量生產的在AM1條件下多在11?18%之間。以定向凝固法生長的鑄造多晶矽錠代替單晶矽，可降低成本，但效率較低。最佳化正背電極的銀漿和鋁漿絲網印刷，切磨拋工藝，千方百計進一步降成本，提高效率，大晶粒多晶矽光電池的轉換效率最高達18.6%。
非晶矽
a-Si（非晶矽）光電池一般採用高頻輝光放電方法使矽烷氣體分解沉積而成的。由於分解沉積溫度低，可在玻璃、不鏽鋼板、陶瓷板、柔性塑膠片上沉積約1μm厚的薄膜，易於大面積化 （0.5m×1.0m），成本較低，多採用p in結構。為提高效率和改善穩定性，有時還製成三層p in 等多層疊層式結構，或是插入一些過渡層。其商品化產量連續增長，年產能力45MW/a，10MW生產線已投入生產，全球市場用量每月在1千萬片左右，居薄膜電池首位。發展集成型a-Si光電池組 件，雷射切割的使用有效面積達90%以上，小面積轉換效率提高到14.6%，大面積大量生產的為8-10%，疊層結構的最高效率為21%。研發動向是改善薄膜特性，精確設計光電池結構和控制各層厚度，改善各層之間界面狀態，以求得高效率和高穩定性。
多晶矽
p-Si（多晶矽，包括微晶）光電池沒有光致衰退效應，材料質量有所下降時也不會導致光電池受影響，是國際上正掀起的前沿性研究熱點。在單晶矽襯底上用液相外延製備的p-Si光電池轉 換效率為15.3%，經減薄襯底，加強陷光等加工，可提高到23.7%，用CVD法製備的轉換效率約為 12.6-17.3%。採用廉價襯底的p-Si薄膜生長方法有PECVD和熱絲法，或對a-Si：H材料膜進行後退火，達到低溫固相晶化，可分別制出效率9.8%和9.2%的無退化電池。微晶矽薄膜生長與a-Si工藝相容，光電性能和穩定性很高，研究受到很大重視，但效率僅為7.7%。大面積低溫p-Si膜與-Si組成疊層電池結構，是提高a-S光電池穩定性和轉換效率的重要途徑，可更充分利用太陽光譜，理論計算表明其效率可在28%以上，將使矽基薄膜光電池性能產生突破性進展。銅銦硒光電池
CIS（銅銦硒）薄膜光電池已成為國際光伏界研究開發的熱門課題，它具有轉換效率高（已達到17.7%），性能穩定，製造成本低的特點。CIS光電池一般是在玻璃或其它廉價襯底上分別沉積多層膜而構成的，厚度可做到2?3μm，吸收層CIS膜對電池性能起著決定性作用。現已開發出反應共蒸法和硒化法（濺射、蒸發、電沉積等）兩大類多種製備方法，其它外層通常採用真空蒸發或 濺射成膜。阻礙其發展的原因是工藝重複性差，高效電池成品率低，材料組分較複雜，缺乏控制薄膜生長的分析儀器。CIS光電池正受到產業界重視，一些知名公司意識到它在未來能源市場中的前景和所處地位，積極擴大開發規模，著手組建中試線及製造廠。
碲化鎘
CdTe（碲化鎘）也很適合製作薄膜光電池，其理論轉換效率達30%，是非常理想的光伏材料。可採用升華法、電沉積、噴塗、絲網印刷等10種較簡便的加工技術，在低襯底溫度下製造出效率12%以上的CdTe光電池，小面積CdTe光電池的國際先進水平光電轉換率為15.8%，一些公司正深入研究與產業化中試，最佳化薄膜製備工藝，提高組件穩定性，防範Cd對環境污染和操作者的健康危害。
砷化鎵
GaAs（砷化鎵）光電池大多採用液相外延法或MOCVD技術製備。用GaAs作襯底的光電池效率高 達29.5%（一般在19.5%左右），產品耐高溫和輻射，但生產成本高，產量受限，目前主要作空間電源用。以矽片作襯底，用MOCVD技術異質外延方法製造GaAs電池是降低成本很有希望的方法。
