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4用于薄膜電池的導電膜玻璃
薄膜電池顧名思義就是用很薄的半導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)界的足夠關注,市場占有率很低。隨著其技術的不斷進步,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。有利于提高光穩(wěn)定性,并且吸收層材料(Si本征層)的光學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)通過等離子體化學氣相沉積技術在透明導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上通過硅烷(SiH4)的等離子體化學氣相沉積形成,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氣相沉積技術LPCVD,在沉積過程中直接形成霧度。產(chǎn)品具有良好的光學性能,在3.2mm低鐵超白玻璃上鍍制TCO層后的太陽光譜(400-1100nm)透過率達到了85%,與非晶/微晶復合電池的匹配很好。
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