大面積單結(jié)集成型a－Si:H太陽電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計與制備分析

摘要：大面積單結(jié)集成型a－Si:H太陽電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)，并分析了制備工藝對其性能的影響。

關(guān)鍵詞：太陽電池設(shè)計分析

Structural Device and Preparation Analysis of Large Area

Single Junction Integrated a－ Si:H Solar Cells

Abstract: This psper reports structural device of large area single junction integrated amorphous silicon solar cells,and analyses influence on performance by preparation.

Keywords:Solar Cell Device Analysis

1引言

a－Si:H太陽電池的出現(xiàn)，猶如一道曙光，照亮了太陽電池大規(guī)模地面向應(yīng)用的道路，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，其制備工藝日趨穩(wěn)定和成熟，它巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計和廉價的制備工藝向人們說明：太陽能要從補充能源走向替代能源，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)和制備方法是必須采納的，否則太陽電池昂貴的價格將會成為其發(fā)展的瓶頸。本文闡述了a－Si:H太陽電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計與制備分析，同時對影響其性能的工藝參數(shù)進行了討論。

2大面積單結(jié)集成型a－Si:H太陽電池的結(jié)

構(gòu)設(shè)計

2．1a－Si:H太陽電池的結(jié)構(gòu)

　　a－Si:H太陽電池是在玻璃基板上利用輝光放電沉積形成非晶硅PIN結(jié)構(gòu)的平板式光電換能器件，單電池的結(jié)構(gòu)如圖1所示，當(dāng)太陽光照射到電池上時，電池吸收光能產(chǎn)生電子－空穴對，在光電池的內(nèi)建電場作用下，光生電子和空穴被分離，光電池的兩端出現(xiàn)異性電荷積累，即產(chǎn)生光生電壓，若在兩側(cè)引出電極并接上負(fù)載，則負(fù)載中就有光生電流流過，從而獲得功率輸出。圖2示出了a－Si:H太陽電池的等效電路。IL為光生電流，Id為二極管的暗電流，Rsh為并聯(lián)電阻，Rs為串聯(lián)電阻，RL為負(fù)載電阻。

　　目前，a－Si:H單電池的開路電壓Uoc約為0.8V，工作電壓Um約為0.55V,短路電流密度Jsc約為13.4mA/cm2,工作電流密度Jm約為11mA/cm2。這么小的電能輸出基本上沒有用處，若要輸出較高的電壓和較大的電流，就必須在結(jié)構(gòu)上采取有效的串并聯(lián)措施。

圖1a－Si:H單電池結(jié)構(gòu) 圖2a－Si:H太陽電池的等效電路

2．2集成型a－Si:H太陽電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了獲得一定的功率輸出，就必須把眾多的a－Si:H太陽電池有效地串并聯(lián)起來，然而，a－Si:H太陽電池是一種薄膜器件，靠外引線串聯(lián)既不可靠也不方便，因而在制備時就必須考慮在內(nèi)部集成。圖3示出了它的內(nèi)部集成結(jié)構(gòu)圖。圖中1、2、3、4為四個單電池，組合形式為串聯(lián)，電流流動方向如圖中所示。

圖3集成型a－Si:H太陽電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

若要設(shè)計一個給6V、4AhVRLA蓄電池充電的a－Si:H太陽電池組件，那么所需的太陽電池組件的工作電壓為：

Um≥3×UT＋Ud=8V

式中:UT為VRLA蓄電池的過充閾值電壓，Ud為防反充二極管的正向壓降。

由于單節(jié)a－Si:H太陽電池的工作電壓約為0.55V，則至少需15節(jié)電池串聯(lián)，若按C/10的電流充電，則所需的a－Si:H太陽電池組件的輸出電流至少應(yīng)大于400mA，那么單節(jié)太陽電池的面積至少應(yīng)大于37cm2,考慮到內(nèi)部串聯(lián)布線所占的面積，最后單節(jié)太陽電池的面積取為1×51cm2。

因此所要求的a－Si:H太陽電池組件為15節(jié)單電池面積為1×51cm2的太陽電池串聯(lián)。

3大面積單結(jié)集成型a－Si:H太陽電池的制備分析

a－Si:H太陽電池由多層薄膜有機結(jié)合而成，制備時按圖4的工藝順序制作。

圖4a－Si:H太陽電池工藝順序