大面積單結集成型a－Si:H太陽(yáng)電池的結構設計與制備分析

摘要：大面積單結集成型a－Si:H太陽(yáng)電池的結構設計技術(shù)，并分析了制備工藝對其性能的影響。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)電池設計分析

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(yáng)電池的出現，猶如一道曙光，照亮了太陽(yáng)電池大規模地面向應用的道路，經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，其制備工藝日趨穩定和成熟，它巧妙的結構設計和廉價(jià)的制備工藝向人們說(shuō)明：太陽(yáng)能要從補充能源走向替代能源，這種結構設計技術(shù)和制備方法是必須采納的，否則太陽(yáng)電池昂貴的價(jià)格將會(huì )成為其發(fā)展的瓶頸。本文闡述了a－Si:H太陽(yáng)電池的結構設計與制備分析，同時(shí)對影響其性能的工藝參數進(jìn)行了討論。

2大面積單結集成型a－Si:H太陽(yáng)電池的結

構設計

2．1a－Si:H太陽(yáng)電池的結構

　　a－Si:H太陽(yáng)電池是在玻璃基板上利用輝光放電沉積形成非晶硅PIN結構的平板式光電換能器件，單電池的結構如圖1所示，當太陽(yáng)光照射到電池上時(shí)，電池吸收光能產(chǎn)生電子－空穴對，在光電池的內建電場(chǎng)作用下，光生電子和空穴被分離，光電池的兩端出現異性電荷積累，即產(chǎn)生光生電壓，若在兩側引出電極并接上負載，則負載中就有光生電流流過(guò)，從而獲得功率輸出。圖2示出了a－Si:H太陽(yáng)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為負載電阻。

　　目前，a－Si:H單電池的開(kāi)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(méi)有用處，若要輸出較高的電壓和較大的電流，就必須在結構上采取有效的串并聯(lián)措施。

圖1a－Si:H單電池結構 圖2a－Si:H太陽(yáng)電池的等效電路

2．2集成型a－Si:H太陽(yáng)電池的結構設計

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

圖3集成型a－Si:H太陽(yáng)電池的內部結構圖

若要設計一個(gè)給6V、4AhVRLA蓄電池充電的a－Si:H太陽(yáng)電池組件，那么所需的太陽(yáng)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(guò)充閾值電壓，Ud為防反充二極管的正向壓降。

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

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

3大面積單結集成型a－Si:H太陽(yáng)電池的制備分析

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

圖4a－Si:H太陽(yáng)電池工藝順序