硅半导体太阳能电池进展研究

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　　摘要：能源问题关系到整体社会的可持续发展，就当前形势分析，我国能源资源较为紧张，经济发展受到一定的限制，环境协调能力不足。在这种情况下积极开发全新的能源成为推动社会发展的必然条件。硅半导体太阳能电池作为新型能源具有传统能源不能够比拟的优势。本文就硅半导体太阳能电池的发展进行相关分析。
　　关键词：硅半导体、太阳能电池；薄膜电池
　　硅半导体在工业、化工、能源、电子、军事等领域发挥着巨大的作用。太阳能是一种可再生资源，对于太阳能资源的开发与利用将会大大缓解当前能源压力，并且使环境得到改善。因此，开发硅半导体太阳能具有积极地现实意义。
　　1.开发硅太阳能电池的必要性
　　经济发展过程当中容易忽视能源节约与环境保护。当前我国发展受到能源和环境危机的影响逐步的加深，限制了社会各个方面的可持续发展。环境和能源形势不容乐观。如果还以牺牲环境资源为代价实现经济的快速发展，将会打破自然的平衡，必然会对社会、生活造成深远的影响。因此，解决好能源和环境问题，实现人与自然的和谐进步，在以可持续发展为理念不断地开发新型能源。太阳能属于清洁能源，在开发与利用的过程当中不会对周边环境造成污染，同时利用硅半导体，制造硅半导体太阳能电池能够有效地缓解当前环境和能源带来的压力。对于促进社会可持续发展具有积极地促进作用。
　　2.硅半導材料
　　2.1单晶硅材料
　　单晶硅是晶体的重要组成，具有活泼性非金属的特点，作为新型材料单晶硅在硅半导体太阳能电池中具有重要的应用效果，转换效率高，应用技术相对成熟，但是价格较为昂贵，特别是工艺技术复杂，在制造硅半导体太阳能电池上成本较大。转换效率高是单晶硅相比较其他材料最大的优势，现有的第一代硅半导体太阳能电池采用的就是单晶硅，但是随着科学技术水平的提升，单晶硅的转换效率也在逐步的提高，但是值得注意的是，单晶硅的转换效率要远远高于目前的转换效果，还没有达到其极限，就这点进行分析，能够确认单晶硅在硅半导体太阳能电池中的应用具有较大的发展空间。
　　2.2多晶硅材料
　　多晶硅是多晶硅薄膜，在制作工艺上与单晶硅大致一样，但是在投入成本上要明显低于单晶硅，但是在转换效率上没有单晶硅高。处于冷冻状态，多晶硅会发生凝固，内在的原子发生变化，产生晶核，经过分裂会形成较大的晶粒，在经过结合就形成了多晶硅。多晶硅与单晶硅相比，在力学、热学等性质上有着差异性，多晶硅的导电效果差，或者是不存在导电性，化学性与单晶硅较为一致。多晶硅使用的制造工艺主要是改良西门子法和硅烷热分解法，两种方面前者工艺较为完善，在原材料、成本、消耗等方面优势较大。后者工艺纯度相对较高，主要利用闭路循环方式。
　　2.3非晶硅材料
　　上个世纪七十年代开始出现，采用的技术经过不断地创新，与其他材料相比，投入的成本相对较低，环保性较高，在工艺制作上较为简便。特备是在物理性质较为固定的前提下，将会实现?化学性质在不同断层上实现沉淀。
　　3.太阳能电池的原理
　　通过光电进行转换，将太阳能转换为电能，这个转换过程被称为“光伏效应”。太阳能电池中涉及到的半导体材料主要是介于导体与绝缘体之间的特殊物质，半导体原子由带正电荷的原子核和带负电荷的电子组成。半导体硅原子的外层有四个电子，原子核按固定轨道旋转。当这些电子暴露在异能下时，就会变成自由电子，并在它们的位置上留下一个“空穴”，相当于纯硅晶体中的空穴。如果在硅晶体中加入硼和镓等元素，它就会变成空穴半导体，通常用符号P表示，因为这些元素可以捕获电子。当掺杂有磷和砷等元素时，它变成电子半导体，通常用符号n表示。当两个半导体结合时，结形成一个p-n结，防止电子和空穴相互扩散和移动。当太阳电池受到辐射时，电子接收光能并向n型区移动，使n型区带负电荷。同时，孔向p型区移动，使p型区带正电。这样，电动势或电压就产生在p-n结的两端。如果P结和N结分别与金属丝焊接并连接到负载上，则外部电路会有电流通过，从而形成单个电池元件，串联、并联，它们会产生一定的电压和电流，输出功率。
　　4.硅半导体太阳能电池未来的发展
　　硅半导体太阳能电池将会成为社会发展和国民经济增长的重要能源基础，晶体硅与硅薄膜将会成为太阳能电池的关键构成。硅薄膜在技术和应用上发展更为良好，具有原材料使用相对较少，成本费用低等特点，特别是工艺技术水平的提升，硅薄膜电池的转换效率逐步提升，衰减速度也越来越慢。联想等一些企业也对硅薄膜太阳能电池进行了较为系统的研究，并且取得了较大的技术性突破。但是，在转换效率低的问题上还没有完全的克服，硅薄膜太阳能电池造价相对较高，需要投入大量的成本，也是不容忽视的限制条件。多晶硅薄膜太阳能电池是一种新型太阳能电池，具有光电转换效率高、寿命稳定、非晶硅太阳能电池材料制备工艺简单、成本低、无污染、面积大等优点。具有广阔的发展前景。多晶硅太阳能电池占据主流，除了具有优异性能的此类电池外，还在于其丰富、廉价、无毒、无污染的硅原料来源，而且近年来多晶硅降低成本将使多晶硅太阳能电池受到欢迎。但多晶硅薄膜的粒径、晶粒形状和晶界、膜厚和基片分布以及中有害杂质的含量严重影响了阳光的吸收和载流子的复合速率，从而影响了光电转换效率，也是多晶硅的性能。在薄膜太阳能电池中，单晶硅太阳能电池的主要成因仍然是落后的。
　　结束语
　　对于硅半导体太阳能电池进展的研究，需要确定开发硅半导体太阳能电池的必要性，明确对国民经济发展的重要意义。单晶硅、多晶硅以及非晶硅是硅半导体太阳能电池的主要材料。在今后的发展当中，单晶硅太阳能电池的发展空间将会越来越大，特别是硅系薄膜电池所需要的原料较少，相对的制造成本也会降低，当前工艺技术能够满足其发展需求。但同时，晶硅电池的转换效率相对较差，设备价格较为昂贵，也在一定程度上限制了其发展。光伏产业需求的多晶硅原料较大，导致资源短缺明显，因此，都为薄膜电池的发展提供了机遇。薄膜电池将会成为晶体硅电池的有效替代品。
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　　作者简介：丁彦妮 1994 女 汉 山西 本科 三江学院 学生。
　　（作者单位：三江学院）
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