电流—电压关系曲线(l—V曲线)测量
电流 一 电压关系曲线(I一V曲线)在工程科学中是极其重要而又常用的关系曲线， 在太阳能电池的研究中，I一V曲线测量也是非常重要的研究手段。
手动测量I—V曲线电路图
太阳能电池的光电流一光电压曲线 (I-V曲线)和功率一光电压曲线
DSSC电池的组装及其光电性能测试
将涂覆的溶胶 膜烘烤使有机 物基本挥发分 解形成的薄膜 中TiO2粒子呈 纳米晶网络海 绵状
制备纳米TiO2粒子溶胶或前躯体
TiO2粒子溶胶或前躯体质量的好坏直接影响着 薄膜的质量
1
2
3
将钛醇盐（如钛酸 四醇酯）溶于有机 溶剂（如异丙酮） 混合均匀，然后滴 入酸中可形成透明 TiO2胶体
以Ticl4为原料，通 过气相水解法、火
➢ 此外还有半导体液相外延生长法、固相结晶法和 溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜太阳能电池。
非晶硅薄膜太阳能电池制备
• 三种主要方法
➢反应溅射法、低压化学气相沉积法(LPCVD)和等离 子体增 强化学气相沉积法(PECVD)等。
• 主要制备过程
➢反应原料气体为H2稀释的SiH4，衬底主要为玻璃 及不锈钢片，制成的非晶硅薄膜经过不同的电池工 艺过程可分别制得单结电池和叠层太阳能电池。
国内投资状况
国外投资状况
1 2009年10月，英特尔投资公司以2000万美元投资正处
于扩张期的深圳创益科技，助其发展光伏产业
2 国际金融公司(IFC) 向新奥集团旗下新奥太阳能有限公司
投资1500万美元，并组织总计1.21亿美元的贷款，助 其发展光伏产业
3 百世德太阳能计划在苏州、南昌建设两座薄膜太阳能项
硅薄膜太阳能电池
全球太阳能电池最大的生产企业日本夏普电器公司董事长片山干 雄指出：“2013年之前是薄膜硅和结晶硅齐头并进，2013年以后 薄膜硅将成主流。”
晶体硅太阳电池是光伏 市场的主导产品之一
薄膜硅太阳能电池
• 材料大多来自半导体硅材料的 外品和单晶硅的头尾料,原料紧
缺
• 硅材料是构成晶体硅太阳电 池组件成本中很难降低的部分
焰水解法或激光热
解法，可以得到以
锐钛矿相为主的粉 体材料
以工业钛为牺牲阳 极，在常温常压下 有机电解，可制备 钛的多种醇盐前躯 体
实验举例
制备纳 米粒子
配置一定浓 度的钛酸四 丁酯乙醇溶 液
涂覆
匀胶机转速 2000r/min时 间30s在导电 玻璃上涂覆 湿溶胶溶液
干燥或 烘干
甩胶控制厚度 （100 ℃干 燥5min,取出 冷却5min） 电阻炉10 ℃/s升至450 ℃保温30min
激光 雕刻
接触金属网状 铝层和激光雕 刻
微晶硅薄膜制备方法
❖ 制备微晶硅材料的主要技术方法包括3种化学气相 沉积法最早用于沉积微晶硅的技术的是：
➢ 1. 射频等离子体增强化学气相沉积（RFPECVD。
➢ 2. 甚高频等离子体增强化学气相沉积方法 （VHF-PECVD）
➢ 3. 热丝化学气相沉积（HW-CVD）
光照下产生超亲水 性
防水汽和防污 玻璃及陶瓷
TiO2薄膜的常用制备工艺
溶胶-凝 胶涂层 法
化学气 相沉积
电沉 积法
喷雾热 分解
自组装 制膜
物理气 相沉积
太阳能薄膜制备方法
TiO2薄膜根据 不同用途可以
选用不同制备
方法。
针对太阳能 TiO2薄膜，由 于需要大的比
表面积，通常 采用溶胶—凝 胶法制备。
CIGS (铜铟硒化物)
薄膜太阳能模块结构图
薄膜太阳能模块是由玻璃基板、金属层、透明导 电层、电器功能盒、胶合材料、半导体层..等
薄膜太阳电池产品应用
半透明式的太阳能电池模： 建筑整合式太阳能应用
薄膜太阳能之应用： 随身折迭式充电电
源、军事、旅行
薄膜太阳能模块之应用： 屋顶、建筑整合式、远
程电力供应、国防
பைடு நூலகம்
薄膜太阳能电池的原理
❖ 主要是利用光伏效应(photovoltaic effect)将光能直接转换成电 能的一种P-N结半导体装置。
当晶片的接触面受光后，只要光子的能量等于或大于Eg，就会把电子从价带激 发到导带，在价带中留下一个空穴，产生电子-空穴对。如果所产生的电子-空 穴对有足够长的寿命，各自扩散到p-n 结的势垒区附近，在p-n 结的内建电场 作用下被互相分离，光生的非平衡空穴往带负电的p 型区移动，电子往带正电 的n 型区移动。在p-n 结开路情况下。n 区边界将积累非平衡电子，p 区边界 将积累非平衡空穴，产生一个与p-n 结内建电场方向相反的光生电场Voc，这 就是光伏效应。在p-n 结短路情况下光生电子和光生空穴分别产生电流Jn 和Jp， 总的光生电流密度Jsc为两者之和。此时在晶片的两边加上电极并引入负载，只 要光照不停止，就会不断地有电流流过电路，p-n 结起到了电源的作用，这就 是光电池的基本工作原理。光照在接触面产生的电子－空穴对愈多，电流愈大。
1. 紫外－可见光分光光度计，测量薄膜的透光率。 2. 利用薄膜厚度测试仪监测膜厚或用称重法计算出
膜厚。
3. 采用X射线衍射（XRD）测薄膜的晶相组成 4. 研究非晶硅薄膜结构或是晶化，主要是通过测量
Raman谱中TO模式的变化来实现的。 5. 扫描电子显微镜（SEM）观察成膜质量、表面形
貌、以及薄膜的析晶情况等
采用X射线衍射（XRD）测 薄膜的晶相组成
扫描电子显微镜（SEM）观 察薄膜的表面形貌、显微结 构及薄膜断面、膜厚等
1 薄膜结构与形貌表征
用扫描电镜自带的电子能谱损失谱(EDS) 测定薄膜的组成元素分布和均匀性，结合 电镜形貌较准确的判定相关微区结构的成 分，通过计算获得各组成成分的相对含量 。
用原子力显微镜观察Ti02薄膜的三维 显微图像。
非晶硅薄膜太阳能电池制备
三室连续PEVCVD沉积系统。该沉积系统由PIN三个反应室、真空系统、 供气系统、激励电源与衬底加热系统等主要单元组成。PIN三个反应室 都开有观察窗口，P室和N室分别进行p型与n型材料的沉积，I室用于制 备本征层(i层)材料
非晶硅薄膜太阳能电池制备
➢a-Si：H主要制备流程如下：
溶胶—凝胶法 具有纯度高、 均均匀性强、 合成温度低、 反应过程易于 控制、无需特 殊贵重仪器等 优点
溶胶—凝胶法制备TiO2太阳能薄膜
制备纳 米粒子
利用溶胶— 凝胶法制备 出纳米TiO2 粒子溶胶或 前躯体
涂覆
将纳米TiO2 粒子溶胶涂 覆在耐温基 底如玻璃、 不锈钢、陶 瓷等上成膜
干燥或 烘干
•研究途径一
➢寻求适当材料和工艺直接制备出优质稳定的a-Si:H 薄膜.
•研究途径二
➢采取适当的后处理工艺来改进a-Si:H薄膜性质
非晶硅薄膜太 阳能电池制备
非晶硅薄膜太阳能电池制备
➢ 三种主要的制备方法中，PECVD法最为成熟，在 低温下就可以制备非晶硅太阳能电池。
➢ 等离子体增强化学气相沉积：是在沉积室内建立 高压电场，反应气体在一定气压和高压电场作用 下，产生辉光放电，反应气体被激发成非常活泼 的分子、原子、离子和原子团构成的等离子体， 大大降低了沉积反应温度，加速了化学反应过程， 提高了沉积速率。
采用恒电位仪，检流计 ，电阻箱及球形标准氙（AM 1.5）组成的测量系统来测量 所组装太阳能电池的性能。
以球形氙灯为光源对电 池进行照射，通过电阻箱来 调节电阻，通过恒电位仪记 录开路电压Voc，直流检流计 记录短路电流Isc。
DSSC电池的测试
在 染 料 敏化太阳能电池中，通过I一V曲线测试可以得到的描述其光电性能的重 要参数有以下几个:
• 制作成本高，不能满足光伏 工业发展的需要
特点
高效率、低成本、大规模生 产发展
生产工艺
不采用由硅原料、硅锭、硅片 到太阳电池的工艺路线，而采 用直接由原材料到太阳电池 的工艺路线，发展薄膜太阳电 池的技术
多晶硅薄膜太阳能电池制备
➢ 目前，制备多晶硅薄膜太阳能电池多采用各种化 学气相沉积法，包括低压化学气相沉积（LPCVD） 和等离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺和快 热化学气相沉积（RTCVD）工艺。
目工厂，投资金额分别为25亿美元。苏州工厂投产时 间预定为2008年底，南昌工厂为2009年第一季度
染料敏化太阳能电池
孙有政
染料敏化太阳能电池结构
染料敏化太阳能电池（DSSC电池）是一种新型光电化学太阳能电池。由 于制作工艺简单、成本低和性能稳定，并且对环境无污染，具有良好的开 发前景。是解决世界范围内的能源危机和环境问题的一条重要途径。
太阳能薄膜的性能表征
晋俊超
薄膜结构与形貌表征
薄膜的表面结构性质对光生载流子的收集起着 决定性的作用，光生载流子对薄膜的光电化学活性 又起着决定性作用。
不同方法制备的薄膜组成和微结构不同，薄膜 的性能存在显著的差异！应对其表面结构和形貌进 行表征！以达到太阳薄膜光电转化设计的最优化！
1 薄膜结构与形貌表征
存在的问题及改进
显然，通过涂覆的办法只能得到小尺寸的薄膜， 而我们希望薄膜的尺寸越大越好。
使用丝网印刷法制备出大面积的TiO2薄膜，具 体工艺如下：
硅薄膜太阳能电池
吕立锋
硅薄膜太阳能电池
硅薄膜太阳能电池可以分为以下三类：
1
多晶硅薄膜太阳能电池
2 非晶硅薄膜太阳能电池
3
微晶硅薄膜太阳能电池
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研究历程
1954年 美 国贝尔实验室 第一个实用硅 太阳能电池无 机和有机化合 物类光伏材料
发展现状
2006年 370MW
2007年 445MW
• 增长120%
2008年 988.8MW