大面积单结集成型a－Si:H太阳电池的结构设计与制备分析

摘要：大面积单结集成型a－Si:H太阳电池的结构设计技术，并分析了制备工艺对其性能的影响。

关键词：太阳电池设计分析

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太阳电池的出现，犹如一道曙光，照亮了太阳电池大规模地面向应用的道路，经过十几年的发展，其制备工艺日趋稳定和成熟，它巧妙的结构设计和廉价的制备工艺向人们说明：太阳能要从补充能源走向替代能源，这种结构设计技术和制备方法是必须采纳的，否则太阳电池昂贵的价格将会成为其发展的瓶颈。本文阐述了a－Si:H太阳电池的结构设计与制备分析，同时对影响其性能的工艺参数进行了讨论。

2大面积单结集成型a－Si:H太阳电池的结

构设计

2．1a－Si:H太阳电池的结构

　　a－Si:H太阳电池是在玻璃基板上利用辉光放电沉积形成非晶硅PIN结构的平板式光电换能器件，单电池的结构如图1所示，当太阳光照射到电池上时，电池吸收光能产生电子－空穴对，在光电池的内建电场作用下，光生电子和空穴被分离，光电池的两端出现异性电荷积累，即产生光生电压，若在两侧引出电极并接上负载，则负载中就有光生电流流过，从而获得功率输出。图2示出了a－Si:H太阳电池的等效电路。IL为光生电流，Id为二极管的暗电流，Rsh为并联电阻，Rs为串联电阻，RL为负载电阻。

　　目前，a－Si:H单电池的开路电压Uoc约为0.8V，工作电压Um约为0.55V,短路电流密度Jsc约为13.4mA/cm2,工作电流密度Jm约为11mA/cm2。这么小的电能输出基本上没有用处，若要输出较高的电压和较大的电流，就必须在结构上采取有效的串并联措施。

图1a－Si:H单电池结构 图2a－Si:H太阳电池的等效电路

2．2集成型a－Si:H太阳电池的结构设计

为了获得一定的功率输出，就必须把众多的a－Si:H太阳电池有效地串并联起来，然而，a－Si:H太阳电池是一种薄膜器件，靠外引线串联既不可靠也不方便，因而在制备时就必须考虑在内部集成。图3示出了它的内部集成结构图。图中1、2、3、4为四个单电池，组合形式为串联，电流流动方向如图中所示。

图3集成型a－Si:H太阳电池的内部结构图

若要设计一个给6V、4AhVRLA蓄电池充电的a－Si:H太阳电池组件，那么所需的太阳电池组件的工作电压为：

Um≥3×UT＋Ud=8V

式中:UT为VRLA蓄电池的过充阈值电压，Ud为防反充二极管的正向压降。

由于单节a－Si:H太阳电池的工作电压约为0.55V，则至少需15节电池串联，若按C/10的电流充电，则所需的a－Si:H太阳电池组件的输出电流至少应大于400mA，那么单节太阳电池的面积至少应大于37cm2,考虑到内部串联布线所占的面积，最后单节太阳电池的面积取为1×51cm2。

因此所要求的a－Si:H太阳电池组件为15节单电池面积为1×51cm2的太阳电池串联。

3大面积单结集成型a－Si:H太阳电池的制备分析

a－Si:H太阳电池由多层薄膜有机结合而成，制备时按图4的工艺顺序制作。

图4a－Si:H太阳电池工艺顺序