什么是非晶硅薄膜电池?结构组成和优点是什么?

时间:2023年08月25日 15:25:53 点击次数:1425来源:原创

非晶硅薄膜电池是太阳能电池中的一种,其有着生产成本低廉、生产过程环保无污染、弱光发电性能优良、高温发电性能优良、综合发电能力强等显著优势。在当前有着广阔的发展空间,那么什么是非晶硅薄膜电池?其结构组成和优点是什么?本文迈贝特为大家详细介绍。

平屋顶非晶硅薄膜电池项目

一、什么是非晶硅薄膜电池?

非晶硅薄膜电池是一种太阳能电池,它使用非晶硅(a-Si)作为半导体材料。非晶硅与晶态硅(如单晶硅多晶硅)不同,它没有规则的晶格结构。其优点在于制备过程简单、弱光响应好、生产成本低、柔性可折叠等特点。

非晶硅薄膜太阳能电池产品可分为小片型和大片型。其中小片型为发电功率小,一般在10W以下,其主要应用于太阳能灯具,太阳能玩具,太阳能充电器等离网消费型电子产品领域,要求太阳能电池产品使用寿命在3-5年以上;大片型为发电功率较大,一般在10W以上,其主要应用于大中型光伏发电系统,如屋顶光伏系统,地面光伏电站,BIPV光伏发电系统等。

二、非晶硅薄膜电池的结构组成

1、基板(Substrate):该基板通常是玻璃、塑料或金属,用作支撑结构,并可能在某些情况下也作为电池的电极。

2、透明导电氧化物(TCO):在基板上,首先沉积一层透明导电氧化物,如氧化锡铟(ITO)或氧化锌铝(AZO)。这一层的作用是允许光线进入电池的同时,也为电池提供了一个电极。

3、P层(P-doped Layer):这是非晶硅薄膜电池的一个掺杂层,通常掺杂有硼元素,使其成为正型半导体。

4、I层(Intrinsic Layer):这是电池的主要光吸收层,由纯净的非晶硅制成。当太阳光照射到这一层时,会在其中产生光生电子和空穴。

5、N层(N-doped Layer):这也是一个掺杂层,通常掺杂有磷元素,使其成为负型半导体。

6、背电极(Back Electrode):在N层的顶部,有一个背电极,通常由金属(如铝)制成。它用于从电池中提取电流,并可以充当反射层,将未吸收的光线反射回电池内部,以增加光的吸收效率。

这种结构通常被称为p-i-n结构。但是还有其他种类的非晶硅薄膜电池,例如n-i-p结构,它们的制造和层次排列与p-i-n结构相反。

非晶硅薄膜电池还可以采用多结构,这意味着在一个电池单元中堆叠多个p-i-n结构,每个结构都是为了吸收太阳光谱中的不同部分而优化的,从而进一步提高效率。

长条非晶硅薄膜电池

三、非晶硅薄膜电池的封装技术

第一种:采用EVA材料,用玻璃层压封装。这种封装效果最好,能保证产品在户外使用20年以上。但这种技术成本较高,主要用在应用于中大型光伏发电系统的大片型非晶硅薄膜太阳能电池组件产品上,而应用于消费性电子产品领域的小型太阳能产品的非晶硅薄膜太阳能电池产品不适宜采用该技术。

第二种:以PVC胶膜贴附在薄膜太阳能电池层上面进行封装。该方式的缺点是:PVC胶膜贴附的封装效果一般,水汽极易浸入电池层,侵蚀太阳能电池;PVC胶膜贴附工艺容易形成气泡,影响美观降低成品率,同时气泡区域也容易被侵蚀;超声点焊效果不佳,UV胶在实际使用中容易老化脱落,不够美观;采用PVC膜封装直接暴露在户外的有效使用寿命短,通常半年左右。

第三种:采用丝网印刷耐酸碱油墨的方法,在非晶硅薄膜电池表面印刷一层耐酸碱的油墨进行封装。该技术来源于电路板制造工艺中印刷保护油墨保护电路板的技术。

其封装工艺流程是:在大片非晶硅薄膜太阳能电池设计位置处用丝网印刷机印刷上引出导线焊接用导电铜膏,烘干固化;再进行第二次丝网印刷在整块电池上丝网印刷上一层保护油墨(导电铜膏位置处不印刷),烘干固化。再进行玻璃切割,将大片电池切割成设计好的小片电池,再在导电铜膏上手工焊接导线。

该技术的缺点是:

1、生产工艺较复杂,需要丝网印刷设备,丝印工艺要求高;丝印技术通常必须在电池四边留1mm左右宽度的空白区以便定位和方便规模化生产,四边丝印无保护区是降低寿命的潜在隐患;

2、由于小片非晶硅薄膜太阳能电池均是由同一规格的大片非晶硅薄膜太阳能电池通过玻璃切割机按设计尺寸和版图裁切而成,其丝印也是一次性在大片上完成丝印,因此在每块小片四周需要留一定间隙(1-2mm)的空白区以便方便玻璃切割定位,减少后续工艺流程复杂度,降低成本;

3、由于丝印导致的工序较复杂,成品率不够高;

4、丝印油墨厚度很薄(无法进一步增厚保护层),容易刮破伤及电池。

以上是非晶硅薄膜电池的相关介绍。如果太阳能薄膜电池能充分展现潜在的优势,我们可以预见未来在城市的建筑中,这种薄膜太阳能电池不仅会布满屋顶,还会覆盖建筑的正面。在新建的房屋中,它们有望被作为屋顶材料整体使用。此外,这些电池还有望为新型太阳能汽车及卡车提供动力。

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