서론 태양열은 인류가 무궁무진한 재생에너지이자 청정에너지로 어떠한 환경오염도 일으키지 않는다. 태양 에너지의 효과적인 사용; 대양에너지의 광전이용은 최근 몇 년 동안 가장 빠르게 성장하고 가장 역동적인 연구 분야이자 가장 눈에 띄는 프로젝트 중 하나이다. 이를 위해 사람들은 태양전지를 개발했다. 태양 전지의 제조는 주로 반도체 재료에 기반을 두고 있으며, 그 작동 원리는 광전재료가 빛 에너지를 흡수하고 광전 변환 반응이 일어나는 것이다. 사용 된 재료에 따라 태양 전지는 1, 실리콘 태양 전지로 나눌 수 있습니다. 2. 비소화 갈륨 III-V 화합물, 황화 카드뮴, 구리 인듐 셀레늄 및 기타 다 성분 화합물과 같은 무기 염으로 만든 배터리; 기능성 고분자 재료로 만든 대형 태양 전지; 나노 결정 태양 전지 등. 어떤 재료로 배터리를 만들든 태양전지 재료에 대한 일반적인 요구 사항은 1, 반도체 재료의 금지대는 너무 넓지 않아야 한다. ② 광전 변환 효율: 3. 재료 자체는 환경을 오염시키지 않습니다. 이 자료는 산업 생산을 용이하게하고 성능은 안정적입니다. 위의 고려에 근거하여 실리콘은 태양전지에 가장 이상적인 재료이며, 이것이 태양전지가 주로 실리콘으로 만들어진 주요 원인이다. 하지만 신소재와 관련 기술이 발달하면서 다른 마을 소재를 기반으로 한 태양전지는 점점 더 매력적인 전망을 보이고 있다. 이 글은 태양전지의 종류와 연구 현황을 간략하게 소개하고 태양전지의 발전과 추세를 토론했다. 1 실리콘 태양전지 1. 1 단결정 실리콘 태양전지실리콘 태양전지 중 단결정 실리콘 태양전지는 변환 효율이 가장 높고 기술이 가장 성숙합니다. 고성능 단결정 실리콘 배터리는 고품질의 단결정 실리콘 재질 및 관련 발열 가공 기술을 기반으로 합니다. 현재 단결정 실리콘의 전기 접지 기술은 이미 성숙에 가까워졌다. 배터리 제조에서는 표면 텍스처화, 방출 영역 패시베이션, 구역 도핑 등의 기술이 있습니다. 보편적으로 채택되다. 개발된 배터리는 주로 평면 단결정 실리콘 배터리와 홈 매립 전극 단결정 실리콘 배터리입니다. 변환 효율을 높이는 것은 주로 단결정 실리콘의 표면 미세 구조 처리와 분할 도핑 공정에 달려 있다. 이와 관련하여 독일 플로엔호프 태양열 시스템 연구소는 세계 최고 수준을 유지하고 있다. 이 연구에서는 리소그래피와 사진을 통해 배터리 표면을 텍스처화하여 거꾸로 피라미드 구조를 만들었다. 표면에 13nm 를 놓았습니다. 두꺼운 산화 패시베이션 레이어는 두 개의 반사 방지 코팅과 결합되어 향상된 전기 도금 공정을 통해 판자 그리드의 종횡비를 높였습니다. 위에서 만든 배터리 변환 효율은 23% 를 넘었지만 최대값은 23.3% 에 달합니다. 경자회사가 준비한 대면적 (225cm2) 단결정 태양전지 전환 효율은 19.44% 로 중국 베이징태양에너지연구소도 고효율 결정체 실리콘 태양전지 개발에 적극 참여하고 있다. 평면 고효율 단결정 실리콘 배터리 (2cm×2cm) 의 변환 효율은 19.79%, 홈 게이트 전극 결정질 실리콘 배터리 (5cm×5cm) 의 변환 효율은 8.6 입니다. 단결정 실리콘 태양전지의 전환 효율은 의심할 여지 없이 가장 높으며, 대규모 응용과 공업 생산에서 여전히 주도적인 지위를 차지하고 있다. 그러나 단결정 실리콘 재료 가격의 영향과 그에 상응하는 번거로운 배터리 기술로 인해 단결정 실리콘 비용이 높고 비용을 크게 낮추기가 매우 어렵습니다. 양질의 재료를 절약하고 단결정 실리콘 배터리의 대안을 찾기 위해 박막 태양전지가 개발되었는데, 그중에서도 폴리실리콘 박막 태양전지와 비결정질 실리콘 박막 태양전지가 대표적인 대표다. 1.2 폴리실리콘 박막 태양전지는 보통 결정질 실리콘 태양전지로 350 ~ 450μ m 두께의 양질의 실리콘으로 만들어졌으며, 실리콘은 당기거나 주조한 실리콘 주괴에서 톱질되었다. 그래서 실제로 더 많은 실리콘 물질을 소비했습니다. 재료를 절약하기 위해 사람들은 1970 년대 중반부터 값싼 라이닝에 폴리 실리콘 필름을 퇴적했지만, 자란 실리콘 막의 결정립 크기로 귀중한 태양전지를 만들지 못했다. 대형 결정립 크기의 박막을 얻기 위해 사람들은 연구를 멈추지 않고 많은 방법을 제시했다. 현재, 화학 기상 증착 (CVD) 은 저압 화학 기상 증착 (LPCVD) 및 플라즈마 강화 화학 기상 증착 (PECVD) 을 포함한 폴리 실리콘 박막 배터리를 제조하는 데 널리 사용되고 있습니다. 또한 액상외연 (LPPE) 과 스퍼터링 침착도 폴리실리콘 박막 배터리를 준비하는 데 사용할 수 있습니다. 화학기상침착은 주로 SiH2Cl2, SiHCl3, Sicl4 또는 SiH4 를 반응가스로 사용하여 일정한 보호 분위기에서 실리콘 원자를 반응시켜 가열된 라이닝에 퇴적한다. 기판 재료는 일반적으로 실리콘, 실리카, 실리콘 질화물 등이다. 그러나, 실리콘이 아닌 라이닝에 큰 알갱이를 형성하기 어렵고, 결정립 사이에 틈새를 형성하기 쉽다는 것을 발견했다. 이 문제를 해결하는 방법은 먼저 LPCVD 를 통해 라이닝에 얇은 비정질 실리콘 층을 쌓은 다음 비정질 실리콘 층을 어닐링하여 더 큰 알갱이를 얻은 다음 이 씨정에 두꺼운 폴리실리콘 막을 증착시키는 것이다. 따라서 재결정 기술은 의심할 여지 없이 매우 중요한 부분이다. 현재 채택된 주요 기술은 고체 결정법과 영역 용융 재결정법이다. 재결정 공정 외에도 폴리 실리콘 박막 배터리는 단결정 실리콘 태양 전지를 제조하는 거의 모든 공정을 채택하여 준비된 태양 전지의 변환 효율을 크게 높였다. 독일 플레부르크 태양열 연구소가 FZ Si 라이닝에 준비한 폴리실리콘 배터리 변환 효율은 19%, 일본 미쓰비시는 16.42% 입니다. 액상외연 (LPE) 의 원리는 기질의 실리콘을 녹이고 온도를 낮춰 실리콘막을 침전시키는 것이다. 미국 Astropower LPE 가 준비한 배터리 효율은 12.2% 에 달했다. 중국 광전발전기술센터의 진철량은 액상 외연을 이용하여 야금급 실리콘에 실리콘 알갱이를 성장시켜 결정체 실리콘 박막 태양전지와 같은 신형 태양전지를 설계했다.' 실리콘 결정립' 태양전지라고 하지만 아직 그 성능에 대한 보도는 보지 못했다. 폴리실리콘 박막 전지용 실리콘의 양은 단결정 실리콘보다 훨씬 적으며, 효율이 떨어지는 문제는 없으며, 값싼 라이닝 재료에 준비할 수 있다. 그 비용은 단결정 실리콘 배터리보다 훨씬 낮지만 비결정질 실리콘 박막 배터리보다 효율이 높다. 따라서 폴리실리콘 박막 배터리는 곧 태양에너지 시장에서 주도권을 차지할 것이다. 1.3 비결정질 실리콘 박막 태양전지가 태양전지를 개발하는 두 가지 주요 문제는 변환 효율을 높이고 비용을 절감하는 것이다. 비결정질 실리콘 박막 태양전지는 비용이 낮고 대규모 생산에 편리하기 때문에 사람들의 관심을 받고 빠르게 발전하고 있다. 사실, 1970 년대 초에 칼슨 등은 비정질 실리콘 배터리의 연구 개발을 시작했으며, 최근 몇 년 동안 그들의 연구 개발은 급속히 발전해 왔습니다. 현재 세계 많은 회사들이 이런 배터리 제품을 생산하고 있다. 비결정질 실리콘은 좋은 태양전지 재질이지만 광학 밴드 갭은 1.7eV 로, 재질 자체가 태양 복사 스펙트럼의 장파 영역에 민감하지 않아 비결정질 실리콘 태양전지의 변환 효율을 제한합니다. 또한 조명 시간이 길어짐에 따라 광전 효율이 떨어집니다. 이를 광 감쇠 S-W 효과라고 하며 배터리 성능을 불안정하게 합니다. 이러한 문제를 해결하는 방법은 하나 이상의 P-i-n 하위 배터리를 준비된 P, I, N 단일 접합 태양 전지에 퇴적함으로써 만든 적층 태양 전지를 준비하는 것입니다. 변환 효율을 높이고 단일 접합 태양 전지의 불안정성을 해결하는 중요한 문제는 다음과 같습니다. 1 서로 다른 밴드 갭 재료를 결합하여 스펙트럼 응답 범위를 높였습니다. (2) 상단 배터리의 I 층은 비교적 얇으며, 조명으로 인한 전기장 강도 변화는 크지 않아, I 층에서 광생 유류자 추출을 보장한다. (3) 기본 배터리에서 생성되는 캐리어는 단일 배터리의 약 절반이며, 빛의 쇠퇴 효과가 감소합니다. (4) 적층 태양 전지의 각 하위 배터리를 직렬로 연결합니다. 비결정질 실리콘 박막 태양전지를 준비하는 방법은 반응성 스퍼터링, PECVD, LPCVD 등 여러 가지가 있다. 반응 원료 가스는 H2 로 희석된 SiH4 로, 베이스는 주로 유리와 스테인리스강판이다. 비결정질 실리콘 박막은 서로 다른 배터리 공정을 통해 단일 접합 배터리와 적층 태양전지를 만들 수 있다. 현재 비결정질 실리콘 태양전지 연구는 첫 번째와 세 겹의 비결정질 실리콘 태양전지 변환 효율이 13% 에 달하여 신기록을 세웠다. 2, 3 층 태양전지는 연간 5MW 까지 생산할 수 있다. 미국연합태양열회사 (VSSC) 에서 제조한 단접합 태양전지의 최대 변환 효율은 9.3%, 3 밴드 갭 3 층 배터리의 최대 변환 효율은 13% 입니다 (표 1 참조). 위에서 설명한 최대 변환 효율은 작은 영역 (0.25cm2) 배터리에서 달성됩니다. 보도에 따르면 단일 비결정질 실리콘 태양전지의 변환 효율은 65,438+02.5% 를 넘었다고 한다. 일본 중앙연구원은 비결정질 실리콘 태양전지의 전환 효율이 13.2% 인 일련의 새로운 조치를 취했다. 국내에서 비결정질 실리콘 박막 배터리, 특히 적층 태양전지에 대한 연구는 많지 않다. 남개대학교 Geng 신화 등은 공업재료를 이용해 20X20cm2 면적, 변환 효율이 8.28%, 알루미늄 등 전극이 있는 A-Si/A-Si 적층 태양전지를 준비했다. 비결정질 실리콘 태양 전지는 변환 효율이 높고, 비용이 저렴하며, 무게가 가볍기 때문에 큰 잠재력을 가지고 있다. 그러나 동시에 안정성이 낮기 때문에 실제 적용에 직접적인 영향을 미칩니다. 안정성 문제를 더 해결하고 전환율을 높일 수 있다면 비정질 실리콘 태양전지는 의심할 여지 없이 태양전지의 주요 발전 제품 중 하나이다. 2 다원화합물 박막 태양전지는 단결정 실리콘 배터리의 대체품을 찾기 위해 폴리실리콘과 비정질 실리콘 박막 이외의 재료의 태양전지를 개발했다. 여기에는 비소화 III-V 족 화합물, 황화 카드뮴, 황화 카드뮴, 구리 플루토늄 박막 배터리가 주로 포함됩니다. 상기 배터리에서 황화 카드뮴 및 브롬화 다결정 박막 배터리는 비정질 실리콘 박막 태양 전지보다 효율이 높고 단결정 실리콘 배터리보다 비용이 저렴하여 대규모 생산이 용이합니다. 그러나 카드뮴은 독성이 강하여 환경에 심각한 오염을 일으킬 수 있다. 따라서 결정질 실리콘 태양전지가 비소화 III-V 족 화합물과 구리 인듐 박막 전지에 가장 적합한 대안이 아니다. 이에 대한 관심은 고변환 효율 때문이다. GaAs 는 1.4eV 의 에너지 간격이 있는 III-V 계열 화합물 반도체 재질에 속하며, 마침 높은 태양광 흡수율의 수치로 이상적인 배터리 소재입니다. GaAs 와 같은 III-V 족 화합물 박막 배터리의 제조는 주로 MOVPE 및 LPE 기술을 사용하며, 여기서 MOVPE 방법으로 GaAs 박막 배터리를 준비하는 것은 라이닝 전위, 반응 압력, III-V 비율, 총 유량 등의 많은 매개변수의 영향을 받습니다. GaAs 외에도 Gasb, GaInP 및 기타 배터리 재료와 같은 다른 III-V 계열 화합물도 개발되었습니다. 65438 년부터 0998 년까지 독일 프라이부르크 태양열 시스템 연구소에서 제조한 GaAs 태양전지 전환 효율은 24.2% 로 유럽 기록을 세웠다. 처음 준비한 GaInP 배터리 변환 효율은 14.7% 입니다. 표 2 를 참조하십시오. 또한 이 연구소는 스택 구조를 사용하여 GaAs 및 Gasb 배터리를 준비합니다. 이 배터리는 별도의 두 개의 배터리 스택으로 구성됩니다. GaAs 는 상층 배터리이고 Gasb 는 하층 배터리입니다. 배터리 효율이 31..1%에 달했다. 구리 인듐 셀레늄 CuInSe2 는 CIC 로 축약됩니다. 시스 물질의 에너지는 1 으로 줄어든다. Lev, 태양광의 광전 변환에 적합합니다. 게다가, CIS 박막 태양전지에는 빛의 퇴화 문제가 없다. 이에 따라 CIS 를 고변환 효율의 박막 태양전지 소재로 활용하는 것도 눈길을 끌고 있다. CIS 배터리 박막의 제조에는 주로 진공 증발과 셀레늄화가 포함된다. 진공 증발법은 구리, 인듐, 텅스텐의 증발원을 이용해 증발하는 것이고, 셀레늄화법은 H2Se 적층막을 이용해 셀레늄화를 하는 것이지만, 이 방법은 성분이 균일한 CIS 를 얻기가 어렵다. CIS 박막 배터리의 전환 효율은 80 년대 초반 8% 에서 현재 15% 로 발전했다. 일본 파나소닉 전기 회사가 개발한 갈륨 도핑 CIS 배터리 광전 변환 효율은 15.3% (면적 1cm2) 입니다. 1995 년 미국 재생에너지연구소는 17 의 변환 효율을 가진 CIS 태양전지를 개발했다. L%, 이것은 지금까지 세계에서 가장 높은 전환 효율입니다. 2000 년까지 CIS 배터리의 전환 효율은 폴리실리콘 태양전지와 비슷한 20% 에 이를 것으로 예상된다. CIS 는 태양전지의 반도체 소재로 저렴한 가격, 성능, 공예가 간단하다는 장점이 있어 향후 태양전지 발전의 중요한 방향이 될 것이다. 유일한 문제는 재료의 원천입니다. 인듐과 셀레늄은 비교적 희귀한 원소이기 때문에, 이런 배터리의 발전은 필연적으로 제한을 받을 것이다. 3 폴리머 다층 수정 전극 태양전지는 태양전지에서 무기재료 대신 폴리머를 사용하는 것이 태양전지 제조의 연구 방향이다. 원리는 서로 다른 산화 복원 중합체의 서로 다른 산화 복원 전위를 이용하여 전도성 물질 (전극) 표면에 다층복합을 하여 무기 P-N 매듭과 같은 단방향 전도체를 만드는 것이다. 전극의 내층은 복원 전위가 낮은 중합체로 변형되고, 외층 중합체 복원 전위가 높으며, 전자 전송 방향은 내층에서 외층으로만 전이될 수 있습니다. 다른 전극의 수정은 정반대로 첫 번째 전극에 있는 두 중합체의 복원 전위가 마지막 두 중합체보다 높다. 2 개의 수정 전극을 광민제가 포함된 전해파에 넣으면 광민제가 빛을 흡수한 후 발생하는 전자가 복원전위가 낮은 전극으로 옮겨지고, 복원전위가 낮은 전극에 축적된 전자는 외부 중합체로 옮겨질 수 없습니다. 복원전위가 높은 전극을 통해서만 외부 회로를 통해 전해질로 돌아갈 수 있기 때문에 외부 회로에서 광전류가 발생한다. 유기농 재료는 유연성이 좋고 제조가 쉽고, 재료 공급원이 넓고, 비용이 저렴하다는 장점이 있어 태양에너지의 대규모 이용과 값싼 전력 공급에 큰 의미가 있다. 유기 물질에 의한 태양 전지의 제조에 관한 연구는 이제 막 시작되었습니다. 수명이 나 배터리 효율은 무기 재료, 특히 실리콘 배터리와 비교할 수 없습니다. 실용적인 제품으로 개발할 수 있을지는 더 많은 연구와 탐구가 필요하다. 4 나노 결정질 화학 태양전지는 태양전지에서 실리콘 기반 태양전지가 가장 성숙하지만, 비용이 많이 들기 때문에 대규모 보급에 필요한 요구 사항을 훨씬 미치지 못한다. 이를 위해 사람들은 배터리의 기술, 신소재, 박막을 탐구하고 있으며, 새로 개발된 나노 TiO2 결정체 화학에너지 태양전지가 국내외 과학자들의 관심을 끌고 있다. 스위스의 Gratzel 교수가 나노 TiO2 _ 2 화학 태양전지를 성공적으로 개발한 이후 국내 일부 기관들도 이 방면의 연구를 진행하고 있다. 나노 결정질 화학 태양전지 (이하 NPC 배터리) 는 간격이 있는 반도체 재질을 개조하여 에너지 간격이 큰 다른 반도체 재질에 조립하여 형성된다. 좁은 밴드 금지 반도체 소재는 과도금속 Ru, Os 등 유기화합물 감응 염료를 사용하며, 대금지 반도체 소재는 나노 다결정 TiO2 로 전극을 만든다. 또한 NPC 배터리는 적절한 산화 복원 전해질을 선택합니다. 나노 결정질 TiO _ 2 의 작동 원리: 염료 분자가 태양 에너지를 흡수하여 여기 상태로 점프하여 발생 상태가 불안정하다. 전자는 인접한 TiO _ 2 유도대에 빠르게 주입되고 염료에서 손실된 전자는 전해질로부터 신속하게 보상을 받는다. TiO _ 2 전도대에 들어가는 전기는 결국 전도막으로 들어가 외부 회로를 통해 광전류를 생성합니다. 나노 결정질 TiO2 _ 2 태양전지의 장점은 비용이 낮고, 공예가 간단하며, 성능이 안정적이라는 것이다. 광전효율은 10% 이상 안정적이며 제조 비용은 실리콘 태양전지의1/5 ~1/110 에 불과하며 서비스 수명은 20 년 이상입니다 하지만 이 배터리의 연구개발이 막 시작되었기 때문에 가까운 장래에 점차 시장에 진출할 것으로 예상된다. 5 태양전지의 발전 추세는 위에서 논의한 바와 같이 태양전지 재료로서 III-V 족 화합물과 CIS 는 희귀한 원소로 만들어졌다는 것을 알 수 있다. 그것들로 만든 태양전지는 변환 효율이 매우 높지만, 재료 공급원에서 볼 때 이런 태양전지는 미래에는 주도권을 차지할 수 없다. 다른 두 가지 유형의 배터리, 나노 결정질 태양 전지와 폴리머 수정 전극에는 몇 가지 문제가 있습니다. 예를 들어, 그들의 연구가 막 시작되었고, 기술은 아직 성숙하지 않았고, 변환 효율은 비교적 낮습니다. 이 두 배터리는 아직 탐색 단계에 있어 단시간 내에 태양전지를 대체할 수 없다. 따라서 변환 효율성과 재료 공급원에서 볼 때 향후 발전의 중점은 실리콘 태양전지, 특히 폴리실리콘과 비결정질 실리콘 박막 배터리입니다. 폴리 실리콘과 비정질 실리콘 박막 배터리는 변환 효율이 높고 비용이 상대적으로 낮기 때문에 결국 단결정 실리콘 배터리를 교체하여 시장 주도 제품이 될 것입니다. 전환 효율을 높이고 비용을 절감하는 것은 태양전지를 준비할 때 고려해야 할 두 가지 주요 요인이다. 현재의 실리콘 기반 태양전지에 있어서, 변환 효율을 더욱 높이기는 어렵다. 따라서 향후 연구는 새로운 배터리 재료를 계속 개발하는 것 외에도 비용을 절감하는 방법에 초점을 맞춰야 합니다. 기존의 전환 효율이 높은 태양전지는 고품질의 실리콘으로 만들어졌는데, 이는 실리콘 태양전지를 만드는 데 가장 비싼 부분이다. 따라서 높은 변환 효율성을 보장하는 상황에서 베이스보드 비용을 줄이는 것이 특히 중요합니다. 미래의 태양전지 발전에서 시급히 해결해야 할 문제이기도 하다. 최근 외국에서는 실리콘 스트립을 폴리실리콘 박막 태양전지의 라이닝으로 만들기 위해 몇 가지 기술을 사용해 비용 절감 목적을 달성했는데, 효과가 이상적이다.

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