积层太阳电池的特点和应用

单接合太阳电池的转换效率与材料带隙的大小密切相关，比带隙小的能量，即长波长的光子入射时，将不被吸收而穿透半导体; 比带隙大的能量，即短波长的光子入射时，电子在导带，空穴在价带中处于激发状态，但电子在极短时间内放出过剩能量并在带底处于稳定状态。为了解决以上问题，人们提出了多接合太阳电池，即积层太阳电池。

积层太阳电池是指将多个太阳电池进行多接合 (积层) 而成的太阳电池，将晶体结构相同的多个太阳电池进行积层则称为同质积层，将晶体结构不同的多个太阳电池进行积层则称为异质积层 (Tandem)。例如，晶硅太阳电池可吸收从红色可见光到近红外线范围的光能，而非晶硅太阳电池可吸收从紫外线光到可见光范围的光能，如果将不同材料的太阳电池进行积层，则可吸收更广波长范围的太阳的光能，提高太阳电池的转换效率。积层太阳电池有HIT太阳电池 (非晶硅与单晶硅)、薄膜硅混合太阳电池 (非晶硅与单晶硅) 以及微晶硅太阳电池 (非晶硅与微晶硅) 等种类，这里主要介绍HIT太阳电池。

图3.29为积层太阳电池 (Tandem Solar Cell) 的构造，它是由上层太阳电池和下层太阳电池积层而成的多接合型太阳电池。入射太阳光首先被上层太阳电池吸收(短波长的光) 并产生电能，未被上层太阳电池吸收的太阳光 (长波长的光) 则穿过上层太阳电池，照射在下层太阳电池上并产生电能。可见，这种太阳电池可利用较宽波长范围的太阳光能量。

图3.29 积层太阳电池的构造

积层太阳电池可以由多种不同类型的太阳电池构成，如上层为非晶硅，下层为多晶硅，或者上层为非晶硅，下层为微晶硅等，也可以由化合物半导体等材料构成。

太阳电池组件安装在屋顶时，如果太阳电池组件无冷却用的通风层，则太阳电池组件的温度会上升，夏天晴天时会达到70℃以上，导致太阳电池组的转换效率随温度上升而下降。为了解决这一问题，人们研制出了HIT太阳电池。

HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin-Layer) 型太阳电池由薄膜非晶硅与单晶硅积层而成，如图3.30所示。为了防止表面反射，在N型单晶硅片的表面和背面分别使用了I/P型非晶硅与I/N型非晶硅，然后在上面加装透明电极。

HIT太阳电池由于在其中形成了I层，使非晶硅与单晶硅层的表面特性提高， 100cm2太阳电池的转换效率达到24.7%，组件的转换效率达到19%以上，为世界最高。还有，HIT太阳电池的温度系数为－0.33%，低于单晶硅太阳电池的温度系数－0.48%，因此，HIT太阳电池可用于温度较易上升的场合以减少出力的下降。

HIT太阳电池具有如下的特点:(www.xing528.com)

(1) 结构简单、转换效率高;

(2) 与传统的晶硅系太阳电池比较，温度上升对其特性的影响较小，因此实际的发电量较多;

图3.30 积层太阳电池

(3) 与传统的扩散型晶硅系太阳电池芯片制造时的接合形成温度900℃相比，非晶硅的温度在200℃以下，比较节省能源;

(4) 由于采用了表面、背面对称的结构，可减少因热膨胀引起的不均匀，因此可使用薄型衬底，节省资源;

(5) 由于可以利用背面的入射光进行发电，因此这种电池可两面发电。

HIT太阳电池组件如图3.31所示。目前广泛用于高温、转换效率、出力要求较高的太阳能光伏系统中。

图3.31 HIT太阳电池组件