薄膜太阳电池的研发现状和产业发展

在人类社会可持续发展的进程中,必须解决好能源危机与环境保护等问题。在各国政府的大力扶持和相关鼓励政策的刺激和推动下,太阳能光伏产业得到了迅猛发展,光伏组件的成本不断降低,应用领域迅速扩大。其中,薄膜太阳电池由于其用料少、工艺简单、能耗低、成本有一定优势而越来越被业界所接受,近3年来薄膜太阳电池产业得到了较快发展,全球薄膜太阳电池产量从2007年的400 MW增长到2008年的890 MW,同比增长120%以上。目前已经能进行产业化大规模生产的薄膜电池主要有3种:硅基薄膜太阳电池、铜铟镓硒薄膜太阳电池(CIGS)和碲化镉薄膜太阳电池(CdTe)。对上述3类薄膜太阳电池的特性、发展历史、研发现状以及产业发展状况作了介绍,对研究与产业中存在的问题以及未来研究方向也提出了看法。

掺铝氧化锌薄膜的结构与刻蚀性能

利用中频反应磁控溅射技术,以Zn/Al(质量比98∶2)合金靶为靶材,制备了综合性能优良的铝掺杂氧化锌(ZnO:Al,AZO)透明导电薄膜.探讨了沉积工艺对薄膜结构、电学及光学性能的影响,分析了AZO薄膜的刻蚀性能以及所制备的绒面结构特性.结果表明:基体温度对薄膜生长有较大的影响;采用适当的沉积温度,薄膜具有较好的晶化率,晶粒呈明显的柱状生长,晶界间结合紧密,薄膜的电阻率为4.600×10-4Ω.cm;镀膜时基体的移动速度影响薄膜的晶体生长方式,但对其沉积效率影响不大;具有择优生长特性、形成柱状晶组织的薄膜经稀盐酸腐蚀后,其表面呈规则的粗糙形貌,此结构有利于充分捕集太阳光,从而提高薄膜太阳电池的效率.

钛涂层接骨板的生物和力学性能的研究

采用低压等离子喷涂工艺，在３１７Ｌ不锈钢质接骨板上喷涂了钛涂层，制备出钛涂层的接骨板．通过动物的植入实验，研究了这种接骨板的生物相容性；利用扫描电镜、电子探针、Ｘ射线衍射仪等分析仪器对涂层的微观结构、涂层－基体界面成分分布等进行了研究；同时也对涂层接骨板的电化学性能进行了研究．结果表明，喷涂过程对不锈钢质接骨板本身的冶金性能影响很小，钛涂层结合良好，其与骨组织的生物相容性能优于未涂钛涂层的不锈钢接骨板．

软线喷涂陶瓷涂层的研究

介绍了采用火焰软线喷涂制备陶瓷涂层的工艺．通过对几种典型的陶瓷涂层（氧化铝、蓝刚玉、黑刚玉）的结构和部分性能的研究，并与等离子陶瓷涂层比较，结果表明，火焰软线喷涂涂层具有与等离子涂层相当的硬度和结合强度。

NiCoCrAlYTa涂层的结构研究

采用低压等离子喷涂方法在单晶镍基高温合金上制备出组织均匀致密、结合良好的Ｎｉ－Ｃｏ－Ｃｒ－ＡＬ－Ｙ－Ｔａ涂层．运用光学显微镜，ＥＰＭＡ，ＳＥＭ，ＸＲＤ等分析手段对喷涂态和热处理态涂层的相结构、相成分及界面结构进行了分析．

真空阴极离子镀法制备Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜

过去,在不锈钢上沉积10μm以上多元多层软硬交替Ti/TiN/Zr/ZrN厚膜用以提高材料耐腐蚀性能的报道不多。采用阴极电弧离子镀结合脉冲偏压的方法制备了厚度达15μm的Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜。运用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、显微硬度计、划痕仪等考察了多层膜的形貌、厚度、相组成、硬度以及膜/基结合力,并利用电化学方法评价了基体、单层TiN薄膜以及多层膜的电化学腐蚀性能。结果表明:制备的Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜界面明晰、结构致密、晶粒细小;膜/基结合力大于70 N,显微硬度达28 GPa;多层膜比单层TiN膜在提高1Cr11Ni2W2MoV基体的抗腐蚀能力方面具有更显著的作用。

低压等离子喷涂NiCoCrAlYTa涂层高温抗氧化性能

采用低压等离子喷涂技术在镍基单晶高温合金上制备了NiCoCrAlYTa涂层,研究了不同功率参数制备的涂层在900℃175h氧化后的特性,探讨了该涂层的氧化和退化机理。结果表明,3种功率制备的涂层都达到完全抗氧化级水平,其平均氧化速率分别为0.01g/m2.h、0.01g/m2.h和0.0026g/m2.h,但不同涂层的氧化行为有所不同。3种试样氧化后表面形成了大量的θ-Al2O3,并在涂层表面发生选择性氧化。X衍射分析表明,涂层发生了退化。

掺杂钨类金刚石膜的显微结构与性能

利用非平衡磁控溅射与离子源复合沉积技术,以高纯甲烷和氮气作反应气体,钨为溅射靶,在40Cr、Si(100)基片和不锈钢基体上分别制备了厚度约为2μm的掺杂钨类金刚石膜,并在类金刚石膜与基体间沉积了过渡层;应用X射线衍射、拉曼光谱、俄歇电子能谱等手段分析了掺杂钨类金刚石膜的显微结构和表面成分;应用球盘摩擦磨损试验机以及纳米硬度计等测试了膜的硬度、摩擦性能及结合强度。结果表明:所制备的膜表面均匀、致密、光滑,具有典型的类金刚石结构特征;掺杂的钨弥散分布在无定型的碳中,一部分形成W2C微晶相;当膜中钨原子分数约为20%时,膜的硬度最高,摩擦因数也相对较小,膜基结合力在70 N以上。

渗氮工作气压对H13钢离子渗氮层组织及性能的影响

采用自制的LD-650型直流等离子体增强化学气相沉积炉在不同渗氮工作气压下对H13钢进行了离子渗氮处理,研究了工作气压对该钢渗氮层组织及性能的影响。结果表明:渗氮工作气压显著影响渗氮层的厚度,随着工作气压的升高,渗氮层中化合物层厚度呈现先增加后减小的趋势,在1066Pa下达到极大值9μm;工作气压对渗氮层表面硬度影响较小;随着工作气压的升高,化合物层的ε相和γ′相均增加,在1 066 Pa时其体积分数达到最大,分别为37.1%和35.7%;在试验条件下,工作气压为1 066 Pa下得到的渗氮层性能良好。

非平衡磁控溅射沉积TiC/a-C多层膜的组织结构

本文采用非平衡磁控溅射沉积技术,分别以石墨和甲烷气体为碳源,制备TiC/a-C多层膜。利用X-射线衍射仪、透射电子显微镜、俄歇电子能谱仪和拉曼光谱仪等实验手段对所沉积的TiC/a-C多层膜的组织形态、结构及成份进行了分析。结果表明:所制备的两种TiC/a-C薄膜中,TiC的晶粒呈柱状生长;用溅射石墨靶方法获得的TiC/a-C薄膜,无明显的层状结构,a-C相为石墨化和非石墨化的碳原子构成,碳原子的有序化程度较大;而采用甲烷气体为碳源沉积的TiC/a-C薄膜,呈规则的分层结构,碳原子的有序化程度低。采用过渡层及添加适当的金属元素能改善膜/基的结合强度。

离子束增强反应磁控溅射低温快速沉积AlN膜

本文采用氮离子束增强反应磁控溅射,在低温下沉积了 AlN 薄膜.用 X 射线衍射和 X 射线光电子谱对薄膜的晶体结构和电子结构进行了分析,结果表明,随着离子源中氮离子束流的增加,薄膜组成由面心立方的 Al 转变为密排立方的 AlN.氮离子在薄膜制备中的引入,有效地降低了沉积温度,提高沉积速率,并实现了薄膜 N/Al 化学计量比的控制.对 AlN 薄膜的紫外-可见光透射谱和红外吸收谱也进行了测定.

化学水浴法制备ZnS薄膜的结构与性能

采用化学水浴法制备了ZnS薄膜,并从沉积ZnS薄膜的化学反应原理出发,对其结构和性能进行了综合研究。结果表明:随着沉积时间的增加,ZnS薄膜厚度增加,其光学透过率降低,薄膜的禁带宽度也随之变小,最小值为3.74 e V;而薄膜的粗糙度变化不大,其值在6~9 nm之间。随着反应物浓度的增加,薄膜的光学透过率呈先增加后减小的变化,当反应物浓度过低或过高时,沉积反应都会向同质反应偏移,在薄膜表面生成杂质,导致薄膜不均匀。当沉积时间为120 min,ZnSO_4、SC(NH_2)_2和NH_3·H_2O的浓度分别为0.03、0.4和4.0 mol/L时,沉积的ZnS薄膜呈均匀致密结构,成分为单一ZnS相,其光学透过率在450~900 nm波段高于70%。

种植体用钛涂层不锈钢的研究

本研究采用低压等离子喷涂工艺，在317L不锈钢基体上喷涂了钛涂层，制备出钛涂层的种植体。通过动物的植入实验，研究了这种种植体的生物相容性；并综合利用扫描电镜、电子探针、X射线衍射仪等分析仪器对涂层的微观结构、涂层—基体界面成分分布等进行了研究；同时也对涂层种植体的电化学性能进行了研究。结果表明，喷涂过程对不锈钢基体本身的力学性能影响很小；钛涂层结合良好，其与骨组织的生物相容性能优于未涂钛涂层的。

一种新型耐磨涂层的组织和性能研究

以WC-10C04Cr和纳米不锈钢粉末及其混合粉末为原料，利用HVOF超音速火焰喷涂工艺制备了四种涂层，对涂层的显微组织、硬度、耐磨性能以及涂层的沉积效率和生产成本进行了研究．结果表明；当加入SHS7170质量分数为15％和35％时，涂层的致密度提高，硬度降低HV100～150．而加入35％SHS7170时涂层的耐磨性略有降低，加入15％SHS7170时涂层的耐磨性变化不大．使用WC10C04Cr和SHS7170混合粉末制备涂层可以减少涂层沉积时问和生产成本．

旧光伏组件接线盒拆装方式分析

为了解决光伏发电系统中旧光伏组件的回收利用问题,针对旧光伏组件的接线盒进行了更换处理,重点研究了旧光伏接线盒两种不同更换方法对光伏组件电输出性能的影响,提出了光伏组件在更换旧接线盒时需注意的问题及相关工艺上的建议。

遮挡现象对大型并网光伏电站输出性能的影响

西北地区地域开阔、太阳资源丰富,有广泛分布的戈壁、沙漠、滩涂,是建设光伏电站的的良好场所。光伏电站在实际的长期户外使用中往往会碰到许多复杂的环境因素,其中,遮挡现象是影响电站发电特性的重要因素。该文首先阐述了光伏组件受到遮挡时的数学模型;同时,根据对某大型光伏电站的现场考察结果,总结了大型并网光伏电站的遮挡共性,分别是前后排阵列、配电装置、植被以及鸟粪遮挡,并在电站现场就不同类型的遮蔽物遮挡进行实验;结合光伏组件/串I-V特性测试仪的测试结果,验证了数学模型计算出来函数断点与实测的数据有一定的一致性;最后得出各种遮挡现象导致的电站发电量损失,并提出有效的防范措施,日后电站建设有一定的参考意义。

长期使用的多晶硅光伏组件发电性能分析与评估

为了研究光伏组件的电性能及其使用寿命,对已正常运行23a的144块多晶硅光伏组件进行接线盒更换及电性能测试,并设计搭建了5.88kW_p的并网光伏发电系统。介绍了这批组件的电性能与该系统的设计安装,并对光伏系统进行技术评估与经济分析。系统正常运行181d,共发电3498.52kWh,表现出良好的发电性能,系统的综合转换效率为78.7%。

盐渍土地上大型光伏电站安装基础的防腐蚀问题

通过对安装在盐渍土地面上的大型并网光伏电站基础的实地观测与分析表明,盐渍土对光伏电站安装基础具有较强的腐蚀性,地锚和混凝土基础在盐渍土中均存在不同程度的腐蚀。文章对大型地面光伏电站的安装标准及防腐措施进行了探讨,提出了对碳钢基础进行防腐处理、在水泥基础表面涂防腐涂料和对安装基础采取阴极保护等措施。

背面点接触结构在晶体硅太阳电池中的应用

背面点接触结构晶体硅太阳电池是实验室高效电池的一种。介绍了目前研究较多的两种背面点接触晶体硅太阳电池,比较了几种背部结构的设计方法和制造工艺,包括背面钝化层的材料选择、背反射层的光学性能、去背结技术以及点电极结构的设计等。并展望了背面点接触太阳电池在工业生产上的前景。

中频磁控溅射法制备掺氢氮化硅减反/钝化复合功能薄膜的研究

使用中频磁控溅射法制备了具有光学减反射与电学钝化的复合功能的氮化硅（SiNx）薄膜,并对其结构和性能进行了综合研究。结果表明：在常规制绒硅片上沉积的两种不同折射率的单层SiNx减反膜表现出优异的光学性能,其在300-1 100 nm波段的平均反射率由镀膜前的14.86%下降到镀膜后的5.50%和6.58%;若采用多层的氮化硅（m-SiNx）＋氮氧化硅（SiOx Ny）薄膜作为减反层,则其平均反射率进一步下降到4.03%。同时,优化工艺制备得到的掺氢氮化硅（Si Nx∶H）薄膜,表现出良好的电学钝化特性。试验中分别制备了两种复合结构的薄膜,即SiNx∶H（厚度15 nm）＋m-SiNx＋SiOxNy与SiNx∶H（厚度30 nm）＋m-SiNx＋SiOxNy复合薄膜,其平均反射率分别为5.88%和5.43%;把这两种薄膜用于晶体硅太阳电池上,其开路电压则都达到了575 m V,表现出良好的性能。