硅太阳能电池制作过程中产生的危害人体的气体

硅太阳电池在生产过程中经历清洗制绒扩散镀膜做电极等过程，除了湿化学和扩散有有害气体其他地方都没有，清洗会用到盐酸和氢氟酸，扩散会用到三氯氧磷这些是有害的，多晶会用到硝酸也是有害的，其他都没有了！

物理
Physics
1999年 第28卷 第2期 No.2 Vol.28 1999

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薄膜太阳电池的研究进展

耿新华 孙 云 王宗畔 李长健

碲化镉薄膜太阳电池
碲化镉(CdTe)是具有闪锌矿结构Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料，有很高的光吸收系数，1μm厚的CdTe可以使阳光中大于禁带宽度的辐射能吸收99%以上，很适合制作薄膜太阳电池.以CdTe作为吸收体的薄膜半导体材料与窗口层CdS形成n-CdS/p-CdTe异质结太阳电池，其结构为：光→减反射膜(MgF2)/玻璃衬底/透明电极(SnO2∶F)/窗口层(CdS)/吸收层(CdTe)/欧姆接触过渡层/金属背电极.吸收层CdTe薄膜室温禁带宽度为1.45eV，其中Cd空位为受主态，而Te空位为施主态，迁移率分别为μe=1050cm2/s.V，μh=80cm2/s.V.它的制备方法有升华、MOCVD、CVD、电沉积、丝网印刷、真空蒸发以及原子层外延等多种方法.各种方法都曾做过转换效率10%以上的CdTe薄膜太阳电池.美国南佛罗里达大学于1993年用升华法在1cm2面积上做出效率为15.8%的太阳电池〔12〕，成为该种电池的最高纪录.
近年来，太阳电池的研究方向是高转换效率、低成本和高稳定性.因此，以CdTe，CuInSe2和多晶硅膜为代表的薄膜太阳电池倍受关注.人们认为，CdTe薄膜太阳电池是上述3种电池中最容易制造的，因而它向商品化进展最快.提高效率就是要对电池结构及各层材料工艺进行优化，适当减薄窗口层CdS的厚度，可减少入射光的损失，从而增加电池短波响应以提高短路电流密度，15.8%的CdTe电池就采用了较薄的CdS窗口层而创了最高纪录.有人用CdZnS或ZnSe作窗口，同样制备出较好的电池.吸收层CdTe与背电极金属的界面状态对电池特性的影响起着重要的作用.对CdTe表面进行处理，在与金属电极间增加一个过渡层P+ZnTe或P+HgTe，改善了欧姆接触，是提高电池效率的必要措施；要降低成本，就必须将CdTe的沉积温度降到550℃以下，以适于廉价的玻璃作衬底；实验室成果走向产业，必须经过组件以及生产模式的设计、研究和优化过程.近年来，不仅有许多国家的研究小组已经能够在低衬底温度下制造出转换效率12%以上的CdTe太阳电池，而且在大面积组件方面取得了可喜的进展(见表3)，许多公司正在进行CdTe薄膜太阳电池的中试和生产厂的建设，有的已经投产.

表3 CdTe薄膜太阳电池参数表〔10〕

小面积单体电池
研究机构 面积/cm2 开路电压/V 转换效率η/%
USF 0.928
0.845
14.68

SCI 0.27 0.839 13.3
CSM 0.10 0.778 12.9
NREL 0.69 0.823 12.8
大面积组件
研究机构 面积/cm2 转换效率η/% 功率/W
SCI 6728
9.1
61

BP Solar 4540 8.4 38.2
Gp 3528 7.7 27.2
Matsushita 1200 8.7 10

目前，CdTe薄膜太阳电池的深化研究和产业化都在积极进行，欲达到真正的商品化，尚有若干问题有待于进一步解决.首先是制备CdTe薄膜工艺的优化.CdTe的成膜方法有六七种之多，其中许多方法已做出转换效率大于12%的太阳电池.可是，不同工艺和同一工艺但不同人员所做的电池效率差别很大，而且组件的效率又远远低于单体电池效率.这表明，按工业化的要求来看，各种成膜方法均不成熟，人们必须进行综合对比，找出适于产业化的工艺方案.其次是组件的稳定性也存在着问题.近几年发现，不同的研究者制备出的电池其稳定性差别很大，美国SCI公司制作的电池经NREL室外两年观测性能良好.有的经过一段时间老化，表现出明显的衰退迹象.目前尚不能说明造成衰退的原因是CdTe材料本身的质量问题，还是掺杂元素在界面上相互扩散的原因，或者是由于人们还没有认识到的其他问题.总之，CdTe太阳电池稳定性机理尚不十分清楚，但可以肯定与电池材料和制作工艺密切相关，这将成为商品化的最大隐患.最后一个很重要的问题是，Cd对环境的污染和对操作人员的健康危害如何防范，这是一个很难解决的环保问题.人们不能容忍在获取清洁能源的同时，又对人体和人类生存空间造成新的危害.最好的方案自然是经过研究找出解决Cd污染的有效办法，否则只能靠人们权衡从电池上得到的效益与它造成的危害之间的轻重来选择.
CdTe也是很有希望的低成本太阳电池.目前各国均在大力研究，相信上述问题不久将会逐个解决，使之成为下个世纪新的能源成分之一.

3 结束语

薄膜太阳电池在未来光伏技术发展中占有重要的位置，因为它为低成本电池制造提供了希望.近年来，其效率的连续提高，增加了薄膜电池与晶体电池竞争的能力.当然，要使薄膜太阳电池真正成为一种新能源在国民经济主战场中发挥重要作用，还需要进一步提高效率，并解决大规模生产中的关键技术问题.我们相信，随着材料、工艺、电池设计的同步发展，电池性能的提高，生产规模扩大和成本的进一步降低，将会迎来薄膜太阳电池的一个新时代.

国家攻关项目
作者单位：南开大学光电子研究所

太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现以晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P－N结。
当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P－N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。

晶体硅太阳能电池的制作过程：

“硅”是我们这个星球上储藏最丰量的材料之一。自从19世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切，甚至人类的思维。20世纪末，我们的生活中处处可见“硅”的身影和作用，晶体硅太阳能电池是近15年来形成产业化最快的。生产过程大致可分为五个步骤：a、提纯过程 b、拉棒过程 c、切片过程 d、制电池过程 e、封装过程。

太阳能电池的应用：

上世纪60年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术——通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。如：太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等。欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势。

地球上最多的元素是氧，硅第二。
硅本身没有毒和放射性。
但是太阳能电池的加工过程使用很多有毒物质和强电磁辐射的机器。
办公室工作很安全，不会有影响。但是请注意，一定要确定公司做好了安全管理，不然还是会有风险。

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