河南省光伏材料重点实验室的研究方向
多晶硅物理提纯技术的研究包括两个课题:(1)电子束熔炼多晶硅提纯技术的研究；(2)区域熔炼多晶硅提纯技术研究。
电弧炉电子束熔炼方法实施方案是:首先用高真空电弧炉反复烧结多晶硅，使多晶硅纯度达到5N以上；在电子束熔炼的最后阶段，在保护气体中加入含氧、含氢和含氯气体，它们与杂质B反应生成挥发性物质，从而达到去除杂质的目的；初步纯化的材料在区熔单晶炉中进一步纯化至太阳能水平或以上。
电弧炉电子束熔炼的关键技术在于熔融多晶硅在真空中定向凝固，使表面的杂质挥发。主要问题是如何将熔体中的杂质输送到熔体表面，使其从表面挥发。当熔体体积较大时，其中的杂质往往不能及时输送到表面。为了解决这一问题，可以快速抽出保护气体，使气相中的杂质浓度始终较低，使熔体中的杂质尽快挥发；另一个问题是与坩埚直接接触的多晶硅没有完全熔化，这不利于杂质转移到液相和气相中。电磁等离子体法可以解决这个问题，使熔体不直接接触坩埚壁，从而增加熔体的表面积，使熔体中的杂质尽快蒸发。由于元素B的饱和蒸气压(10-4Pa)远低于Si的饱和蒸气压(10-1Pa)，用这种方法不能去除杂质B，需要在提纯的最后阶段向熔体中吹入气体以提高B的饱和蒸气压..
区熔法的显著特点是不使用坩埚盛装熔融硅，而是依靠硅的表面张力和电磁力在高频电磁场的作用下支撑局部熔化的硅液。因此，区熔法又称为悬浮区熔法。区熔提纯的原理是根据熔融晶体重结晶过程中固相和液相杂质浓度的不同，去除多晶硅中含有的碳、磷等杂质。区域熔融提纯法最大的优点是能耗比传统方法降低60%以上。目前，区域熔融提纯法是最有可能替代传统工艺生产太阳能级多晶硅材料的方法。REC公司已于2006年在其新工厂开始使用区域熔融提纯法。
该研究方向的目标是开发具有自主知识产权的物理太阳能级多晶硅提纯技术并实现产业化，减少多晶硅提纯过程中的环境污染和能源消耗，降低光伏发电成本。
三年内获得科研项目3-5项，申请国家专利2-3项，在国家核心期刊发表研究论文3-5篇，培养博士、硕士研究生6名。
第二，硅薄膜太阳能电池材料的研究。
硅薄膜太阳能电池材料的研究内容包括:1，非晶硅薄膜的研究；2.多晶硅薄膜材料的研究。
目前，单晶硅和多晶硅是应用最广泛的太阳能电池材料，但由于生长工艺的复杂性和硅材料的浪费，晶体硅的成本居高不下。因此，薄膜硅太阳能电池被认为是大幅降低成本的根本途径，是未来硅太阳能电池的热点和主流方向，将在太阳能电池市场占据主导地位。硅基薄膜太阳能电池的材料主要包括非晶硅薄膜和微晶硅薄膜。
1和非晶硅薄膜的研究
非晶硅薄膜太阳能电池光吸收系数大，所需薄膜厚度比其他材料小得多。制造工艺简单，能耗低，可实现大面积连续生产；可以用玻璃或不锈钢做基板，容易降低成本；可以做成叠层结构，提高效率等。然而，非晶硅薄膜太阳能电池也存在一些主要问题，如Staebler-Wronsk效应、沉积速率低以及薄膜沉积过程中存在大量杂质等，影响了薄膜的质量和电池的稳定性。为了解决上述问题，实验室计划探索在玻璃衬底上溅射或PECVD生长ZnO薄膜的工艺，以获得晶粒尺寸可控、光电性能优异的高质量ZnO多晶薄膜，研究ZnO薄膜折射率的变化以及元素掺杂对电导率、透光率和减反射的影响。进一步改进硅薄膜的PECVD生产工艺，优化温度(T)、压力(P)、频率(F)、电压(V)和化学源(S)等参数，降低电子或空穴陷阱浓度，减少电子-空穴复合中心和复合几率，进一步提高电池转换效率；研究ZnO薄膜的表面处理技术和缓冲层设计，降低电池的光致衰减效应；改进制备工艺，提高大面积非晶硅薄膜的稳定性。
2.微晶硅薄膜的研究。
非晶硅薄膜太阳能电池效率的光致不稳定性是由材料微结构的亚稳态特性决定的，因此S-W效应不容易被完全消除。近年来，出现了多晶(微)硅薄膜电池。用多晶硅薄膜代替非晶硅薄膜作为电池的活性层，在长期光照下没有明显的衰减。在低成本的基材上生长多晶硅薄膜，薄的晶体硅层作为电池的活化层，既能保持晶体硅电池的高性能和稳定性，又能避免S-W效应，有效降低电池成本。
目前多晶硅电池的关键问题是材料本身光电性能差，沉积速率低。因此，实验室在这方面的研究重点主要是提高薄膜的沉积速率，完善高速高质量多晶硅薄膜的沉积相图数据；研究了沉积压强和流量对薄膜光电性能的影响以及微结构、光电性能和稳定性的关系，优化了成膜工艺，获得了光电性能稳定的器件质量和多晶硅薄膜。如何在相对较低的工艺程度下制备低缺陷密度的本征层和低非晶硅含量的微晶硅薄膜，是进一步提高微晶硅太阳能电池转换效率的关键。
研究目标:在非晶硅和微晶硅薄膜材料的研究中，拓宽光吸收面积，提高光吸收系数，提高光电转换效率，优化成膜工艺，制备性能稳定、价格低廉的硅基太阳能电池。
三年内获得科研项目3-5项，申请国家专利2-3项，在国家核心期刊发表研究论文8篇以上，培养博士、硕士研究生9名。
第三，非硅基太阳能光伏材料和技术的研究。
非硅基薄膜太阳能电池的研究内容包括:1、染料敏化纳米晶太阳能电池；2.有机-无机复合薄膜太阳能电池:3.CIS薄膜太阳能电池的研究。
1，染料敏化纳米晶太阳能电池
目前，围绕染料敏化纳米晶太阳能电池的主要问题有两个，即液体电池的稳定性和固体电池光电转换效率的提高。实验室计划开展染料敏化剂、固体电解质和新型电极材料的研究。在染料敏化剂方面，主要探索新的有机染料替代常用的Ru络合物敏化剂，合成TiO _ 2与其他无机半导体化合物的复合材料，实现无机复合材料的敏化，通过掺杂离子位有效改变TiO _ 2的能带结构，并与金属或非金属掺杂敏化。在固体电解质的研究中，利用碳纳米管独特的导电性和材料储存功能，将锂盐和崔盐填充到碳纳米管中，在提高电池性能方面发挥重要作用。填充的碳纳米管的外壁接枝有聚合物以改善其与基体的相容性，接枝的复合碳纳米管进一步与基体聚合物复合形成固体电解质层。在新型电极材料的研究中，采用功能性染料敏化纳米TiO _ 2多孔膜，利用* *轭聚合物作为空穴传输介质，改善聚合物与染料表面的相容性，增强界面电荷注入和传输速率，在导电玻璃与多孔TiO _ 2界面引入致密的阻挡层，降低背电子传输的几率，研究聚合物成膜过程，提高其在染料敏化TiO _ 2空穴中的填充效率。为了提高电池的转换效率，采用水热法和电化学法合成了纳米管和核壳纳米粒子等二氧化钛纳米结构。探索非二氧化钛无机纳米电极材料，如氧化锌、硝酸钡、硝酸锌等。
2.有机-无机复合薄膜太阳能电池
20世纪80年代发展起来的有机-无机复合半导体材料，通过结构和功能的复合，既具有有机材料的设计多样性、柔性和可加工性的优点，又具有无机材料的高载流子迁移率和稳定性的优点，往往产生协同优化效应。它们是一种具有半导体性质的新型复合功能材料，含有两种或两种以上的有机和无机成分，成为未来能源发展的关键材料之一。
有机-无机复合太阳能电池结构简单。一般通过简单的旋涂工艺或真空蒸镀技术在透明导电玻璃上制作有机和无机层，制成体异质结结构，然后真空蒸镀铝电极。有机层的主要作用是实现宽光谱和高效率的光吸收，而无机半导体材料的作用是实现电荷分离和提高输运性能。这样，原则上可以避免必须使用窄带隙半导体材料来实现宽光谱吸收的限制，而是可以使用具有光、热和化学稳定性的宽带隙半导体材料，一方面可以解决窄带隙半导体材料中常见的光腐蚀、光致降解等问题，另一方面可以使用低成本、环境友好的宽带隙半导体材料，如ZnO、TiO2等，减少生产过程中废弃物对环境的污染。而有机半导体载流子迁移率低，稳定性差，有机-无机复合半导体结构稳定性差，导致电池性能和工艺重复性差。
实验室将重点研究有机-无机复合半导体材料在光、热等外场作用下的结构演化、控制与稳定，高载流子迁移率的有机-无机复合半导体材料，有机-无机复合半导体材料结构与长程载流子输运性能的关系，实现高载流子迁移率的途径，合成各种新型有机小分子，筛选高量子产率的有机分子作为光吸收层，系统研究有机半导体材料和无机半导体材料组成的各种体系。
3.CIS薄膜的研究。
CIS薄膜太阳能电池是由铜、铟、硒等金属元素组成的直接带隙化合物半导体材料。它的可见光吸收系数是所有薄膜电池材料(a-Si、CdTe等)中最高的。)，但原材料消耗远低于传统晶体硅太阳能电池，发展前景广阔。CIS太阳能电池有三个突出特点:①转换效率高，CIS是最有前途的高效薄膜太阳能电池光伏材料。(2)制造成本低:CuInSe2是直接带隙材料，光吸收率高达105，最适合做太阳能电池的薄膜，电池厚度可达2 ~ 3微米，减少了昂贵的材料消耗。其成本是晶体硅太阳能电池的1/2 ~ 1/3。③电池性能稳定。薄膜太阳能电池的研究和开发正在利用实验室中的薄膜生长系统进行。通过改变CIS薄膜太阳能电池的窗口材料，进一步提高了转换效率。目前采用ZnO薄膜作为窗口材料，将转换效率从6.5%提高到9.5%。
研究目的:提高CIS薄膜太阳能电池的转换效率，改进制备工艺，为产业化奠定基础。继续提高燃料敏化太阳能电池各组件的性能，不断提高电池的光电转换效率。研发基于有机-无机复合半导体材料的薄膜太阳能电池，提高其结构稳定性和光电转换效率，降低材料生产成本。
三年间获得科研项目2-3项，申请国家专利3项，在国家核心期刊发表研究论文10余篇，培养博士、硕士研究生12人。
建立光伏材料省级重点实验室的总体目标是:攻克光伏材料与技术发展中的关键技术难题，不断创造新成果，开发新技术，开展工程化研究，为产业化提供成熟的、配套的技术、工艺、设备和新产品；实行开放服务，接受行业或部门、企业、科研机构等单位委托的工程技术研究、设计、试验和成套技术服务，为其成果推广提供咨询；培养和聚集相关专业高层次工程技术人才和管理人才，为本省行业和企业提供工程技术人才培训；开展多种形式的国际国内科技合作与交流，开展相关标准制定工作和行业信息服务，促进行业和领域的技术发展。