大家好！今天让小编来大家介绍下关于cis光伏效率_太阳能光伏电池及其应用的编辑推荐的问题，以下是小编对此问题的归纳整理，让我们一起来看看吧。
文章目录列表:
1.光伏电池的发展历史2.太阳能光伏电池及其应用的编辑推荐
3.全面详细解析CMOS和CCD图像传感器
4.河南省光伏材料重点实验室的研究方向
光伏电池的发展历史
术语“光生伏打”（Photovoltaics）来源于希腊语，意思是光、伏特和电气的，来源于意大利物理学家亚历山德罗·伏特的名字，在亚历山德罗·伏特以后“伏特”便作为电压的单位使用。
以太阳能发展的历史来说，光照射到材料上所引起的“光起电力”行为，早在19世纪的时候就已经发现了。
1849年术语“光－伏”(photo-voltaic)才出现在英语中，意指由光产生电动势，即光产生伏特。
1839年，光生伏特效应第一次由法国物理学家A.E.Becquerel发现。
1883年第一块太阳电池由Charles Fritts制备成功。Charles用硒半导体上覆上一层极薄的金层形成半导体金属结，器件只有1%的效率。
到了1930年代，照相机的曝光计广泛地使用光起电力行为原理。
1946年Russell Ohl申请了现代太阳电池的制造专利。
到了1950年代，随着半导体物理性质的逐渐了解，以及加工技术的进步，1954年当美国的贝尔实验室在用半导体做实验发现在硅中掺入一定量的杂质后对光更加敏感这一现象后，第一个有实际应用价值的太阳能电池于1954年诞生在贝尔实验室。太阳电池技术的时代终于到来。
1960年代开始，美国发射的人造卫星就已经利用太阳能电池做为能量的来源。
1970年代能源危机时，让世界各国察觉到能源开发的重要性。1973年发生了石油危机，人们开始把太阳能电池的应用转移到一般的民生用途上。
在美国、日本和以色列等国家，已经大量使用太阳能装置，更朝商业化的目标前进。
在这些国家中，美国于1983年在加州建立世界上最大的太阳能电厂，它的发电量可以高达16百万瓦特。南非、博茨瓦纳、纳米比亚和非洲南部的其他国家也设立专案，鼓励偏远的乡村地区安装低成本的太阳能电池发电系统。
而推行太阳能发电最积极的国家首推日本。1994年日本实施补助奖励办法，推广每户3,000瓦特的“市电并联型太阳光电能系统”。在第一年，政府补助49%的经费，以后的补助再逐年递减。“市电并联型太阳光电能系统”是在日照充足的时候，由太阳能电池提供电能给自家的负载用，若有多余的电力则另行储存。当发电量不足或者不发电的时候，所需要的电力再由电力公司提供。
到了1996年，日本有2,600户装置太阳能发电系统，装设总容量已经有8百万瓦特。一年后，已经有9,400户装置，装设的总容量也达到了32百万瓦特。
在中国，太阳能发电产业亦得到政府的大力鼓励和资助。2009年3月，财政部宣布拟对太阳能光电建筑等大型太阳能工程进行补贴。
太阳能光伏电池及其应用的编辑推荐
太阳能电池的结构工作原理和制造技术?
近几年来，受世界太阳能电池发展“热潮”的影响，我国太阳能电池产业发展空前高涨，本文收集了太阳能电池的一些有关技术，以供读者参考。（一）太阳能电池的发展历史：
太阳能电池是产生光生伏打效应（简称光伏效应）的半导体器件。因此，太阳能电池又称为光伏电池，太阳能电池产业又称为光伏产业。 1954年世界第一块实用化太阳能电池在美国贝尔实验室问世，幷首先应用于空间技术。当时太阳能电池的转换效率为8％。1973年世界爆发石油危机，从此之后，人们普遍对于太阳能电池关注，近10几年来，随着世界能源短缺和环境污染等问题日趋严重，太阳能电池的清洁性、安全性、长寿命，免维护以及资源可再生性等优点更加显现。一些发达国家制定了一系列鼓舞光伏发电的优惠政策，幷实施庞大的光伏工程计划，为太阳能电池产业创造了良好的发展机遇和巨大的市场空间，太阳能电池产业进入了高速发展时期，幷带动了上游多晶硅材料业和下游太阳能电池设备业的发展。在1997－2006年的10年中，世界光伏产业扩大了20倍，今后10年世界光伏产业仍以每年30％以上的增长速度发展。世界太阳能电池的发展历史如表1所示：
表1?世界太阳能电池发展的主要节点?
年份?重要节点
1954?美国贝尔实验室发明单晶硅太阳能电池，效率为6％
1955?第一个光伏航标灯问世，美国RCA发明Ga?As太阳能电池
1958?太阳能电池首次装备于美国先锋1号卫星，转换效率为8％。
1959?第一个单晶硅太阳能电池问世。
1960?太阳能电池首次实现并网运行。
1974?突破反射绒面技术，硅太阳能电池效率达到18％。
1975?非晶硅及带硅太阳能电池问世
1978?美国建成100KW光伏电站
1980?单晶硅太阳能电池效率达到20％，多晶硅为14.5％，Ga?As为22.5％
1986?美国建成6.5KW光伏电站
1990?德国提出“2000光伏屋顶计划”
1995?高效聚光Ga?As太阳能电池问世，效率达32％。
1997?美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划
日本提出“新阳光计划”
1998?单晶硅太阳能电池效率达到24.7％，荷兰提出“百万光伏屋顶计划”
2000?世界太阳能电池总产量达287MW，欧洲计划2010年生产60亿瓦光伏电池。
（二）、太阳能电池的种类
（三）、硅太阳能电池的结构及工作原理
硅太阳能电池的外形及基本结构如图1。基本材料为P型单晶硅，厚度为0.3—0.5mm左右。上表面为N+型区，构成一个PN＋结。顶区表面有栅状金属电极，硅片背面为金属底电极。上下电极分别与N＋区和P区形成欧姆接触，整个上表面还均匀覆盖着减反射膜。
当入发射光照在电池表面时，光子穿过减反射膜进入硅中，能量大于硅禁带宽度的光子在N+区，PN＋结空间电荷区和P区中激发出光生电子——空穴对。各区中的光生载流子如果在复合前能越过耗尽区，就对发光电压作出贡献。光生电子留于N＋区，光生空穴留于P区，在PN＋结的两侧形成正负电荷的积累，产生光生电压，此为光生伏打效应。当光伏电池两端接一负载后，光电池就从P区经负载流至N＋区，负载中就有功率输出。
太阳能电池各区对不同波长光的敏感型是不同的。靠近顶区湿产生阳光电流对短波长的紫光（或紫外光）敏感，约占总光源电流的5－10％（随N＋区厚度而变），PN＋结空间电荷的光生电流对可见光敏感，约占5?％左右。电池基体区域产生的光电流对红外光敏感，占80－90％，是光生电流的主要组成部分。
（四）、太阳能电池的制造技术
晶体硅太阳能电池的制造工艺流程如图2。提高太阳能电池的转换效率和降低成本是太阳能电池技术发展的主流。
1、?具体的制造工艺技术说明如下：
（1）?切片：采用多线切割，将硅棒切割成正方形的硅片。
（2）?清洗：用常规的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或碱）溶液将硅片表面切割损伤层除去30－50um。
（3）?制备绒面：用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面。
（4）?磷扩散：采用涂布源（或液态源，或固态氮化磷片状源）进行扩散，制成PN＋结，结深一般为0.3－0.5um。
（5）?周边刻蚀：扩散时在硅片周边表面形成的扩散层，会使电池上下电极短路，用掩蔽湿法腐蚀或等离子干法腐蚀去除周边扩散层。
（6）?去除背面PN＋结。常用湿法腐蚀或磨片法除去背面PN＋结。
（7）?制作上下电极：用真空蒸镀、化学镀镍或铝浆印刷烧结等工艺。先制作下电极，然后制作上电极。铝浆印刷是大量采用的工艺方法。
（8）?制作减反射膜：为了减少入反射损失，要在硅片表面上覆盖一层减反射膜。制作减反射膜的材料有MgF2?，SiO2?，Al2O3?，SiO?，Si3N4?，TiO2?，Ta2O5等。工艺方法可用真空镀膜法、离子镀膜法，溅射法、印刷法、PECVD法或喷涂法等。
（9）?烧结：将电池芯片烧结于镍或铜的底板上。
（10）测试分档：按规定参数规范，测试分类。
由此可见，太阳能电池芯片的制造采用的工艺方法与半导体器件基本相同，生产的工艺设备也基本相同，但工艺加工精度远低于集成电路芯片的制造要求，这为太阳能电池的规模生产提供了有利条件。
（五）、太阳能电池的芯片尺寸：
规模化生产太阳能电池的芯片尺寸分别为（103×103）mm2、（125×125）mm2、（156×156）?mm2和（210×210）mm2的方片。目前的主流仍是（156×156）mm2，2007年将过渡到（210×210）mm2为主流芯片。最近德国已推出了代表国际最先进的（210×210）mm2硅片全自动生产设备。
芯片的厚度也愈来愈薄，从→300→?270→?240?→210?→180?um，目前晶体硅片主要使用厚度为210—240um。
（六）、太阳能电池的芯片材料及转换效率：
1、?晶体硅（单晶硅和多晶硅）太阳能电池：
2004年晶体硅太阳能电池占总量的84.6?％，生产技术成熟，是光伏产业的主导产品。在光伏产业中占据着统治地位。
对于高效单晶硅太阳能电池，国际公认澳大利亚新南威尔士大学达到了最高转换效率为24.7％，目前世界技术先进产品转换效率为19－20?％。对于多晶硅太阳能电池澳大利亚新南威尔士大学多晶硅电池效率已突破19.8％，技术先进产品的效率为15－18?％。
2、?非晶体硅太阳能电池：
α－Si（非晶硅）太阳能电池一般采用高频辉光使硅烷分解沉积而成。由于分解温度低（250－500?0C），可在薄玻璃、陶瓷、不锈钢和塑料底片上沉积1um厚的薄膜，且易于大面积化。非晶硅太阳能电池多数采用PIN结构，有时还制成多层叠层式结构。
非晶硅太阳能电池大量生产的大面积产品的转换效率为10－12?％，小面积产品转换效率已提高到14.6％，叠层结构电池的最高效率为21?％。
3、?砷化镓（GaAs）太阳能电池：
GaAs太阳能电池多数采用液相外延法或MOCVD技术制备，GaAs太阳能电池的效率可高达29.5％，一般在19.5％左右。产品具有耐高温和抗辐射特点，但生产成本较高，产量受限，主要用作空间电源。以硅片为衬底，拥MOCVD方法制造GaAs?/Si异质结太阳能电池是降低成本很有希望的方法，最高效率23.3?％，GaAs?叠层结构的太阳能电池效率接近40?％。
4、?其他化合物半导体太阳能电池：
这方面主要有CIS?（铜铟硒）薄膜、CdTe?(碲化镉)薄膜和InP(磷化铟)?太阳能电池等。这些太阳能电池的结构与非晶硅电池相似。但CIS薄膜一般厚度为2－3um，已达到的转换效率为17.7?％。CdTe薄膜很适合于制作太阳能电池。其理论转换效率达30?％，目前国际先进水平转换效率为15.8?％，多用于空间方面。2004年世界各种太阳能电池产量的种类分布如表2
表2?2004年世界各种太阳能电池产量的种类分布?
序号?太阳能电池种类?总产量（MW）?百分比（?％?）
1?单晶硅平板电池?314.4?28.6
2?多晶硅平板电池?669.2?56.0
3?非晶硅（室内室外）?47.1?3.9
4?带硅电池?41..0?3.4
5?CdTea（碲化镉）电池?13.0?1.1
6?CIS?(铜铟硒)?3.0?0.25
7?非晶硅/单晶硅电池?80.0?6.7
总量?1195.2?100
（七）、提高太阳能电池效率的特殊技术：
晶体硅太阳能电池的理论效率为25％（AMO1.0光谱条件下）。太阳能电池的理论效率与入射光能转变成电流之前的各种可能损耗的因素有关。其中，有些因素由太阳能电池的基本物理决定的，有些则与材料和工艺相关。从提高太阳能电池效率的原理上讲，应从以下几方面着手：
1、?减少太阳能电池薄膜光反射的损失
2、?降低PN结的正向电池（俗称太阳能电池暗电流）
3、?PN结的空间电荷区宽度减少，幷减少空间电荷区的复合中心。
4、?提高硅晶体中少数载流子寿命，即减少重金属杂质含量和其他可作为复合中心的杂质，晶体结构缺陷等。
5、?当采取太阳能电池硅晶体各区厚度和其他结构参数。
目前提高太阳能电池效率的主要措施如下，而各项措施的采用往往引导出相应的新的工艺技术。
（1）?选择长载流子寿命的高性能衬底硅晶体。
（2）?太阳能电池芯片表面制造绒面或倒金字塔多坑表面结构。电池芯片背面制作背面镜，以降低表面反射和构成良好的隔光机制。
（3）?合理设计发射结结构，以收集尽可能多的光生载流子。
（4）?采用高性能表面钝化膜，以降低表面复合速率。
（5）?采用深结结构，幷在金属接触处加强钝化。
（6）?合理的电极接触设计以达到低串联电阻等。
（八）、太阳能电池的产业链?
（九）、上海太阳能电池产业概况：
上海对于光电转换器件的研究起步于1959年。当时在中科院技术物理研究所和上海科技大学等单位作为光电探测器件课题进行研究。上世纪八十年代，上海仪表局所属的上海半导体器件八厂等单位生产小功率的兰硅光电池在市场上销售。八十年代后期，受世界太阳能电池产业迅速发展的影响，上海开始建立专业的太阳能电池芯片生产企业和专业的研究机构。近10年多来，随着我国太阳能电池“热潮”的到来，制造太阳能电池组件的企业纷纷建立，而且随着单晶硅和多晶硅材料供应紧张，许多小型的硅单晶企业也蜂涌而至。从上世纪九十年代以来，上海的太阳能电池产业逐步形成规模。
目前，上海地区从事太阳能电池芯片、组件、硅材料和设备生产和技术研究的单位共20余个。
其中，太阳能电池芯片制造的主要企业有上海太阳能科技有限公司、上海泰阳公司等。2006年中芯国际（上海）公司Fab?10建成投产，利用8英寸硅单晶硅片制造太阳能电池芯片，开创了上海利用8英寸多晶硅片制造太阳能电池的新范例。目前，上海太阳能电池芯片的产量在30－40MW左右。上海太阳能电池组件的生产企业共有10个左右。主要企业仍有上海太阳能科技有限公司和上海泰阳公司（与上海交通大学合作）等。目前上海太阳能电池组件的产量为50－70?MW左右。由于太阳能电池组件生产技术及设备要求较为简单，因此，太阳能电池组件生产企业中，有多家为民营企业。由于国内太阳能电池芯片供应不足，这些企业往往采用进口芯片组装后绝大部分返销境外，仅少数投放国内市场。
近几年来，由于可提供太阳能电池芯片生产的硅单晶片和硅多晶硅片严重短缺，价格不断大幅度上升，例如2003年进口电子级多晶硅每公斤为22－25美元，而2006年进口同样多晶硅的价格上升200％至300％，有些经销商转手倒卖时，价格甚至抬高5至8倍。在这种情况下，许多中小型的硅单晶生产企业蜂涌而至。从上世纪九十年代以来，在上海及周边地区建立中小型太阳能电池硅单晶（或硅多晶）的生产企业达4至5个之多。上海通用硅有限公司和上海卡姆丹克公司（合资企业）是其中有代表性的企业。它们各具有许多直拉单晶炉，可以拉制5.5〃，6〃，6.5〃和8〃直径的硅单晶，形成了可供年产25——30MW太阳能电池芯片的市场。但是由于多晶硅原材料供应不足，这些企业拉制的硅单晶原材料只能供给生产20MW太阳能电池芯片所用。因此，硅材料缺乏已成为抑制上海（乃至全国）太阳能电池产业封装的瓶颈。因此，通过上海与外省市的合作发展多晶硅产业已是涉及到微电子产业和太阳能电池产业的战略问题。
（十）中芯国际（上海）的经验：
中芯国际（上海）为国内集成电路（或半导体器件）芯片制造企业开展太阳能电池芯片或组件生产走出了一条成功之路，从中芯国际（上海）Fab10投产的实践来看，证明了以下事实，即集成电路（或半导体器件）芯片制造企业太阳能电池芯片具有许多有利条件：
●?基本工艺相同；
●?废旧硅圆片可充分利用，有利于降低制造成本；
●?生产线设备基本上可用进口设备或国产设备节省投资；
●?太阳能电池芯片制造若延伸至组件制造，更有利于企业获得较好效益。
但由于集成电路（或半导体器件）芯片制造企业的可利用的单晶硅片数量有限，因此当太阳能电池芯片生产规模扩大时必须考虑其他晶体硅的来源
全面详细解析CMOS和CCD图像传感器
编辑推荐
本书对有关太阳能电池及太阳能发电系统的世界最新技术进行了综述。各章各节的执笔者都选自日本的杰出专家，由他们介绍尖端技术的现状。具体内容包括太阳能电池的原理及装置物性、单晶硅太阳能电池和太阳能电池模板、非晶硅及微晶硅薄膜太阳能电池、CIS以及CIGS系太阳能电池、色素增感型太阳能电池等。该书可供各大专院校作为教材使用，也可供从事相关工作的人员作为参考用书使用。
河南省光伏材料重点实验室的研究方向
CMOS和CCD图像传感器有什么区别？在智能制造，自动化等设备中，离不开机械视觉，而说起机器视觉，一定少不了图像传感器。几十年来，CCD和CMOS技术，一直在争夺图像传感器的优势。那么这两种传感器有什么区别？今天我们就来分享一下。
CCD VS CMOS
首先我们要明确CMOS和CCD代表啥意思。
CMOS其实是Complementary Metal Oxide Semiconductor的简称，中文称为互补金属氧化物半导体。而CCD是Charge-Coupled Device的简称，含义是电荷耦合器件。是不是觉得很拗口？还是CMOS和CCD更顺耳。
CCD传感器的名称来源于捕获图像后如何读取电荷。利用特殊的制造工艺，传感器能够在不影响图像质量的情况下传输累积的电荷。整个像素区域可以看作是个矩阵，每个矩阵单元就是一个像素。
01、CMOS和CCD的微观结构
CCD的基本感光单元，是金属氧化物半导体电容器（MOS= Metal Oxide Semiconductor Capacity），它用作光电二极管和存储设备。
典型的CCD器件有四层：（a）底部掺杂硼的硅衬底（Silicon Substrate）、（b）沟道停止层（Channel Stop）、（c）氧化层（Silicon Dioxide）和（d）用于控制的栅电极（Polysilicon Gate Electrode）。当栅极电压高时，氧化层下方会产生势能阱（Potential Well）。传入的光子可以激发势阱中的电子，这些电子可以被收集和引导，周围的掺杂区可防止受激电子泄漏。
使用CCD相机生成图像，可分为四个主要阶段或功能：通过光子与器件光敏区域相互作用产生电荷、收集和存储释放的电荷、电荷转移和电荷测量。
①信号电荷的产生：CCD工作过程的第一步是电荷的产生。CCD可以将入射光信号转换为电荷输出，依据的是半导体的内光电效应（光伏效应）。
②信号电荷的存储：CCD工作过程的第二步是信号电荷的收集，就是将入射光子激励出的电荷收集起来成为信号电荷包的过程。
③信号电荷的传输（耦合）：CCD工作过程的第三步是信号电荷包的转移，就是将所收集起来的电荷包从一个像元转移到下一个像元，直到全部电荷包输出完成的过程。
④信号电荷的检测：CCD工作过程的第四步是电荷的检测，就是将转移到输出级的电荷转化为电流或者电压的过程。
CMOS微观结构：和CCD最大的区别在于电荷的传输方式不同，CMOS使用金属导线传递。CMOS像元工作示意图。传感器像素（一个反向偏置的二极管）连接到读出芯片中的像素电子元件。
02、CMOS和CCD传感器工作原理
CMOS外观：包含像元，数字逻辑电路，信号处理器，时钟控制器等。
CCD外观：包含水平和垂直移位寄存器，以及用于水平和垂直移位寄存器的时钟控制器，还有输出放大器等。把这两种传感器抽象一下，有下面这两张电路图。
CCD传感器示意图。CCD本质上是一个大阵列的半导体“桶”，可以将传入的光子转换为电子并保持累积的电荷。这些电荷，可以被垂直移位寄存器，向下转移到水平移位寄存器，水平移位寄存器可以将电荷转换为电压并输出。
CMOS传感器示意图。互补金属氧化物半导体设计不是传输电荷桶，而是立即将电荷转换为电压，并在微线上输出电压。
CMOS图像传感器工作示意图。CCD在过程结束时将电荷转换为电压，而CMOS传感器则在开始时执行此转换（因为各像元内包含电压转换器）。然后可以通过紧凑、节能的微型电线输出电压。
全幅CCD是结构最简单的传感器，可以以非常高的分辨率生产。它们只有一个单线传输寄存器作为缓冲器，不能通过传感器控制设置快门速度。因此，传感器必须位于机械快门后面，因为光敏传感器表面只能在曝光时间内暴露在光线下。全幅CCD主要用于科学和天文学中的摄影目的。
在曝光时间结束时，来自传感器单元的电荷同时传输到所有像素的中间存储器，并通过垂直和水平位移从那里读出。行间传输CCD的优势在于它们可以快速、完全地从传感器单元接收图像信息，中间存储不需要机械锁。这种设计的缺点是，传感器的填充系数较低，这会导致对光的敏感度降低，或在低光下更容易产生噪声。
曝光后，存储的图像或单元中的电荷会非常迅速地转移到转移寄存器中。然后以与全帧CCD相同的方式从传输寄存器读取电荷。
结合了行间和全幅CCD原理。通过这种结构，有源传感器单元的电荷可以非常快速地传输到中间存储单元，并从那里同样快速地传输到完全不透光的传输寄存器。关于CCD工作原理，有一个经典的区域雨水测量比喻。
CCD串行读出方式，可以用桶旅测量区域雨量来示意。其中落在桶阵列上的降雨强度可能因地而异，与成像传感器上的入射光子相似，这些桶在积分期间收集了不同数量的信号（水），桶在传送带上向代表串行寄存器（Serial Bucket Array）的一排空桶传送。一整排存储桶被并行移动到串行寄存器的存储库中。
串行移位和读出操作，其中描绘了每个桶中累积的雨水被顺序转移到校准的测量容器中，这类似于CCD输出放大器。当串行传送带上所有容器的内容物按顺序测量完毕后，另一列并行班次（Parallel Register Shift）将下一行收集桶的内容物转移到串行记录容器中，重复该过程，直到每个桶（像素）的内容物都测量完毕。
03、结论
有了前面的了解，我们就直接给出结论了。CCD和CMOS传感器之间的主要区别在于处理每个像素的方式：CCD将光生电荷从一个像素移动到另一个像素，并在输出节点将其转换为电压。CMOS成像器，在每个像素上使用多个晶体管，将每个像素内的电荷转换为电压，以使用更传统的导线放大和移动电荷。
CCD和CMOS传感器的区别：CCD像元产生的电荷，需要先寄存在垂直寄存器中，然后分行传送到水平寄存器，最后单独依次测量每个像元的电荷并放大输出信号。而CMOS传感器，则可以在每个像元中产生电压，然后通过金属线，传送到放大器输出，速度更快。
CCD将光生电荷从一个像素移动到另一个像素，并在输出节点将其转换为电压。CMOS成像器，在每个像素上使用多个晶体管，将每个像素内的电荷转换为电压，以使用更传统的导线放大和移动电荷。
CCDVSCMOS。
CMOS比CCD有一些明显的优势：
CMOS传感器具有比CCD更快的数据检索速度。在CMOS中，每个像素都单独放大，而不是在CCD中的公共端节点处理数据。这意味着每个像素都有自己的放大器，处理器消耗的噪声可以在像素级调低，然后放大以获得更高的清晰度，而不是在端节点一次性放大每个像素的原始数据。
CMOS传感器更节能且生产成本更低。它们可以通过重新利用现有的半导体来构建。与CCD中的高压模拟电路相比，这些也使用更少的功率。CCD传感器的图像质量优于CMOS传感器。然而，CMOS传感器在功耗和价格等方面优于CCD传感器。
一文读懂CMOS图像传感器
1873年，科学家约瑟·美（Joseph May）及伟洛比·史密夫（WilloughbySmith）就发现了硒元素结晶体感光后能产生电流，由此，电子影像发展开始，随着技术演进，图像传感器性能逐步提升。1.20世纪50年代——光学倍增管（Photo Multiplier Tube，简称PMT）出现。2.1965年—1970年，IBM、Fairchild等企业开发光电以及双极二极管阵列。3.1970年，CCD图像传感器在Bell实验室发明，依靠其高量子效率、高灵敏度、低暗电流、高一致性、低噪音等性能，成为图像传感器市场的主导。4.90年代末，步入CMOS时代。
国际空间站使用CCD相机
1.1997年，卡西尼国际空间站使用CCD相机（广角和窄角）。
2.美国宇航局局长丹尼尔戈尔丁称赞CCD相机“更快，更好，更便宜”；声称在未来的航天器上减少质量，功率，成本，都需要小型化相机。而电子集成便是小型化的良好途径，而基于MOS的图像传感器便拥有无源像素和有源像素（3T）的配置。
图像传感器的历史沿革——CMOS图像传感器
1.CMOS图像传感器使得“芯片相机”成为可能，相机小型化趋势明显。
2.2007年，Siimpel AF相机模型的出现标志着相机小型化重大突破。
3.芯片相机的崛起为多个领域（车载，军工航天、医疗、工业制造、移动摄影、安防）等领域的技术创新提供了新机遇。
CMOS图像传感器走向商业化
1.1995年2月，Photobit公司成立，将CMOS图像传感器技术实现商业化。
2.1995-2001年间，Photobit增长到约135人，主要包括：私营企业自筹资金的定制设计合同、SBIR计划的重要支持（NASA/DoD）、战略业务合作伙伴的投资，这期间共提交了100多项新专利申请。
3.CMOS图像传感器经商业化后，发展迅猛，应用前景广阔，逐步取代CCD成为新潮流。
CMOS图像传感器的广泛应用
2001年11月，Photobit被美光科技公司收购并获得许可回归加州理工学院。与此同时，到2001年，已有数十家竞争对手崭露头角，例如Toshiba，STMicro，Omnivision，CMOS图像传感器业务部分归功于早期的努力促进技术成果转化。后来，索尼和三星分别成为现在全球市场排名第一，第二。后来，Micron剥离了Aptina，Aptina被ON Semi收购，目前排名第4。CMOS传感器逐渐成为摄影领域主流，并广泛应用于多种场合。
CMOS图像传感器发展历程
70年代：Fairchild，80年代：Hitachi，80年代初期：Sony，1971年：发明FDA&CDS技术。80年中叶：在消费市场上实现重大突破；1990年：NHK/Olympus，放大MOS成像仪（AMI)，即CIS，1993年：JPL,CMOS有源像素传感器，1998年：单芯片相机，2005年后：CMOS图像传感器成为主流。
CMOS图像传感器技术简介
CMOS图像传感器
CMOS图像传感器（CIS）是模拟电路和数字电路的集成。主要由四个组件构成：微透镜、彩色滤光片（CF）、光电二极管（PD）、像素设计。
1.微透镜：具有球形表面和网状透镜；光通过微透镜时，CIS的非活性部分负责将光收集起来并将其聚焦到彩色滤光片。
2.彩色滤光片（CF）：拆分反射光中的红、绿、蓝（RGB）成分，并通过感光元件形成拜尔阵列滤镜。
3.光电二极管（PD）：作为光电转换器件，捕捉光并转换成电流；一般采用PIN二极管或PN结器件制成。
4.像素设计：通过CIS上装配的有源像素传感器（APS）实现。APS常由3至6个晶体管构成，可从大型电容阵列中获得或缓冲像素，并在像素内部将光电流转换成电压，具有较完美的灵敏度水平和的噪声指标。
Bayer阵列滤镜与像素
1.感光元件上的每个方块代表一个像素块，上方附着着一层彩色滤光片（CF），CF拆分完反射光中的RGB成分后，通过感光元件形成拜尔阵列滤镜。经典的Bayer阵列是以2x2共四格分散RGB的方式成像，Quad Bayer阵列扩大到了4x4，并且以2x2的方式将RGB相邻排列。公众号《机械工程文萃》，工程师的加油站！
2.像素，即亮光或暗光条件下的像素点数量，是数码显示的基本单位，其实质是一个抽象的取样，我们用彩色方块来表示。
3.图示像素用R（红）G（绿）B（蓝）三原色填充，每个小像素块的长度指的是像素尺寸，图示尺寸为0.8μm。
Bayer阵列滤镜与像素
滤镜上每个小方块与感光元件的像素块对应，也就是在每个像素前覆盖了一个特定的颜色滤镜。比如红色滤镜块，只允许红色光线投到感光元件上，那么对应的这个像素块就只反映红色光线的信息。随后还需要后期色彩还原去猜色，最后形成一张完整的彩色照片。感光元件→Bayer滤镜→色彩还原，这一整套流程，就叫做Bayer阵列。
前照式（FSI）与背照式（BSI）
早期的CIS采用的是前面照度技术FSI（FRONT-SIDE ILLUMINATED），拜尔阵列滤镜与光电二极管（PD）间夹杂着金属（铝，铜）区，大量金属连线的存在对进入传感器表面的光线存在较大的干扰，阻碍了相当一部分光线进入到下一层的光电二极管（PD），信噪比较低。技术改进后，在背面照度技术BSI（FRONT-SIDE ILLUMINATED）的结构下，金属（铝，铜）区转移到光电二极管（PD）的背面，意味着经拜尔阵列滤镜收集的光线不再众多金属连线阻挡，光线得以直接进入光电二极管；BSI不仅可大幅度提高信噪比，且可配合更复杂、更大规模电路来提升传感器读取速度。
CIS参数——帧率
帧率（Frame rate）：以帧为单位的位图图像连续出现在显示器上的频率，即每秒能显示多少张。而想要实现高像素CIS的设计，很重要的一点就是Analog电路设计，像素上去了，没有匹配的高速读出和处理电路，便无办法以高帧率输出出来。
索尼早于2007年chuan'gan发布了首款Exmor传感器。Exmor传感器在每列像素下方布有独立的ADC模数转换器，这意味着在CIS芯片上即可完成模数转换，有效减少了噪声，大大提高了读取速度，也简化了PCB设计。
CMOS图像传感器的应用
CMOS图像传感器全球市场规模
2017年为CMOS图像传感器高增长点，同比增长达到20%。2018年，全球CIS市场规模155亿美元，预计2019年同比增长10%，达到170亿美元。目前，CIS市场正处于稳定增长期，预计2024年市场逐渐饱和，市场规模达到240亿美元。
CIS应用——车载领域
1.车载领域的CIS应用包括：后视摄像（RVC)，全方位视图系统（SVS)，摄像机监控系统（CMS），FV/MV，DMS/IMS系统。
2.汽车图像传感器全球销量呈逐年增长趋势。
3.后视摄像（RVC）是销量主力军，呈稳定增长趋势，2016年全球销量为5100万台，2018年为6000万台，2019年达到6500万台，2020年超过7000万台。
4.FV/MV全球销量增长迅速，2016年为1000万台，2018年为3000万台，此后，预计FV/MV将依旧保持迅速增长趋势，019年销量4000万台，2021达7500万台，直逼RVC全球销量。
车载领域——HDR技术方法
1.HDR解决方案，即高动态范围成像，是用来实现比普通数位图像技术更大曝光动态范围。
2.时间复用。相同的像素阵列通过使用多个卷帘（交错HDR）来描绘多个边框。好处：HDR方案是与传统传感器兼容的最简单的像素技术。缺点：不同时间发生的捕获导致产生运动伪影。
3.空间复用。单个像素阵列帧被分解为多个，通过不同的方法捕获：1.像素或行级别的独立曝光控制。优点：单帧中的运动伪影比交错的运动伪影少。缺点：分辨率损失，且运动伪影仍然存在边缘。2.每个像素共用同一微透镜的多个光电二极管。优点：在单个多捕获帧中没有运动伪影；缺点：从等效像素区域降低灵敏度。
4.非常大的全井产能。
一：多晶硅提纯技术的研究
物理法提纯多晶硅技术的研究包含2个课题：（1）电子束熔融法多晶硅提纯技术研究；（2）区域熔化多晶硅提纯技术研究。
电弧炉电子束熔融法实施方案是：先利用高真空电弧炉反复烧结使得多晶硅的纯度达到5N以上，在电子束熔融的最后阶段，在保护气体中加入含氧、含氢和含氯气体，它们和B杂质发生反应，形成可挥发物质，达到去除杂质的目的；将初步提纯的材料在区熔单晶炉中进一步提纯到太阳能级以上。
电弧炉电子束熔融法的技术关键在于熔融多晶硅在真空中定向凝固，使得杂质在表面挥发，其主要的问题是如何将熔体内的杂质传输到熔体表面，以致它们能从表面挥发。当熔体体积较大时，内部的杂质往往不能及时传输到表面。为了解决这个问题，可以利用快速抽出保护气，使得气相中的杂质浓度始终很低，促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熔化不充分，也不利于杂质向液相、汽相的转移。这个问题可以利用电磁等离子法，使得熔体和坩锅壁四周不直接接触，从而增加熔体的表面积，导致熔体中杂质的尽快挥发。由于B元素的饱和蒸汽压（10-4Pa）远小于Si的饱和蒸汽压（10-1Pa）,所以不能用这种方法去除B杂质，这需要在提纯的最后阶段对熔体吹气来增加B的饱和蒸汽压。
区熔法显著的特点是不用坩埚盛装熔融硅，而是在高频电磁场作用下依靠硅的表面张力和电磁力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：根据熔化的晶体在再结晶过程中因杂质在固相和液相中的浓度不同而达到去除多晶硅中含有的碳、磷等杂质。区域熔化提纯法的最大优点是其能源消耗比传统方法减少60%以上。目前，区域熔化提纯法是最有可能取代传统工艺的太阳能级多晶硅材料的生产方法。REC公司已在2006年新工厂中开始使用了区域熔化提纯法。
本研究方向的目标：是开发出有自主知识产权的物理法太阳能级多晶硅提纯技术并使之产业化，减少多晶硅提纯过程中的环境污染与能耗，降低光伏发电的成本。
三年内获得科研项目3-5项，申请国家专利2-3项，发表国家核心期刊以上研究论文3-5篇，培养博士和硕士研究生6人。
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，在太阳能电池材料中应用最多的是单晶硅和多晶硅，但由于晶体硅的生长工艺的复杂性和对硅材料的浪费使其成本居高不下。因此，薄膜硅太阳能电池被认为是大幅度降低成本的根本出路，是今后硅太阳能电池研究的热点和主流方向，将在太阳能电池市场上占据主导地位，硅基薄膜太阳能电池的材料主要有非晶硅薄膜和微晶硅薄膜。
1、非晶硅薄膜的研究
非晶硅薄膜太阳能电池具有光吸收系数大，薄膜所需厚度相对其他材料要小得多；制作工艺简单，能耗少，可实现大面积连续化生产；可用玻璃或不锈钢等材料作衬底，容易降低成本；可做成叠层结构，提高效率等优点。但是，非晶硅薄膜太阳能电池也存在Staebler－Wronsk效应、沉积速率低、在薄膜沉积过程中存在大量的杂质，影响薄膜的质量和电池的稳定性等主要问题。针对上述问题，实验室计划深入探索玻璃基上ZnO薄膜的溅射或PECVD生长工艺，以期获得晶粒尺寸可控、光电性能优越的高质量ZnO多晶薄膜，研究元素掺杂对ZnO薄膜折射系数的改变以及对导电性、透光性和减反射性的影响；进一步完善硅薄膜的PECVD生产工艺，对温度(T)、压力(P)、频率(f)、电压(V)、化学源(S)等参数进行优化，减少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薄膜表面的处理工艺和缓冲层设计，降低电池光致衰减效应；改善制备工艺，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属性决定的，因此S-W效应不易完全消除。近年来又出现了多（微）晶硅薄膜电池，用多晶硅薄膜代替非晶硅薄膜作电池的有源层，在长期光照下没有明显的衰退现象。它是将多晶硅薄膜生长在低成本的基底材料上，用较薄的晶体硅层作为电池的激活层，不仅能保持晶体硅电池的高性能和稳定性，还可避免S-W效应，有效降低电池的成本。
目前，多晶硅电池中的关键问题是材料本身的光电性能较差、沉积速率较低。因此，实验室在这方面的研究重点主要集中在提高薄膜的沉积速率，完善高速优质多晶硅薄膜沉积相图的数据；研究沉积气压和流量对薄膜光电特性的影响和微结构、光电性质与稳定性的关系，优化成膜工艺，获得光电性能稳定的器件质量及多晶硅薄膜。如何制备缺陷密度很低的本征层，以及在比较低的工艺度下制备非晶硅含量很低的微晶硅薄膜，是进一步提高微晶硅太阳能电池转换效率的研究关键。
研究目标：在非晶硅、微晶硅薄膜材料的研究中，拓宽光吸收区和增加光吸收系数，提高光电转换效率，优化成膜工艺，以制备性能稳定、价格低廉的硅基太阳能电池。
三年内获得各种科研项目3-5项，申请国家专利2-3项，发表国家核心期刊以上研究论文8篇以上，培养博士和硕士研究生9人。
三：非硅基太阳能光伏材料与技术研究。
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存在两大主要难题，即液态电池的稳定性和固态电池的光电转换效率改善问题。实验室拟开展染料敏化剂、固态电解质、新型电极材料的研究。在染料敏化剂方面主要探寻新型有机染料替换常用的Ru络合物敏化剂，合成TiO2与其他无机半导体化合物的复合材料，实现无机复合材料敏化，对TiO2的离子位掺杂有效改变其能带结构，用金属或非金属进行单、双掺杂进行掺杂敏化。在固态电解质研究方面利用碳纳米管所特有的导电性和物质储藏功能，在碳纳米管中填充对于提高电池性能具有重要作用的Li盐和CuI等，对填充碳纳米管的外壁进行高分子接枝修饰，改善它与基体的相容性，将接枝复合碳纳米管进一步与基体高分子进行复合构成固态电解质层。在新型电极材料研究方面以功能性染料敏化纳米TiO2多孔膜,以共轭聚合物为空穴传输介质,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TiO2界面引入致密的阻挡层,降低背电子传输几率，研究聚合物成膜工艺,提高其在染料敏化TiO2孔穴中的填充效率。通过水热法、电化学法等合成纳米管、核壳结构纳米颗粒等TiO2纳米结构，提高电池的转换效率。探索非TiO2的无机纳米电极材料，如ZnO，BaSnO3，Zn2SnO4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复合、功能复合而兼具了有机材料的设计多样性、柔性、易加工性和无机材料的高载流子迁移率、高稳定性两者的优点，并往往产生协同优化效应，是一类含有两种及两种以上有机和无机组份并具有半导体性质的新型复合功能材料，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有简单的结构，一般是在透明导电玻璃上采用简单的旋涂工艺或真空蒸发技术制作有机层和无机层，制成体异质结结构，然后真空蒸发铝电极。有机层的主要作用是实现宽光谱高效率的光吸收，而无机半导体材料的作用在于实现电荷分离、提高输运性能。这样从原理上避免了必须使用窄带隙半导体材料才能实现宽光谱吸收的限制，而可以使用具有光、热、化学稳定性的宽禁带半导体材料，这一方面可解决窄带隙半导体材料中普遍存在的光腐蚀、光致衰退等问题，另一方面可使用低成本、环境友好的ZnO，TiO2等宽禁带半导体材料，减少生产过程中废弃物造成的环境污染。但是有机半导体载流子迁移率较低，稳定性差，有机-无机复合半导体材料结构稳定性较差，导致电池性能工艺重复性较差。
实验室将重点研究有机-无机复合半导体材料在光、热等外场作用下结构的演化与控制以及稳定化途径，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载流子长程输运性能的关系以及高载流子迁移率的实现途径，合成各种新的有机小分子，筛选量子产率较高的有机分子作为吸光层，对由有机半导体材料和无机半导体材料组成的各种体系进行系统研究。
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，其对可见光的吸收系数是所有薄膜电池材料（a-Si、CdTe等）中最高的，而原材料的消耗却远低于传统晶体硅太阳电池，具有广泛的发展前景。CIS太阳电池有三大突出的特点：①转换效率高，CIS是高效薄膜太阳电池的最有前途的光伏材料。② 制造成本低：吸收层薄膜CuInSe2是一种直接带隙材料，光吸收率高达105量级，最适于太阳电池薄膜化，电池厚度可以做到2～3μm，降低了昂贵的材料消耗。其成本是晶体硅太阳电池的1/2～1/3。③电池性能稳定，利用实验室的薄膜生长系统正在开展薄膜太阳能电池的研发，通过更改CIS薄膜太阳电池的窗口材料，来进一步提高转换效率。目前采用ZnO薄膜作为窗口材料，使转化效率从6.5%提高到9.5%。
研究目标：提高CIS薄膜太阳电池的转化效率，完善制备工艺，为产业化奠定基础。继续改进燃料敏化太阳能电池各个组元的性能，不断提高电池的光电转化效率。研究开发有机-无机复合半导体材料为基础的薄膜太阳能电池，提高其结构稳定性和光电转换效率，降低材料的生产成本。
三年内获得各种科研项目2-3项，申请国家专利3项，发表国家核心期刊以上研究论文10篇以上，培养博士和硕士研究生12人。
组建光伏材料省级重点实验室的总体目标是针对开发“光伏材料与技术”这一行业发展中的重大技术问题进行攻关，持续不断地创造新成果，开发新技术，并进行工程化研究，为产业化提供成熟、配套的技术、工艺、装备和新产品；实行开放服务，接受行业或部门以及企业、科研机构等单位委托的工程技术研究、设计、实验和成套技术服务，并为其成果推广提供咨询；培养、聚集相关专业的高层次的工程技术人才和管理人才，为本省行业、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，开展相关的标准制定工作和行业信息服务，促进行业、领域的技术发展。
