非晶硅薄膜电池的历史、现状和发展中的主要问题

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２存在的主要问题以及解决办法
目前的非晶硅太阳能电池采用的是氢化非晶硅材料，这是一种性能复杂的半导体材料，与晶体硅太无论是材料理论、器件研究、工艺水阳能电池相比，平仍处于研究积累阶段，许多性质还有待于深入认识。非晶硅薄膜太阳能ห้องสมุดไป่ตู้池最大的缺点，就是电池的转换效率还比较低，商业化生产的产品通常只有另一方面，非晶硅薄膜太阳能电池性能不够稳６％；存在比较严重的转换效率光致衰减效应。这些定，缺点制约了非晶硅薄膜太阳能电池的推广和普及，因此克服这些缺点也就成为非晶硅薄膜太阳能电池发展的关键，经过近几年的努力，尽管这些问题还不
表１２００６－２００７年薄膜太阳能电池年产量前５位的厂家
厂家国家
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２００７年增长率２００６年２００６年００７年２／排名产量排名产量％２００４８４５２５２１２３３．３７１．４６０．７５８．０１５６．１１２３４５６０２８２８５．８８．２１２２６５
基金项目：上海市青年科技启明星计划（；国家自０７ＱＡ１４０２６）然科学基金（）；上海市教委大学生科技创新（）１０８０４０７２Ａ８４１５６
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］５（）采用叠层［电池结构以扩展光谱响应范围１并提高稳定性太阳光经过大气层后，以ＡＭ１．５
能电池生产领域，采用８．５代设备集成了规模为所生产的４０ＭＷ的单结非晶硅太阳能电池生产线，２转换效率达到了面积为５．７２ｍ的光伏组件产品，６％；２００８年又推出了同一组件尺寸的６５ＭＷ非晶［］３硅／微晶硅叠层太阳能电池生产线。表１是２００６年和２００７年薄膜太阳能电池产量前５名的厂家产量、排名等情况。
中图分类号：（）ＴＭ６１５Ａ文章编号：１００５７４３９２００９０６０３３５０３文献标志码：
（，，）Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ＆ＰｈｓｉｃｓｄｅａｒｔｍｅｎｔｏｆＳｈａｎｈａｉＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔＳｈａｎｈａｉ２０１３００Ｃｈｉｎａｙｐｇｙｇ：犃犫狊狋狉犪犮狋Ｔｈｅｈｉｓｔｏｒｎｄｐｒｅｓｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆａｍｏｒｈｏｕｓｓｉｌｉｃｏｎｔｈｉｎｆｉｌｍｓｏｌａｒｃｅｌｌｓａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．ＴｈｅｙａｐｒｉｍａｌｒｏｂｌｅｍｓｏｆｌｏｗｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃａｎｄｓｅｖｅｒｅＳｔａｂｌｅｒＷｒｏｎｓｋｉｅｆｆｅｃｔｏｆａｍｏｒｈｏｕｓｓｉｌｉｃｏｎｐｐｙｙｐｔｈｉｎｆｉｌｍｓｏｌａｒｃｅｌｌｓａｒｅｉｎｄｉｃａｔｅｄ．ＡｎｄＴｈｅｒｅｌａｔｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｔｏｒｅｓｏｌｖｅｔｈｅｔｗｏｐｒｏｂｌｅｍｓｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｉｔｉｓｔｈｏｕｈｔｇｙｇｔｈａｔａｍｏｒｈｏｕｓｓｉｌｉｃｏｎｔｈｉｎｆｉｌｍｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｈａｖｅｇｒｅａｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｏｒｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔａｎｄｗｉｌｌｈａｖｅｔｈｅｓｔａｔｕｓｏｆｅｕａｌｐｐｑｉｍｏｒｔａｎｃｅｗｉｔｈｃｒｓｔａｌｌｉｎｅｓｉｌｉｃｏｎｓｏｌａｒｃｅｌｌｓａｎｄｏｔｈｅｒｎｅｗｌｅｖｅｌｏｉｎｉｎｄｏｆｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ．ｐｙｙｄｐｇｋ：；；犓犲狑狅狉犱狊ａｍｏｒｈｏｕｓｓｉｌｉｃｏｎｔｈｉｎｆｉｌｍｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｓｔａｂｌｅｒｗｒｏｎｓｋｉｅｆｆｅｃｔｐｙｙ狔
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下，温度大大降低耗能也减少；通常，晶体硅太阳能电池能量偿还周期为２而非晶硅太阳能电池３年，～能量偿还时间只要１～１．５年。太阳能电池必须通过串联和并联，才能达到用户要求的输出电压和电流等级，电池组件封装互连可能会引起的功率损失；商用的集成型薄膜太阳能电池可以在生产工艺中实现电池互连，避免了像晶体硅太阳能电池组件那样因为封装互连引起的功率损失。正是这些优点，薄膜太阳能电池已经被作为第二代的太阳能电池，近几年迅猛发展，特别是非晶硅薄膜太阳能电池增量明显。本文将介绍非晶硅薄膜太阳能电池的发展历史和现状，并对目前非晶硅薄膜太阳能电池存在的问题进行分析，指出今后发展的方向和趋势。
］４能彻底解决，但也获得了很大的突破［。
国、日本的一些非晶硅太阳能电池制造商开发出具有非晶硅／微晶硅和非晶硅／非晶硅锗结构的叠层太阳能电池产品投放市场，产品的单一组件面积超过
２，转换效率为７一些制造商把１ｍ％。２００５年前后，薄膜晶体管液晶显示器的产业设备和工艺引入到了
２和效率为６成为１ｍ％左右的非晶硅太阳能电池，非晶硅太阳能电池市场的新主流。２美１世纪初，
签约仪式在石家庄市举行，整个项目计划总投资分三期建设，到２１４０亿元，０１０年年产非晶硅薄膜太阳能电池５年销售额２００ＭＷ，００亿元。
（）美国ＦｉｒｓｔＳｏｌａｒＣｄＴｅ（）ＵｎｉＳｏｌａｒａＳｉ（）ＫａｎｅｋａａＳｉ（）ＴｒｏｎａＳｉｙ（／）ＳｈａｒａＳｉｕＳｉｐ美国日本中国日本
辐射光谱的能量分布为：０～０．３５μ ｍ占１．２５％；０．３５～０．９０μ ｍ占６６．８５％；０．９０～１．６μ ｍ占大于１／２５％；．６μ ｍ占８．１５％。尽管采用非晶硅／ａＳｉＧｅａＳｉＧｅ三层结叠层可以使光谱的响应范围扩展到０但它只占太阳光谱总能量．３５～０．９０μ ｍ，的６而其他波段的光能都白白浪费掉了。６．８５％，为更充分地利用太阳能，除了改进现有的非晶硅基薄膜叠层电池结构外，还需探索新的叠层，进一步提高非晶硅薄膜太阳电池的转换效率。（）采用绒面上电极和多层背反射电极以增加２光在本征层的吸收率晶体硅太阳能电池采用绒面使入射光在绒面ＴＣＯ薄膜代替平滑的ＴＣＯ薄膜，上实现多次反射，可起到增透减反射效果，这种技术也可以用在非晶硅薄膜太阳能电池的生产工艺中。
发展最快的光伏电池可目前市场上应用最多、以分为晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池。非晶硅薄膜太阳能电池是采用辉光放电（、离子体增ＧＤ）等方法把一层很薄的非强化学气相沉积（ＰＥＣＶＤ）晶态气体硅沉积在硅或玻璃等基体上制成的。薄膜太阳能电池具有许多晶体硅太阳能电池很难做到的优点，例如非晶硅薄膜太阳能电池原材料用量少，晶体硅太阳能电池厚度要在２而非晶００μ ｍ以上，［］１硅薄膜只要１μ 并且在制造过程中不ｍ就足够了，材料浪费少；又如像晶体硅太阳能电池一样要切片，耗能少、能量偿还周期短，单制造过程需要温度低、晶硅的生产需要在１４００ ℃下扩散相比之下非晶硅薄膜太阳能电池基板的的制造只要２００～３００℃
非晶硅太阳能电池的生产工艺中，研制成功了集成型非晶硅薄膜太阳能电池组件，产品的转换效率进一步提高到了７产品的面积达到．５％～８．０％，成为目前非晶硅太阳能电池产品的主流。１．５ｍ，美国应用材料公司进军非晶硅太阳２００６年下半年，
２
２．１转换效率低的原因及解决办法造成非晶硅薄膜太阳能电池效率低下的根本原因，是电池的短路电流较小，这与非晶硅材料的结构特点有关。非晶硅薄膜太阳能电池采用的ａ：ＳｉＨ材料带隙较宽，运行中小于１．６５ｅＶ的低能光子对光生电流基本上无贡献。另外，由于对本征层厚度的要求不可能太大，所以能量接近于带隙宽度的那部分长波光子，在有限的本征层之内并不能充分地被吸收。解决这一问题的思路，可以从提高晶体硅太阳能电池转换能力的途径获得启示。
１发展历史和现状
［］１９７５年Ｓｅａｒ和Ｌｅｃｏｍｂｅｒ２用辉光放电法制ｐ
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赵雨等：非晶硅薄膜电池的历史、现状和发展中的主要问题
备出性能优良的非晶硅（）薄膜；ａＳｉ１９７６年ＲＣＡ实验室的ＣａｒｌｓｏｎＤ．Ｅ和ＷｒｏｎｓｋｉＣ．Ｒ利用氢化非晶硅制作出了第一个非晶硅太阳能电池。２０世纪８０年代非晶硅太阳能电池的转换效率和稳定性获２面积０、转换效率５得了重要突破，．５ｍ％以下的非晶硅太阳能电池组件是当时市场主流。２０世纪９０年代低转换效率和稳定性差的问题得到进一步解决，叠层非晶硅太阳能电池得到了发展，面积为
第３０卷第６期２００９年１２月
能源技术ＥＮＥＲＧＹＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ．３０ｏ．６Ｎ２００９Ｄｅｃ．
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清洁能源与新能源
非晶硅薄膜电池的历史、现状和发展中的主要问题
赵雨，孙煜（上海电力学院数理系太阳能研究所，上海２）０１３００摘要：对非晶硅薄膜太阳能电池的历史和现状进行了总结，指出了目前非晶硅薄膜太阳能电对解决这些问题的一些技术进行了探讨，池存在的主要问题是转换效率低和严重的光致衰减效应，认为非晶硅薄膜太阳能电池有很大的发展潜力，将与晶体硅和其他新兴太阳能电池三分天下。关键词：非晶硅薄膜太阳能电池；转换效率；光致衰减