薄膜电池研究进展

薄膜太阳电池研究进展

黄素梅，褚家宝，朱红兵,李晓冬，张丁文，石建华，陈思，孙卓

(华东师范大学纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心，

上海市中山北路3663号，200062)

摘要：介绍了薄膜太阳电池在太阳能发电中的地位，概述了包括非晶硅、铜铟镓硒和染料敏化等薄膜太阳电池的制备技术研究状况。非晶硅太阳电池的生产技术成熟，商业化程度高，是目前太阳电池开发与应用的重点，随着技术和工艺水平的提高，铜铟镓硒和染料敏化等新型太阳电池商业化必将带来能源领域的新变革。

关键字：薄膜太阳电池；多晶硅；非晶硅；碲化镉；铜铟镓锡；染料敏化

Fabrication technologies progress of

thin film solar cells

S.M.Huang, J. B. Chu，H. B. Zhu, X. D. Li, D. W. Zhang,

J. H. Shi, S. Chen, Z. Sun

Nanotech Center, East China Normal University &

Shanghai Nanoking Technology Co.

North Zhongshan Rd. 3663, Shanghai 200062, China

Abstract:Fabrication technologies of thin film solar cells are reviewed. Various technologies such as amorphous Si (a-Si)，CuIn1-xGa Se2(CIGS), and dye sensitized solar cells (DSCs) are examined and

analyzed. Currently，a-Si thin film solar cells are advanced and commercialized．With the development of science, technologies and techniques, DSCs and CIGS thin film solar cells will be improved quickly, take more important positions in the photovoltaic industry and will be more widely used in the near future. Keywords: Thin film solar cells; polysilicon; amorphous silicon; Cu(In,Ga)Se2; Dye sensitized

引言

当今社会人们所使用的能源，几乎以石化燃料（石油、煤炭及天然气等）能源为主，虽然石化能源带来了全人类的进步，却也衍生出无法挽回的环境问题。北极冰山即将融化、许多低海拔岛国将淹没于海洋之中、气候异常…等种种问题，都使节能减碳成为全人类共同面对的问题。随着矿物能源的日益减少和环境污染的日趋严重，发展新型环境友好型绿色可再生能源及其能源转换技术正受到世界各国的高度重视。其中，最没有污染、市场空间最大的应该是太阳能，利用光电转换的太阳能电池发电技术是同时解决上述能源与环境两个问题的最佳选择，因而太阳能电池的研究与开发正越来越受到世界各国的广泛关注。

技术进步是降低光伏发电成本、促进光伏产业和市场发展的重要因素。几十年来围绕着降低成本的各种研究开发工作取得了辉煌成就，表现在电池效率不断提高,硅片厚度持续降低和产业化技术不断改进等方面,对降低光伏发电成本起到了决定性的作用。另一方面,发展低成本、新型薄膜太阳电池是未来国际光伏产业的必然趋势。材料的薄膜化是最具世纪特色的先进技术，薄膜技术用于新型太阳电池制造，是廉价太阳电池技术发展的主要方向。

薄膜太阳能电池产品结构与制备技术

薄膜太阳能电池主要靠p型半导体及n型半导体形成PN结产生电流，然而因单独的p型及n型半导体薄膜，其导电性能不佳且容易氧化，所以需在外层再镀上一层能夠与半导体薄膜形成沒有整流效应的低电阻金属/半导体接触（Ohmic Contact）。同时考虑到透光功能，因此会选择透光性高及导电性好的透明

导电层（TCO）来代替金属层，表面还可制作绒面或其他光陷阱结构，以增加太阳电池对光的吸收。

为了避免因制作顺序，造成各层化学物质间的负面影响，薄膜太阳能电池有不同的结构。按照光入射方向的不同，薄膜电池组成结构可分为顶衬Superstrate及底衬Substrate两种结构。顶衬结构先从玻璃基板下方镀上透明导电层开始，再依次完成p-i-n结构，最后制作金属电极；底衬结构则先在玻璃基板上方镀上金属导电层，再依序制作n-i-p，最后才镀上透明导电层。

1 硅薄膜太阳能电池

目前硅薄膜太阳能电池多采用顶衬结构，但柔性薄膜太阳能电池则多以底衬结构为主[1-4]。以顶衬结构的非晶硅太阳能电池制备工艺为:第一步先在玻璃或金属基板上生成一层透明导电层（TCO）；第二步利用激光将要留下凹槽的TCO薄膜剥除；第三步则以溅镀或PECVD于TCO上镀硅薄膜；第四步再用激光将要留下凹槽的硅薄膜剥除、第五步进行金属镀膜；第六步再用激光将要留下凹槽金属镀膜剥除；最后再加上玻璃封装即可完成模组。

由于非晶硅具有光致衰减效应(S-W效应)等缺点，故新一代的硅薄膜太阳能电池技术，通常使用两结或多结叠层技术（Multijunction），堆叠其他具有较高光吸收系数的光吸收层，以减少光能损耗并提高电池转换效率。常见的两结电池结构有a-Si/μc-Si 、a-Si Tandem、a-Si/Poly -Si等；多结电池结构有

a-Si/a-Si/μc-Si(Sharp)、a-Si/μc-Si/μc-Si(Kaneka)。从制造技术上看，非晶硅电池主要的工艺路线有三条：一是以美国UNITED SOLAR 为代表的多结多带隙（硅锗合金）柔性太阳能电池路线，二是以德国Schott （原名RWE）为代表的多结单带隙（硅硅叠层）路线，三是以日本KANAKE 为代表的非晶微晶异质结路线。但目前商用非晶硅电池的转换效率（6-9%）比晶体硅转换效率（16-18%）仍低很多，但由于其成本低，在光伏市场已经占有一定的地位，国内做非晶硅的公司主要有浙江正泰和河北天威薄膜等公司。

2 铜铟镓硒薄膜太阳能电池