薄膜太陽能電池的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，生物質(zhì)能、風(fēng)能、水能等都來源于太陽能。太陽能電池是是一種通過光伏效應(yīng)將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N裝置，是利用太陽能的一種重要形式。

　　目前，人們根據(jù)所選用的半導(dǎo)體材料將太陽能電池應(yīng)用技術(shù)分為晶硅和薄膜兩大類。晶硅太陽能電池在現(xiàn)階段的大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于其成本過高，限制了其發(fā)展。相比晶硅等其它太陽能電池，薄膜太陽能電池具有生產(chǎn)成本低、原材料消耗少、弱光性能優(yōu)良等優(yōu)勢。隨著世界能源緊缺，薄膜太陽能電池作為一種光電功能薄膜，可以有效地解決能源短缺問題，而且無污染，還可以實現(xiàn)光伏建筑一體化，易于大面積推廣。

　　非晶硅薄膜太陽能電池

　　非晶硅薄膜太陽能電池轉(zhuǎn)換效率較低，實驗室轉(zhuǎn)換效率只有13％，但工藝成熟、成本較晶硅低廉、制備方便，適于大規(guī)模生產(chǎn)。

　　非晶硅薄膜太陽能電池通常為疊層結(jié)構(gòu)，玻璃基板上沉積了透明導(dǎo)電膜（transparentconductiveoxide，TCO）層、非晶硅層（a—Si層）和背電極層（Al／ZnO層）3層薄膜，其中非晶硅層通過磁控濺射法沉積。

　　相對于單晶硅太陽能電池，非晶硅薄膜是一種極有希望大幅度降低太陽電池成本的材料。非晶硅薄膜太陽能電池具有諸多優(yōu)點使之成為一種優(yōu)良的光電薄膜光伏器件。（1）非晶硅的光吸收系數(shù)大，因而作為太陽能電池時，薄膜所需厚度相對其他材料如砷化鎵時，要小得多；（2）相對于單晶硅，非晶硅薄膜太陽能電池制造工藝簡單，制造過程能量消耗少；（3）可實現(xiàn)大面積化及連續(xù)的生產(chǎn)；（4）可以采用玻璃或不銹鋼等材料作為襯底，因而容易降低成本；（5）可以做成疊層結(jié)構(gòu)，提高效率。

　　但同時非晶硅薄膜太陽能電池仍存在一些需要解決的問題。（1）由于Staebler-Wronski效應(yīng)的存在，使得非晶硅薄膜太陽能電池在太陽光下長時間照射會產(chǎn)生效率的衰減，從而導(dǎo)致整個電池效率的降低；（2）沉積速率低，影響非晶硅薄膜太陽能電池的大規(guī)模生產(chǎn)；（3）后續(xù)加工困難，如Ag電極的處理問題；（4）在薄膜沉積過程中存在大量的雜質(zhì)，如O2、N2、C等，影響薄膜的質(zhì)量和電池的穩(wěn)定性。

　　非晶硅薄膜太陽能電池的下一步研究主要有以下幾個方向：其一是采用優(yōu)質(zhì)的底電池i層材料；其二朝疊層結(jié)構(gòu)電池發(fā)展；第三是在保證效率的條件下，開發(fā)生產(chǎn)疊層型非晶硅太陽電池模塊技術(shù)；最后使用便宜封裝材料以降低成本。

　　多晶硅薄膜太陽能電池

　　poly-Si薄膜電池既具有晶體硅電池的高效、穩(wěn)定、無毒、材料資源豐富，又具有薄膜電池的材料省、成本低的優(yōu)點，它在長波段具有高光敏性，對可見光能有效吸收，且具有與晶體硅一樣的光照穩(wěn)定性，同時材料制備工藝相對簡單，poly-Si薄膜電池技術(shù)有望使太陽電池組件的成本得到更大程度的降低，從而使得光伏發(fā)電的成本能夠與常規(guī)能源相競爭。

　　限制太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的因素很多，提高吸光率和減少載流子復(fù)合是提高轉(zhuǎn)換效率最重要的2種方法。

　　眾所周知，吸光率越大，電池轉(zhuǎn)換效率越高，短路電流密度．，筻也越大。si對可見光的光學(xué)吸收長度約為150um。由此可見，傳統(tǒng)單晶與非晶硅太陽能電池的厚度為200um左右，有利于充分吸收太陽光能量。按照國際認(rèn)定的標(biāo)準(zhǔn)，新一代薄膜太陽能電池的厚度應(yīng)在50um以下。這意味著必須使較長波段的光在薄膜的上下表面間來回反射，以增加其光程，達(dá)到提高吸光率的目的。要使吸光率A（λ）在寬譜帶范圍內(nèi)達(dá)到高值，可以采取以下2種方法。

　　第一種方法是使薄膜電池上表面反射系數(shù)Rf接近于0。為此，通常采用由ZnS、MgF、TiO2和Si構(gòu)成的單層或多層減反膜。第二種方法是使薄膜電池背面的反射系數(shù)Rb接近理想的100％，通常用在基片上蒸鍍金屬膜作為反射層的方法增加電池背面的反射系數(shù)。