非晶硅太陽能電池研究畢業(yè)論文

非晶硅太陽能電池趙準(zhǔn)（吉首大學(xué)物理與機(jī)電工程學(xué)院，湖南吉首416000）摘要：隨著煤炭、石油等現(xiàn)有能源的頻頻告急和生態(tài)環(huán)境的惡化.使得人類不得不盡快尋找新的清潔能源和可再生資源。其中包括水能、風(fēng)能和太陽能，而太陽能以其儲(chǔ)量巨大、安全、清潔等優(yōu)勢使其必將成為21世紀(jì)的最主要能源之一。太陽是一個(gè)巨大的能源，其輻射出來的功率約為其中有被地球截取，這部分能量約有 的能量闖過大氣層到達(dá)地面，在正對(duì)太陽的每一平方米地球表面上能接受到1kw左右的能量。目前分為光熱發(fā)電和光伏發(fā)電兩種形式。 太陽能熱發(fā)電是利用聚光集熱器把太陽能聚集起來， 將一定的工質(zhì)加熱到較高的溫度（通常為幾百攝氏度到上千攝氏度） ，然后通過常規(guī)的熱機(jī)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電或通過其他發(fā)電技術(shù)將其轉(zhuǎn)換成電能。光伏發(fā)電是利用界面的而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。目前光一電轉(zhuǎn)換器有兩種：一種是光一伽伐尼電池，另一種是光伏效應(yīng)。由一個(gè)或多個(gè)太陽能電池片組成的太陽能電池板稱為光伏組件， 將光伏組件串聯(lián)起來再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。因?yàn)楣夥l(fā)電規(guī)模大小隨意、能獨(dú)立發(fā)電、建設(shè)時(shí)間短、維護(hù)起來也簡單.所以從 70年代開始光伏發(fā)電技術(shù)得到迅速發(fā)展，日本、德國、美國都大力發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)，他們走在了世界的前列，我國在光伏研究和產(chǎn)業(yè)方面也奮起直追，現(xiàn)在以每年 20%的速度迅速發(fā)展。關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；太陽能電池；硅基太陽能電池；非晶硅太陽能電池.引言1976年卡爾松和路昂斯基報(bào)告了無定形硅（簡稱a—Si）薄膜太陽電他的誕生。當(dāng)時(shí)、面積樣品的光電轉(zhuǎn)換效率為2.4%。時(shí)隔20多年，a—Si太陽電池現(xiàn)在已發(fā)展成為最實(shí)用廉價(jià)的太陽電池品種之一。 非晶硅科技已轉(zhuǎn)化為一個(gè)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，世界上總組件生產(chǎn)能力每年在50MM上，組件及相關(guān)產(chǎn)品銷售額在10億美元以上。應(yīng)用范圍小到手表、計(jì)算器電源大到10M檄的獨(dú)立電站。涉及諸多品種的電子消費(fèi)品、照明和家用電源、農(nóng)牧業(yè)抽水、廣播通訊臺(tái)站電源及中小型聯(lián)網(wǎng)電站等。a—Si太陽電池成了光伏能源中的一支生力軍，對(duì)整個(gè)潔凈可再生能源發(fā)展起了巨大的推動(dòng)作用。非晶硅太陽電他的誕生、發(fā)展過程是生動(dòng)、復(fù)雜和曲折的，全面總結(jié)其中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)對(duì)于進(jìn)一步推動(dòng)薄膜非晶硅太陽電池領(lǐng)域的科技進(jìn)步和相關(guān)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重要意義。 況且，由于從非品硅材料及其太陽電池研究到有關(guān)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的典型事例，其中的規(guī)律性對(duì)其它新興科技領(lǐng)域和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也會(huì)有有益的啟示。本文將追述非晶硅太陽電他的誕生、發(fā)展過程，簡要評(píng)述其中的關(guān)鍵之點(diǎn)，指出進(jìn)一步發(fā)展的方向。.太陽能電池概述.太陽能電池原理太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。 太陽能電池以光電效應(yīng)工作的結(jié)晶體太陽能電池和薄膜式太陽能電池為主流， 而以光化學(xué)效應(yīng)工作的濕式太陽能電池則還處于萌芽階段。 太陽能電池工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)。所謂光生伏特效應(yīng)就是當(dāng)物體受到光照時(shí)，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢和電流的一種效應(yīng)。為了理解太陽能電池的運(yùn)做，我們需要考慮材料的屬性并且同時(shí)考慮太陽光的屬性。太陽能電池包括兩種類型材料，通常意義上的P型硅和N型硅。在純凈的硅晶體中，自由電子和空穴的數(shù)目是相等的。如果在硅晶體摻雜了能俘獲電子的硼、鋁、錢、鈿等雜質(zhì)元素，那么就構(gòu)成P型半導(dǎo)體。如果在硅晶體面中摻入能夠釋放電子的磷、/、睇等雜質(zhì)元素，那么就構(gòu)成了N型半導(dǎo)體。若把這兩種半導(dǎo)體結(jié)合在一起，由于電子和空穴的擴(kuò)散，在交接面處便會(huì)形成 PN結(jié)，并在結(jié)的兩邊形成內(nèi)建電場。太陽光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對(duì)，在p-n結(jié)電場的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)，也是太陽能電池的工作原理。太陽能電池種類太陽能電池的種類有很多，按材料來分，有硅基太陽能電池（單晶，多晶，非晶），化合物半導(dǎo)體太陽能電池（神化錢（GaA§,磷化鈿（InP）,硫化鎘（CdT0,銅鈿錢硒（CIGS）,有機(jī)聚合物太陽能電池（酥青，聚乙快），染料敏化太陽能電池，納米晶太陽能電池；按結(jié)構(gòu)來分，有體結(jié)晶型太陽能電池和薄膜太陽能電池。3,硅基太陽能電池非晶硅薄膜太陽能電池開發(fā)太陽能電池的兩個(gè)關(guān)鍵問題就是：提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本。由于非晶硅薄膜太陽能電池的成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)，普遍受到人們的重視并得到迅速發(fā)展，其實(shí)早在70年代初，Carlson等就已經(jīng)開始了對(duì)非晶硅電池的研制工作，近幾年它的研制工作得到了迅速發(fā)展，目前世界上已有許多家公司在生產(chǎn)該種電池廣品。非晶硅半導(dǎo)體材料的最基本特征是組成原子的排列為長程無序、短程有序，原子的鍵合類似晶體硅，形成一種共價(jià)無規(guī)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這結(jié)構(gòu)，不是無規(guī)理想的網(wǎng)絡(luò)模型，其中含有一定量的結(jié)構(gòu)缺陷、懸掛鍵、斷鍵和空洞等。非晶硅電池的工作原理與單晶硅電池類似，都是利用半導(dǎo)體的先生伏特效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。與單晶硅電池不同的是，非晶硅電池先生載流子只有漂移運(yùn)動(dòng)而無擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)， 原因是由于非晶硅結(jié)構(gòu)中的長程無序和無規(guī)網(wǎng)絡(luò)引起的極強(qiáng)散射作用， 使載流子的擴(kuò)散長度很短。如果在光生載流子的產(chǎn)生處或附近沒有電場存在， 則光生載流子受擴(kuò)散長度的限制，將會(huì)很快復(fù)合而不能吸收。為能有效地收集先生載流子，將電池設(shè)計(jì)成為pin型，其中p層是入射光層，i層是本征吸收層，處在p和n產(chǎn)生的內(nèi)建電場中。當(dāng)入射光通過p+層進(jìn)入i層后，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，光生載流子一旦產(chǎn)生后就由內(nèi)建電場分開，空穴漂移到p+邊，電子飄移到n邊，形成光生電流和光生電壓。非晶硅光學(xué)帶隙為，使得材料本身對(duì)太陽輻射光譜的長波區(qū)域不敏感，這樣一來就限制了非晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。 此外，其光電效率會(huì)隨著光照時(shí)間的延續(xù)而衰減，即所謂的光致衰退S-W&應(yīng)，使得電池性能不穩(wěn)定。解決這些問題的途徑就是制備疊層太陽能電池，疊層太陽能電池是由在制備的 p、i、n層單結(jié)太陽能電池上再沉積一個(gè)或多個(gè)P-i-n子電池制得的。疊層太陽能電池提高轉(zhuǎn)換效率、解決單結(jié)電池不穩(wěn)定性的關(guān)鍵問題在于：①它把不同禁帶寬度的材科組臺(tái)在一起，提高了光譜的響應(yīng)范圍；②頂電池的i層較薄，光照產(chǎn)生的電場強(qiáng)度變化不大，保證i層中的先生載流子抽出；③底電池產(chǎn)生的載流子約為單電池的一半，光致衰退效應(yīng)減小；④疊層太陽能電池各子電池是串聯(lián)在一起的。非晶硅薄膜太陽能電池的制備方法有很多，襯底可以為玻璃、不銹鋼、特種塑料、陶瓷等（圖為非晶硅薄膜電池結(jié)構(gòu)的示意圖）。玻璃襯底的非晶硅電池，光從玻璃面入射，電池的電流從透明導(dǎo)電膜（TCO和鋁電極引出。不銹鋼襯底的非晶硅電池與單晶硅電池類似，在透明導(dǎo)電膜上制備梳狀銀電極，電池的電流從銀電極和不銹鋼引出。雙疊層的結(jié)構(gòu)有兩種：一種是兩層結(jié)構(gòu)使用相同的非晶硅材料；一種是上層使用非晶硅合金，下層使用非晶硅錯(cuò)合金，以增加對(duì)長波光的吸收；上層使用寬能隙的非晶硅合金做本征層， 以吸收藍(lán)光光子；中間層用含錯(cuò)約15%勺中等帶隙的非晶硅錯(cuò)合金，以吸收紅光。三疊層的結(jié)構(gòu)與雙疊層的結(jié)構(gòu)類似。非晶硅材料由氣相沉積法形成的。根據(jù)離解和沉積方法的不同，可分為輝光放電分解法（GD、濺射法（SP）、真空蒸發(fā)法、光化學(xué)氣相沉積法（CVD和熱絲法（HW等多種。其中等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法（PECVD是已被普遍采用的方法，在PECV斷積非晶硅的方法中，PECV的原料氣一般采用SiH4,和H2,制備疊層電池時(shí)用SiH4,和GeH4力口入B2H6和PH5T同時(shí)實(shí)現(xiàn)摻雜。SiH4和GeH4在低溫等離子體的作用下分解產(chǎn)生a—Si或a—SiCe薄膜。此法具有低溫工藝和大面積薄膜的生產(chǎn)等特點(diǎn)，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。非晶硅電池具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)制造成本低。這是因?yàn)椋孩侔雽?dǎo)體層光吸收系數(shù)比晶體硅大一個(gè)數(shù)量級(jí)，電池厚度只需1pm左右，約為晶體硅電池的1/300,可節(jié)省大量硅材料。②可直接沉積出薄膜，沒有切片損失。③可采用集成技術(shù)在電池制備過程中一次完成組件，工藝過程簡單。④電池的pin結(jié)是在C左右的溫度下制造的，比晶體硅電池的800?1000c的高溫低得多，能源消耗小。⑤電池的單片面積可大到?，組裝方便，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。(2)能源消耗的回收期短。每平方米非晶硅電池的生產(chǎn)能耗僅為 l00kW-h左右，能源回收期僅為l?，比晶體硅低得多。(3)發(fā)電量多。據(jù)測試，在相同條件下，非晶硅電池的發(fā)電量較單晶硅電池高8位右，較多晶硅電池高13位右。(4)售價(jià)低。目前約比晶體硅電池的售價(jià)約低1/4—1/3。太陽能電池性能分析和亟待解決的問題性能分析種類優(yōu)勢劣勢轉(zhuǎn)換效率單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)化效率最高，技術(shù)最為成熟硅消耗量大，成本局，工藝復(fù)雜16%-20%多晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)化效率較局多晶硅生產(chǎn)工藝復(fù)雜，供應(yīng)受限制14%-16%非晶硅薄膜太陽能電池成本低，可大規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率不圖，光致衰退效率9%-13%需要解決的問題由以上對(duì)比可以看出，以后多晶硅和非晶硅薄膜太陽能電池由于具有較高的轉(zhuǎn)換效率和較低的生產(chǎn)成本，會(huì)越來越受到投資者的關(guān)注。但是它們也面臨著一些需要解決的問題。多晶硅薄膜電池具有效率較高、性能穩(wěn)定及成本低的優(yōu)點(diǎn)，是降低太陽能電池成本的最有效的方法，但目前尚存在如下問題：①多晶硅薄膜低溫沉積，質(zhì)量差，薄膜晶粒尺寸小，電池效率低。②多晶硅薄膜高溫沉積，適于生長優(yōu)質(zhì)多品硅薄膜的廉價(jià)而優(yōu)良的襯底材料。因而今后應(yīng)著重研發(fā)如下問題：①大面積、大晶粒薄膜的生長技術(shù)；②進(jìn)一步提高薄膜的生長速率；③薄膜缺陷的控制技術(shù)；④優(yōu)質(zhì)、價(jià)廉襯底材料的研發(fā)；⑤電池優(yōu)良設(shè)計(jì)、表面結(jié)構(gòu)技術(shù)及背反射技術(shù)等的研究。非晶硅薄膜電池作為地面電源應(yīng)用的最主要問題， 是效率低、穩(wěn)定性差。目前實(shí)驗(yàn)室效率己達(dá)15%,但生產(chǎn)中電池組彳^的穩(wěn)定效率僅為%-%。引起效率低、穩(wěn)定性差的主要原因是光誘導(dǎo)衰變，即所謂的S-能應(yīng)。用氫稀釋硅烷方法生長的a-Si和a-SiGe薄膜可以抑制光誘導(dǎo)衰變，提高效率。使用雙疊層、三疊層或多疊層結(jié)構(gòu)可以增加光譜響應(yīng)，提高效率。但從工業(yè)化生產(chǎn)和地面電源應(yīng)用的要求來看，問題還遠(yuǎn)未得到令人滿意的解決，仍有許多工作要做。關(guān)于非晶硅電池的衰降問題，許多科研人員已進(jìn)行多年的研究實(shí)驗(yàn)，并還在繼續(xù)進(jìn)行著，主要內(nèi)容有：①高質(zhì)量本征非晶硅材料的研究(包括晶化技術(shù))，減少先生亞穩(wěn)態(tài)密度，提高穩(wěn)定性。②質(zhì)量n型和p型非晶硅材料的研究，改善薄膜完整性，提高摻雜效率，增強(qiáng)內(nèi)建電場，提高電池的穩(wěn)定性。③改善非晶硅電池內(nèi)部界面，降低界面態(tài)，減小界面復(fù)合，提高輸運(yùn)效率、轉(zhuǎn)換效率和電池的穩(wěn)定性。④優(yōu)質(zhì)a-Si:Ge合金材料的研究，進(jìn)一步完善雙結(jié)、三結(jié)、多帶隙非晶硅電池，提高效率和電池的穩(wěn)定性。目前非晶硅太陽能電池的研究已取得兩大進(jìn)展：第一、三疊層結(jié)構(gòu)非晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到13%,創(chuàng)下新的記錄；第二、三疊層太陽能電池年生產(chǎn)能力達(dá)5MW美國聯(lián)合太陽能公司(VSSC制得的單結(jié)太陽能電池最高轉(zhuǎn)換效率為%三帶隙三疊層電池最高轉(zhuǎn)換效率為13%。光伏系統(tǒng)的特殊應(yīng)用光伏系統(tǒng)具有很多用途，它可以比一個(gè)硬幣還小也可以比一個(gè)足球場那么

大，可以為一個(gè)手表提供電力也可以為一個(gè)小城鎮(zhèn)供電， 而它所需要的能源僅僅是太陽光。光伏系統(tǒng)的這些優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合它的簡潔的工作方式，使之成為適用于很多獨(dú)立特殊應(yīng)用的能源，前景尤為誘人。本章將著重討論光伏系統(tǒng)的特殊應(yīng)用。空間應(yīng)用在應(yīng)用的早期，由于光伏系統(tǒng)的成本高，它僅僅應(yīng)用于空間領(lǐng)域。太陽能電池不斷地被用來為太空飛船、人造衛(wèi)星、以及火星探測器進(jìn)行供電。正如預(yù)期的，由于空間應(yīng)用對(duì)可靠性的高要求，應(yīng)用于空間技術(shù)上的產(chǎn)品都執(zhí)行很高的標(biāo)準(zhǔn)以及非常嚴(yán)格的產(chǎn)品質(zhì)量控制。同時(shí)由于太空船對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量以及面積的限制，對(duì)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率也有很高的要求。由于光伏太陽能板占人造衛(wèi)星總重量的10%-20%占總成本的10%-30%所以太陽能電池的重量及成本的降低成為下一代空間用太陽能電池的研究方向。很多空間太陽能電池采用神化錢以及相關(guān)的化合物制作，神化線電池與晶體硅太陽能電池相比具有更高的光電轉(zhuǎn)換效率， 但是需要更高的成本。發(fā)展中國家的光伏發(fā)電盡管有一些小的電池供電電器在某些地區(qū)使用，消費(fèi)者必須到電池充電中心進(jìn)行充電，發(fā)展中國家仍有將近40%勺人無法得到電力供應(yīng)。在這些邊遠(yuǎn)地區(qū)，燃料的供應(yīng)以及柴油發(fā)電機(jī)的維護(hù)比較困難， 這樣對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)來說存在一個(gè)潛在的并且巨大的市場，這樣的應(yīng)用有：(1)家庭照明，包括太陽能電燈；(2)家用電源；(3)用于教育和娛樂的電視機(jī)或者收音機(jī)；(4)無線電話和通信系統(tǒng)；(5)飲用水凈化系統(tǒng)；(6)家庭用水或者灌溉用水的水泵系統(tǒng)；(7)醫(yī)用和疫苗用冷藏設(shè)備；(8)社區(qū)共用設(shè)施；(9)生產(chǎn)和生活用電.每一項(xiàng)這樣的應(yīng)用都可以設(shè)計(jì)成一個(gè)獨(dú)立的光伏發(fā)電系統(tǒng)，與滿足多種應(yīng)用的村落電網(wǎng)連接。國際能源協(xié)會(huì)的光伏發(fā)電系統(tǒng)項(xiàng)目包含發(fā)展中國家計(jì)劃， 并已經(jīng)開始運(yùn)作，光伏發(fā)電由于可靠性高、壽命長、以及維護(hù)費(fèi)用低而顯得非常吸引人。但是，用戶的持續(xù)支持、對(duì)用戶相關(guān)知識(shí)的教育和培訓(xùn)是必須的，這樣才可以避免系統(tǒng)的高失效率，如今這方面的管理與以前相比要好得多。另外，光伏組件模塊化的特性使得無論是小規(guī)模還是大規(guī)模的系統(tǒng)都能夠安裝在任何地方，并且可以隨著需求后續(xù)可以增加系統(tǒng)的容量。然而由于光伏系統(tǒng)的成本很高，大多數(shù)發(fā)展中國家的村莊在使用這樣的供電系統(tǒng)時(shí)需要財(cái)政上的支持。4,非晶硅太陽電池的發(fā)展歷程1957年斯皮爾成功地測量了a—Se材料的漂移遷移率；1958年美國的安德松第一次在論文中提出，無定形體系中存在電子局域化效應(yīng)： 1960年，前蘇聯(lián)人約飛與熱格爾提出了對(duì)非晶半導(dǎo)體理論有重要意義的論點(diǎn)， 即決定固體的基本電子特性是屬于金屬還是半導(dǎo)體、絕緣體的主要因素是構(gòu)成凝聚態(tài)的原子短程結(jié)構(gòu)，即最近鄰的原子配位情況，同年美國人歐夫辛斯基發(fā)現(xiàn)硫系無定形半導(dǎo)體材料具有電子開關(guān)存儲(chǔ)作用。從1966年到1969年有關(guān)科學(xué)家深入開展了基礎(chǔ)理論研究，解決了非晶半導(dǎo)體的能帶理論，提出了電子能態(tài)分布的 Mott-CFO真型和遷移邊的思想非晶硅太陽電池的初期發(fā)展 半導(dǎo)體巨型電子器件一一太陽電池可用廉價(jià)的非晶硅材料和工藝制作，這就激發(fā)了科研人員、研究單位紛紛投入到這個(gè)領(lǐng)域的研究中，也引起了企業(yè)界的重視和許多國家政府的關(guān)注，從而推動(dòng)了非品硅太陽電他的大發(fā)展。世界上出現(xiàn)了許多以 a-Si太陽電池為主要產(chǎn)品的企業(yè)或企業(yè)分支。例如，美國的CHRONARSOLAREXEC/,日本有三洋、富士、夏普等。CHRONAR司是a-Si太陽電池產(chǎn)業(yè)開發(fā)的急先鋒，不僅自己有生產(chǎn)線，還向其它國家輸出了6條MW汲生產(chǎn)線。美、日各公司還用自己的產(chǎn)品分別安裝了室外發(fā)電的試驗(yàn)電站，最大的有100kW容量。在80年代中期，世界上太陽電他的總銷售量中非晶硅占有40%,出現(xiàn)非晶硅、多晶硅和單晶硅三足鼎立之勢。技術(shù)向生產(chǎn)力如此高速的轉(zhuǎn)化，說明非晶硅太陽電池具有獨(dú)特的優(yōu)勢。這些優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下方面：(1)材料和制造工藝成本低。這是因?yàn)橐r底材料，如玻璃、不銹鋼、塑料等，價(jià)格低廉。硅薄膜厚度不到1µm,昂貴的純硅材料用量很少。制作工藝為低溫工藝(100—300°C),生產(chǎn)的耗電量小，能量回收時(shí)間短)(2)易于形成Si合Si合金薄膜；只需改變氣相成分或者氣體流量便可實(shí)現(xiàn)?…n結(jié)以及相應(yīng)的迭層結(jié)構(gòu)；生產(chǎn)可全流程自動(dòng)化。（3）品種多，用途廣。薄膜的aSi太陽電池易于實(shí)現(xiàn)集成化，器件功率、輸出電壓、輸出電流都可自由設(shè)計(jì)制造，可以較方便地制作出適合不同需求的多品種產(chǎn)品。由于光吸收系數(shù)高，晴電導(dǎo)很低，適合制作室內(nèi)用的微低功耗電源，如手表電池、計(jì)算器電池等。由于aSi膜的硅網(wǎng)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能結(jié)實(shí)，適合在柔性的襯底上制作輕型的太陽電池。靈活多樣的制造方法，可以制造建筑集成的電池，適合戶用屋頂電站的安裝。非晶硅太陽電池技術(shù)完善與提高由于發(fā)展勢頭遭到挫折，80年代末90年代初，非晶硅太陽電他的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)調(diào)整、完善和提高的時(shí)期。人們一方面加強(qiáng)了探索和研究，一方面準(zhǔn)備在更高技術(shù)水平上作更大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，中心任務(wù)是提高電它的穩(wěn)定化效率。為此探索了許多新器件結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝和新技術(shù)，其核心就是完美結(jié)技術(shù)和疊層電池技術(shù)。在成功探索的基礎(chǔ)上，90年代中期出現(xiàn)了更大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的高潮，先后建立了多條數(shù)兆瓦至十兆瓦高水平電池組件生產(chǎn)線， 組件面積為平方米量級(jí)，生產(chǎn)流程實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)。采用新的封裝技術(shù)，產(chǎn)品組件壽命在10年以上。組件生產(chǎn)以完美結(jié)技術(shù)和疊層電池技術(shù)為基礎(chǔ)，產(chǎn)品組件效率達(dá)到 6%-8%;中試組件（面積900cm2左右）效率達(dá)9%-11%;小面積電池最高效率達(dá)%。疊層電池技術(shù)減薄a-Si太陽電他的i層厚度可以增強(qiáng)內(nèi)建電場，減少先生載流子通過帶隙缺陷中心和/或光生亞穩(wěn)中心復(fù)合的幾率，又可以增加載流子移動(dòng)速率，同時(shí)增加電他的量子收集效率和穩(wěn)定性。但是，如果i層大薄又會(huì)影響入射光的充分吸收，導(dǎo)致電池效率下降。為了揚(yáng)長避短，人們采用了多薄層電池相疊的結(jié)構(gòu)，從而提高了電池的轉(zhuǎn)化效率，并降低了電池的衰減率。探索的寬帶隙材料主要有，非晶硅碳、非晶硅氧：微晶硅、微晶硅碳等，這些材料主要用于窗口層。頂電池的i層主要是寬帶隙非晶硅和非晶硅碳。最受重視的窄帶隙材料是非晶硅錯(cuò)。改變硅錯(cuò)合金中錯(cuò)含量，材料的帶隙在到范圍可調(diào)。硅與錯(cuò)的原子大小不一，成鍵鍵能不同，非晶硅錯(cuò)膜通常比非晶硅缺陷更多。膜中硅與錯(cuò)原子并不是均勻混合分布的，氫化時(shí)，氫擇優(yōu)與硅鍵合，克服這些困難的關(guān)鍵是，采用氫稀釋沉積法和摻氟。這些材料的光電子特性可以做得很好，但氫含量通常偏高，材料的光致衰退依然存在，疊層結(jié)構(gòu)在一定程度上抑制了它對(duì)電池性能的影響。為了提高非晶硅太陽電他的初始效率和光照條件下的穩(wěn)定性， 人們探索了許多新的材料制備工藝。比較重要的新工藝有：化學(xué)退火法、脈沖式燈光照法、氫稀釋法、交替淀積與氫處理法、摻氟、本征層摻痕量硼法等。止匕外，為了提高a-Si薄膜材料的摻硼效率，用三甲基硼代替二乙硼烷作摻雜源氣。為了獲得a一Si膜的高淀積速率，采用二乙硅烷代替甲硅烷作源氣。射頻等離子體增強(qiáng)CV比當(dāng)今普遍采用的制備a-Si合金薄膜的方法。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：可以用較低的襯底溫度（200C左右），重復(fù)制備大面積均勻的薄膜，制得的氫化a-Si合金薄膜無結(jié)構(gòu)缺陷、臺(tái)階覆蓋良好、隙態(tài)密度低、光電子特性符合大面積太陽電他的要求。此法的主要缺點(diǎn)也是致命的缺點(diǎn)是，制備的a-Si膜含氫量高，通常有10%-15%氫含量，光致衰退比較嚴(yán)重。因此，人們一方面運(yùn)用這一方法實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)，另一方面又不斷努力探索新的制備技術(shù)與RF-PECVER相近的技術(shù)有，超高真空PECV跋術(shù)，甚高頻（VHFPECV跋術(shù)和微波（包括ECR）PECV鼓術(shù)。激發(fā)等離子體的電磁波光子能量不同，則氣體分解粒子的能量不同，粒子生存壽命不同，薄膜的生成及對(duì)膜表面的處理機(jī)制不同，生成膜的結(jié)構(gòu)、電子特性及穩(wěn)定性就會(huì)有區(qū)別。VH林口微波PECVDft微晶硅的制備上有一定的優(yōu)勢。其它主要新技術(shù)還有，離子束淀積a-Si薄膜技術(shù)，HOMO-CVD術(shù)和熱絲CVD技術(shù)等。離子束淀積a-Si合金薄膜時(shí)，包括硅烷在內(nèi)的反應(yīng)氣體先在離化室離化分解，然后形成離子束，淀積到襯底上，形成結(jié)構(gòu) 較穩(wěn)定的a-Si合金薄膜。HOMO-CVD術(shù)通過加熱氣體，使之熱分解，分解粒子再淀積在襯底上。成膜的先級(jí)粒子壽命較長，膜的電子性能良好，氫含量低，穩(wěn)定性較好。這兩種技術(shù)成膜質(zhì)量雖好，但難以形成產(chǎn)業(yè)化技術(shù)。熱絲CVDK術(shù)也是較有希望的優(yōu)質(zhì)薄膜硅的高速制備技術(shù)。非晶硅太陽電池?zé)o論在學(xué)術(shù)上還是在產(chǎn)業(yè)上都已取得巨大的成功。 金世界的生產(chǎn)能力超過50兆瓦。處于高校術(shù)檔次的約占一半。最大的生產(chǎn)線規(guī)模為年產(chǎn)10MW組件。這種大規(guī)模高檔次生產(chǎn)線滿負(fù)荷正常運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)成本已低達(dá)美元/峰瓦左右。據(jù)預(yù)測，若太陽電池成本低于每峰瓦1美元，壽命20年以上，發(fā)電系統(tǒng)成本低于每峰瓦2美元，則光伏發(fā)電電力將可與常規(guī)電力競爭。與其它品種太陽電池相比，非晶硅太陽電池更接近這一理想的目標(biāo)。非晶硅大陽電池目前雖不能與常規(guī)電力競爭，但在許多特別的條件下，它不僅可以作為功率發(fā)電使用，而且具有比較明顯的優(yōu)勢，比如說，依托于建筑物的屋頂電站，由于它不占地亂免除占地的開支，發(fā)電成本較低。作為聯(lián)網(wǎng)電站，不需要儲(chǔ)能裝備，太陽電池在發(fā)電成本中有最大比重，太陽電池低成本就會(huì)帶來電力低成本。非晶硅太陽電池一方面面臨高性能的晶體硅電池降低成本努力的挑戰(zhàn)： 一方面又面臨廉價(jià)的其它薄膜太陽電池日益成熟的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的挑戰(zhàn)。 如欲獲得更大的發(fā)展，以便在未來的光伏能源中占據(jù)突出的位置， 除了應(yīng)努力開拓市場，將現(xiàn)有技術(shù)檔次的產(chǎn)品推向大規(guī)模功率發(fā)電應(yīng)用外，還應(yīng)進(jìn)一步發(fā)揚(yáng)它對(duì)晶體硅電池在成本價(jià)格上的優(yōu)勢和對(duì)其它薄膜太陽電池技術(shù)更成熟的優(yōu)勢， 在克服自身弱點(diǎn)上下功夫。進(jìn)一步提高組件產(chǎn)品的穩(wěn)定效率，延長產(chǎn)品使用壽命，比較具體的努力方向如下：(1)加強(qiáng)a-Si基礎(chǔ)材料亞穩(wěn)特性及其克服辦法的研究，達(dá)到基本上消除薄膜硅太陽電池性能的光致衰退。(2)加強(qiáng)晶化薄膜硅材料制備技術(shù)探索和研究，使未來的薄膜硅太陽電池產(chǎn)品既具備a—Si薄膜太陽電池低成本的優(yōu)勢，又具備晶體硅太陽電池長壽、高效和高穩(wěn)定的優(yōu)勢。(3)加強(qiáng)帶有a-Si合金薄膜成分或者具有a-Si廉價(jià)特色的混合疊層電他的研究，把a(bǔ)Si太陽電池的優(yōu)點(diǎn)與其它太陽電池的優(yōu)點(diǎn)嫁接起來。(4)選擇最佳的新技術(shù)途徑，不失時(shí)機(jī)地進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)，在更高的技術(shù)水平上實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的太陽電池產(chǎn)業(yè)化和市場商品化。5.國內(nèi)外非晶硅太陽能電池產(chǎn)業(yè)及市場分析世界光伏產(chǎn)業(yè)總體發(fā)展趨勢世界各國都對(duì)太陽能光伏發(fā)電給予大力支持。 2005年全世界太陽能電池的產(chǎn)量為兆瓦，比2004年增長％其中日本的產(chǎn)量達(dá)到兆瓦，比2004年618兆瓦增長%是全世界第一大生產(chǎn)國，占全世界%歐洲太陽能電池的生產(chǎn)量為兆瓦，比2004年308兆瓦增長%美國太陽能電池的生產(chǎn)量為兆瓦，比2004年139兆瓦增長％其他國家地區(qū)太陽能電池的生產(chǎn)量為兆瓦，比2004年兆瓦增長151%大幅增長，中國、臺(tái)灣增長很快。2005年，世界光伏市場安裝量1460MVV比2004年增長34%,其中德國安裝最多，為837MWt匕2004年增長53%,占世界總安裝量的57%;歐洲為920MVV占總世界安裝量的63%,日本安裝量292MW增幅為14%,占世界總安裝量的20%;美國安裝量為102MVV占世界總安裝量的7%,其他安裝量為146MVV占世界總安裝量的10至2005年，全世界光伏系統(tǒng)累計(jì)安裝量已超過5GW2005年一年內(nèi)投資太陽能電池制造業(yè)的資金超過10億美元。根據(jù)光伏市場需求預(yù)測，到2010年，全世界光伏市場年安裝量將在到之間，而光伏工業(yè)年收入將達(dá)到186億美元到231億美元。日本和歐美各國都提出了各自的中長期PV發(fā)展路線圖。按日本的PV路線圖（TVRoadmap2030,至U2030年P(guān)V電力將達(dá)到居民電力消耗的50%（累計(jì)安裝容量約為100GW,具體的發(fā)展目標(biāo)見表和表。表到2030年的日本PV研發(fā)目標(biāo)項(xiàng)目現(xiàn)狀2010-2030年目標(biāo)PV組件生產(chǎn)成本140日元/W100日元/W(2010年)75日元/W(2020年)<50日元/W(2030年)PV組件的壽命20年30年(2020年)Si原料的消耗10-13g/W1g/W(2030年)變換器（功率單元）日元/W日元/W（2020年）蓄電池日元/W10日元/W,壽命＞20年（2020年）表到2030年的日本PV組件/電池的轉(zhuǎn)換效率目標(biāo)太陽能電池類型現(xiàn)狀效率（%目標(biāo)轉(zhuǎn)換效率（實(shí)驗(yàn)室效率）（%2010年2020年2030年晶體硅電池()16(20)19(25)22(25)薄膜電池10()12(15)14(18)18(20)CIS電池10-12()13(19)18(25)22(25)III-V電池聚光（）28(40)35(45)40(50)染料敏化電池()6(10)10(15)15(18)非晶硅系列太陽能電池發(fā)展迅猛目前，晶體硅太陽能電池因較高的轉(zhuǎn)化效率和成熟的生產(chǎn)工藝是太陽能電池研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的主要方向，而化合物薄膜等新技術(shù)太陽能電池雖然具有相對(duì)較低的成本，但生產(chǎn)工藝還不成熟，且目前商業(yè)化的薄膜型太陽光電模塊效率相比主流的結(jié)晶硅型效率（15?17%初然較低，一般多在10%Z下。以2004年數(shù)據(jù)分析，各種太陽能電池中晶體硅平板太陽能電池占總產(chǎn)量的%,非晶硅電池產(chǎn)量占％,其他為薄膜或帶硅太陽能電池。現(xiàn)在，一個(gè)世界性的問題是制造太陽能的電池的硅原材料緊缺，盡管2008年全世界硅原材料供應(yīng)增長了12%,但仍然供不應(yīng)求，國際上長期供貨合同抬價(jià)25%。持續(xù)的硅材料緊缺將對(duì)2008年太陽能電池生產(chǎn)產(chǎn)生較大的影響，預(yù)計(jì)2008年世界太陽能電池產(chǎn)量的增幅將被限制在 10%左右。要解決硅材料的緊缺問題預(yù)計(jì)將需要5年以上的時(shí)間。由于硅材的供不應(yīng)求，預(yù)期將限制2009年硅基太陽電池產(chǎn)業(yè)的成長速度，然而這恰好也為第二代太陽電池技術(shù)，薄膜太陽電池等非晶硅系產(chǎn)品提供了良好的發(fā)揮舞臺(tái)。非晶硅材料轉(zhuǎn)換效率約6?8%在八十年代，非晶硅是當(dāng)時(shí)唯一的薄膜型太陽電池材料， 但由于它的光電轉(zhuǎn)換效率較低且具有光劣化的不穩(wěn)定性，因此早期始終無法打入主流的發(fā)電用市場，而多應(yīng)用于小功率的消費(fèi)性電子產(chǎn)品市場。但近年隨著兩層或多層接合太陽電池（MultijunctionCell）技術(shù)的發(fā)展，使得單層厚度可以降低而減緩照光后衰退的現(xiàn)象，且可吸收不同波段的太陽光譜，因此光電轉(zhuǎn)換效率獲得提升。預(yù)計(jì)短期內(nèi)市面上的非晶硅太陽電池模塊效率約為6?8%并很快就可見到裝置容量達(dá)數(shù)百萬瓦級(jí)的非晶硅太陽光電板設(shè)施。目前主要非晶硅太陽電池廠商包括：KanekaUnitedSolar、三洋（Sanyo）、富士電機(jī)（FujiElectric）、BPSolar。薄膜硅原料需求低且發(fā)電效率高薄膜硅太陽電池是一種不同于非晶硅及單晶硅基材的硅基太陽電池，其電池厚度僅約數(shù)個(gè)微米或更薄，介于非晶硅模塊的300nmf］與結(jié)晶硅太陽電池200nm之間。小粒徑的多晶硅（晶粒約數(shù)百nmn,僅含有晶粒及晶界）及納米結(jié)晶硅（NanocrystallineSilicon）或微晶硅（仙c-Si,晶粒約20?30nm是一種含有非晶組織及晶粒、晶界的混合結(jié)構(gòu)）薄膜是常見的薄膜硅結(jié)構(gòu)，有機(jī)會(huì)取代非晶硅合金（如a-SiGe）作為多層接合太陽電池的底層，如夏普（Sharp）、Kaneka佳能（Canon）等皆積極往微晶硅方向發(fā)展。a-Si