非晶硅标准太阳电池

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非晶硅/晶体硅异质结太阳电池（AmorphousSilicon/CrystallineSiliconHeterojuncionSolarCells）是太阳电池中深具代表性的一类，具有开路电压高、填充因子高、转换效率高等优点，具有广阔的技术进步空间和市场发展前景。

沃尔夫冈·瑞纳·法赫纳主编的《非晶硅晶体硅异质结太阳电池(精)》介绍了非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的基本结构和制备技术，讨论了其市场潜力，概述了非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的发展历史，论述了其构成材料及能带结构，分步详解了其制备工艺，包括抛光、腐蚀、制绒、本征层、背电场、减反射层及金属层沉积等；本书还对其结构的合理性进行了论证。非晶硅/晶体硅异质结太阳电池现阶段的主要问题及挑战有：基础材料的选择、n/p结构或者p/n结构的选择，表面缺陷态、晶硅表面钝化效果的优化、发射极和背电场层。对于测试分析技术，本书部分列举了反射、透过、微波测试技术、光学及光电测试、椭偏仪、拉曼光谱、光/暗IV曲线、量子效率、光诱导电流等。本书还采用AFORS-HET软件模拟分析太阳电池的性能并与实验相比较验证，并对非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的衰减特性和耐辐射特性进行了测试。本书结尾列举了当前实验室研究所获得的最优太阳电池效率和中国目前相关研究和产业现状。

本书可供从事新能源材料、太阳能光伏以及半导体材料等领域的科技工作者和企业工程师作为参考，也可作为大专院校相关专业师生的教学参考书。

（1）材料和制造工艺成本低

首先，非晶硅太阳能电池可以节省很多的硅材料。非晶硅具有较高的光吸收系数，特别是在0.3-0.75μm的可见光波段，它的吸收系数比单晶硅要高出一个数量级，因而它比单晶硅对太阳辐射的吸收效率要高40倍左右，用很薄的非晶硅膜就能吸收90%有用的太阳光能。一般情况下非晶硅电池的厚度小于0.5um ，而晶体硅太阳电池的基本厚度为240-270um，相差200多倍，因此非晶硅太阳能电池要节省很多的硅材料。 材料是生产高纯多晶硅过程中使用的硅烷，这种气体，化学工业可大量供应，且价格十分便宜。

由于反应温度低，可在200℃左右的温度下制造，因此可以在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑料片上淀积薄膜，易于大面积化生产，成本较低。单节非晶硅薄膜太阳能电池的生产成本目前可降到1.2美元/Wp。叠层非晶硅薄膜电池的成本可降至1美元/Wp以下。

综上，从原材料及生产工艺上来考虑，非晶硅的生产相对来说成本很低，并且这也成为非晶硅太阳能电池最大的优势。

（2）能量返回期短

由于制造非晶硅电池原材料及较低温生产能源消耗少，在每一阶段,制造非晶硅太阳能电池所需消耗的电能比生产单晶硅太阳能电池少,因此它的能量返回期较短。以转换效率为6%的非晶硅太阳电池，其生产用电约1.9度电/瓦，由它发电后返回的时间约为1.5-2年，能量返回期短。而其他多晶硅、单晶硅电池的发电返回时间一般6年以上。

（3）适于大批量生产

非晶硅材料是由气相淀积形成的，目前已被普遍采用的方法是等离子增强型化学气相淀(PECVD)法。此种制作工艺可以连续在多个真空淀积室完成，从而实现大批量生产。采用玻璃基板的非晶硅太阳能电池，其主要工序（PECVD）与TFT-LCD阵列生产相似，生产方式均具有自动化程度高、生产效率高的特点。

（4）品种多，用途广

晶硅可以在任何形状的基底上制作，并且可以可以在柔性基底或者很薄的不锈钢和塑料基底上制备超轻量级的太阳能电池；非晶硅太阳电池可做成集成型，器件功率、输出电压、输出电流都可自由设计制造，可以较方便地制作出适合不同需求的多品种产品。可以较方便地制作出适合不同需求的多品种产品。由于光吸收系数高，暗电导很低，适合制作室内用的微低功耗电源，如手表电池、计算器电池等；由于a-Si膜的硅网结构力学性能结实，适合在柔性的衬底上制作轻型的太阳能电池；灵活多样的制造方法，可以制造建筑集成的电池，适合用户屋顶电站的安装。

（5）高温性能好

当太阳能电池工作温度高于标准测试温度25℃时，其最佳输出功率会有所下降；非晶硅太阳能电池受温度的影响比晶体硅太阳能电池要小得多。

（6）弱光响应好、充电效率高

非晶硅材料的吸收系数在整个可见光范围内，在实际使用中对低光强光有较好的适应。

非晶硅太阳电池是以玻璃、不锈钢及特种塑料为衬底的薄膜太阳电池，结构如图2所示。为减少串联电阻，通常用激光器将TCO膜、非晶硅(A-si)膜和铝(Al)电极膜分别切割成条状， 如图1所示。国际上采用的标准条宽约1cm,称为一个子电池，用内部连接的方式将各子电池串连起来，因此集成型电池的输出电流为每个子电池的电流，总输出电压为各个子电池的串联电压。在实际应用中，可根据电流、电压的需要选择电池的结构和面积，制成非晶硅太阳电池。

第一层为普通玻璃,是电池的基底。

第二层为TCO，即透明氧化物导电膜，一方面光从它穿过被电池吸收，所以要求它的光透过率高；另一方面作为电池的一个电极，所以要求它能够导电。TCO 一般制备成绒面，主要起到减少反射光从而增加光的吸收率的作用。太阳能电池就是以这两层为衬底沉积形成的。太阳能电池的第一层为P层，即窗口层；其次是i 层，即太阳能电池的本征层，光生载流子主要在这一层产生；然后是n层，起到连接i极和背电极的作用。最后是背电极和Al/Ag 电极。

由于a-Si(非晶硅)多缺陷的特点，a-Si 的p-n 结是不稳定的，而且光照时光电导不明显，几乎没有有效的电荷收集。所以，a-Si 太阳能电池基本结构不是p-n结而是p-i-n 结。掺硼形成P 区，掺磷形成n 区，i 为非杂质或轻掺杂的本征层(因为非掺杂的a-Si 是弱n 型)。重掺杂的p、n 区在电池内部形成内建势，以收集电荷。同时两者可与导电电极形成欧姆接触，为外部提供电功率。i 区是光敏区，此区中光生电子、空穴是光伏电力的源泉。入射光尽可能多地进入i区，最大限度地被吸收，并有效地转换为电能，因此对i区要求是既保证最大限度地吸收入射光，又要保证光生载流子最大限度地输运到外电路。

非晶体硅结构的长程无序破坏了晶体硅电子跃迁的动量守恒选择定则，相当于使之从间接带隙材料变成了直接带隙材料。它对光子的吸收系数很高，通常0.5μm 左右厚度的a-Si 就可以将敏感谱域的光吸收殆尽。所以，p-i-n 结构的a-Si 电池的厚度取0.5μm 左右，而作为死光吸收区的p、n 层的厚度在10nm 量级。