非晶硅薄膜电池介绍

　　非晶硅薄膜电池是一种以非晶硅化合物为基本组成的薄膜太阳能电池。

　　按照材料的不同，当前硅太阳能电池可分为三类：单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。

　　非晶硅太阳能电池作为一种新型太阳能电池,其原材料来源广泛、生产成本低、便于大规模生产,因而具有广阔的市场前景。它具有较高的光吸收系数,在0.4~0.75μm的可见光波段,其吸收系数比单晶硅要高出一个数量级,比单晶硅对太阳能辐射的吸收率要高40倍左右,用很薄的非晶硅膜(约1μm厚)就能吸收约80%有用的太阳能,且暗电导很低,在实际使用中对低光强光有较好的适应,特别适用于制作室内用的微低功耗电源,这些都是非晶硅材料最重要的特点,也是它能够成为低价太阳能电池的重要因素。

　　非晶硅薄膜电池由于没有晶体硅所需要的周期性原子排列要求,可以不考虑制备晶体所必须考虑的材料与衬底间的晶格失配问题,在较低的温度(200℃左右)下可直接沉积在玻璃、不锈钢、塑料膜和陶瓷等廉价衬底材料上,工艺简单,单片电池面积大,便于工业化大规模生产,同时亦能减少能量回收时间,降低生产成本。

　　另外,非晶硅的禁带宽度比单晶硅大,随制备条件的不同约在1.5~2.0eV的范围内变化,这样制成的非晶硅太阳能电池的开路电压高,同时,还适合在柔性的衬底上制作轻型的太阳能电池,可做成半透明的电池组件,直接用做幕墙和天窗玻璃,从而实现光伏发电和建筑房屋一体化。总之,非晶硅薄膜电池具有生产成本低、能量回收时间短、适于大批量生产、弱光响应好以及易实现与建筑相结合、适用范围广等优点。

　　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。

　　转换效率为6%的非晶硅太阳能电池，其生产用电约1.9度电/瓦，由它发电后返回上述能量的时间仅为1.5-2年。[1]

　　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积(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。

　　在制造方法方面有电子回旋共振法、光化学气相沉积法、直流辉光放电法、射频辉光放电法、溅谢法和热丝法等。特别是射频辉光放电法由于其低温过程(～200℃)，易于实现大面积和大批量连续生产，现成为国际公认的成熟技术。

　　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。

　　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。

　　非晶硅薄膜太阳电池的生产线主要包括如下设备：导电玻璃磨边设备，导电玻璃清洗设备，大型非晶硅薄膜PECVD生产设备（包括辅助设备），红外激光、绿激光刻线设备，大型磁控溅射生产设备，组件测试设备。

　　对非晶硅半导体膜系的真空PECVD制备从膜系设计到工艺过程控制的要求是非常严格的。 当前小面积电池的实验室制备已达到接近15%的光电转换效率，而工艺生产的大面积组件在大多数生产线上还未达到认证效率6%。理论上大面积组件的极限是小面积器件的85-90%，小面积器件与组件的光电准换效率的差距体现了一条生产线的技术水平。

　　国际上少数非晶硅生产线已制备出认证效率8%以上的组件， 由于几乎所有其他类型的光伏组件（包括当前热议的微晶硅薄膜电池）在实际运行高温情况与阴天低照度下性能不佳的问题而唯独非晶硅组件在这些实际运行条件下表现优秀的性能，所以其它类型的大面积薄膜电池的低成本规模制造出认证光电转换效率超过12%的组件以前，即使在规模发电应用，非晶硅光伏组件以其最低的制造成本，适中的，并不像误传的那么差的光电转换效率，是无法被淘汰的，且不说美丽的半透明组件以及可以弯曲，质量轻又不易破碎的柔性组件等只有非晶硅具备的优越性能的应用了。

　　非晶硅太阳能电池可以制成半透明的，如作为建筑的一部分，白天既能发电又能使部分光线透过玻璃进入室内，为室内提供十分柔和的照明(紫外线被滤掉)能挡风雨，又能发电;美国，欧洲和日本的太阳能电池厂家已生产这种非晶硅瓦。

　　由于非晶硅太阳能电池的技术优势，同样功率的非晶硅太阳能灯具，其照明时间要比晶体硅太阳能路灯的照明时间长20%，而其成本每瓦要低约10元人民币。上海尤利卡公司于2003年-2005年已为松江区的太阳能路灯提供了400多个非晶硅太阳能路灯电源，其冬天的发电效果明显优于晶体硅。

　　由于非晶硅太阳能电池在室内弱光下也能发电，已被广泛用于太阳能钟，太阳能手表，太阳能显示牌等不直接受光照等场合下。

　　在整个太阳能电池家族中，非晶硅薄膜太阳能电池因为其技术和应用方面的优势，正在获得爆发性增长。2007年行业增速约120%，预计未来3年内年均增速高达100%。

　　业内之前曾对非晶硅薄膜太阳能电池持有疑虑，主要原因在于其电池转化效率较低（5%-9%），而且衰减特别快，使用寿命只有有限的2-3年。而随着技术的进步，目前主流的非晶硅薄膜电池使用寿命已在10年以上。这使得非晶硅薄膜电池成为目前最被看好的薄膜电池技术之一。

　　目前,一半以上薄膜太阳能电池公司采用非晶硅薄膜技术,预计几年内,非晶硅薄膜在未来薄膜太阳能电池中将占据主要份额。但光电转换效率低和光致衰退效应是当前非晶硅薄膜电池存在的两大主要问题,为提高效率和稳定性人们在新器件结构、新材料、新工艺和新技术等方面需要加强探索。

　　如在电池结构方面采取叠层式和集成式;在透明导电膜反方面采用不仅具有电阻率低而且具有阻挡离子污染、增大入射光吸收和抗辐射效果的透明导电薄膜代替目前的ITO、ZnO、ZnO:Al等导电膜;在窗口层材料方面探索新型的宽光学带隙和低电阻材料的窗口层材料,如非晶硅碳、非晶硅氧、微晶硅、微晶硅碳等;在非晶硅薄膜制备技术方面可以改进RF-PECVD、超高真空PECVD技术、甚高频(VHF)PECVD技术和微波PECVD等技术,延长薄膜光子寿命、提高载流子输运能力和薄膜的电子性能以及稳定性等;在界面处理方面可以采取如氢钝化技术以及插入缓冲层减少界面复合损失,提高电池短路电流和开路电压。尽管目前效率低性能不稳定是阻碍非晶硅薄膜太阳能电池大规模工业化生产的主要障碍,然而优化非晶硅薄膜电池的各种技术都还是切实可行的,随着科技的进一步发展,非晶硅薄膜太阳能电池将会得到大规模化应用。