【正文】 光生伏特效應(yīng)和光電子發(fā)射效應(yīng)3種?；衔锇雽?dǎo)體薄膜型又分為非結(jié)晶型(如aSi：H)、ⅢV族(如CaAs)、II一Ⅵ族(CdS系)和磷化鋅(Zn3P2)等。多晶硅薄膜太陽能電池因同時具有單晶硅的高遷移率及非晶硅材料成本低、可大面積制備的優(yōu)點，且無光致衰減效應(yīng)，因而在薄膜太陽能電池方面得到了越來越多的重視。目前硅基太陽能電池是全球市場的主流技術(shù)，在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)主導(dǎo)地位。目前工業(yè)化生產(chǎn)的模塊效率已經(jīng)達(dá)到12%（FirstSolar，2010年）。 銅銦鎵硒吸光范圍廣，具有高轉(zhuǎn)換效率和較低的材料制造成本，因此也被視為未來最有發(fā)展?jié)摿Φ谋∧ぬ柲茈姵胤N類之一。但是，產(chǎn)品的大規(guī)?；a(chǎn)以及轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提高，將有效降低其安裝系統(tǒng)的系統(tǒng)平衡成本。主要缺點是轉(zhuǎn)化率低（6%8%），而且光照一段時間后，效率還會衰減，且主要用于功率小的電子產(chǎn)品市場，如電子計算器、玩具等。薄膜太陽能電池簡單的制造工序以及能耗少的生產(chǎn)流程克服了光電轉(zhuǎn)化效率相對較低以及壽命較短所帶來的成本挑戰(zhàn)。另外，由于薄膜太陽能電池具有便攜、耐用、光電轉(zhuǎn)換效率高等特點，可廣泛應(yīng)用于電子消費(fèi)品、遠(yuǎn)程監(jiān)控/通訊、軍事、野外/室內(nèi)供電等領(lǐng)域；也由于使用塑料等質(zhì)輕柔軟的材料為基板，薄膜太陽能電池將廣泛用于手表、計算器、窗簾甚至服裝上。(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。它能應(yīng)用在如計算器、手表等弱光電池市場，也能應(yīng)用在微波中繼站、光伏水泵等。SiH4和GeH4在低溫等離子體的作用下分解產(chǎn)生aSi或aSiGe薄膜。如Sanyo公司aSi／aSiGe(1200cm2)％。非晶硅太陽能電池主要的制造商包括BP Solarex，Sanyo，Intersolar，Kaneka，F(xiàn)uji Electric，ASE GmbH及United Solar Systems Corporation(USSC)。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。近些年來，多晶Si薄膜材料和相關(guān)的電池工藝方面的工作引起了人們極大的關(guān)注。澳大利亞新南威爾士大學(xué)，采用熱交換法生長的多晶硅制備的多晶硅太陽能電池，％，后來，通過對工藝的改進(jìn)，％(1cm2)，日本京工陶瓷公司研制的15cm15cm的多晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率也達(dá)到了17％。按成膜過程可將制備方法分為兩大類：一類是先制備非晶態(tài)材料，再固相晶化為多晶硅；另一類是直接在襯底上沉積多晶硅薄膜。多晶硅薄膜太陽電池在提高太陽電池效率、節(jié)約能源和大幅度降低成本方面都具有極其誘人的前景。 CIGS薄膜太陽能電池中，CIGS薄膜也是一種具有極大發(fā)展?jié)摿Φ奶柲茈姵夭牧?。它是以銅銦鎵硒為吸收層的高效率薄膜太陽能電池。真空蒸發(fā)法是較為傳統(tǒng)的方法，在制作過程中能夠有效地控制薄膜的成分。％。德國的Wurth ，并開始銷售CIGS組件，他們的技術(shù)路線是Cu、In、Ga、Se共蒸發(fā)，并進(jìn)行2次硒化，%。GaAs太陽能電池的有源區(qū)厚度多選取5um 左右，就可以吸收95%的太陽光譜中最強(qiáng)的部分。216。 4. 抗輻照性能強(qiáng)。由于IIIV 族三、四元化合物（GaInP、AlGaInP、GaInAs等）半導(dǎo)體材料生長技術(shù)日益成熟，使電池的設(shè)計更為靈活，從而大幅度提高太陽電池的效率并降低成本。圖23 GaAs基太陽能電池分類但是，無論如何，單結(jié)也只能吸收和轉(zhuǎn)換特定波長范圍內(nèi)的太陽光，其理論效率也只有27%，為提高能量轉(zhuǎn)換效率，可以將太陽光光譜分成連續(xù)的若干部分，用能帶寬度與這些部分有最好匹配的材料做成電池，并按帶隙的不同從大到小的順序從上到下疊合起來，選擇性吸收和轉(zhuǎn)換太陽光光譜的不同子區(qū)域，這就有可能最大限度地將光能變成電能，這樣的電池結(jié)構(gòu)就是疊層電池。π 成鍵軌道與π*反鍵軌道分別與聚合物的價帶和導(dǎo)帶相對應(yīng)，圖31為六噻吩的電子結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電機(jī)理示意圖。聚合物吸收光子產(chǎn)生激子，激子只有離解成自由載流子(電子和空穴)才能產(chǎn)生光電流。這樣離解產(chǎn)生的自由載流子遷移率比較低，容易成對復(fù)合而損失，只有擴(kuò)散到D/A 界面的激子，被界面的內(nèi)建電場離解才對光電流的產(chǎn)生有貢獻(xiàn)。 等制備了ITO/六噻吩/Al 結(jié)構(gòu)的肖特基電池，并用基于載流子主體相擴(kuò)散的Ghosh 模型和描述載流子動力學(xué)行為的動力學(xué)模型，研究了該結(jié)構(gòu)電池的理論光伏性能。對射頻磁控濺射制備的并五苯單晶薄膜進(jìn)行了碘摻雜，大大提高了電池效率。這種接觸類型的差別與各層的能代結(jié)構(gòu)與公函數(shù)密切相關(guān)。通過聚合物材料的合理選擇和染料的摻雜可以制造出寬光譜范圍響應(yīng)的器件。D/A 導(dǎo)帶底或價帶頂?shù)哪芗壊睿磧?nèi)電場）太小會導(dǎo)致激子分裂的效率降低，太大則會導(dǎo)致激子分裂速度和開路電壓的下降。實驗結(jié)果顯示。電極對電池的性能也有較大的影響。但電極功函數(shù)對開路電壓影響甚微，因為有機(jī)半導(dǎo)體與電極界面處發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，使得兩者費(fèi)米能級保持一致。+C60/Al結(jié)構(gòu)的體相異質(zhì)結(jié)電池進(jìn)行了香豆素343和PcH2染料摻雜，發(fā)現(xiàn)這兩種敏化染料的摻雜拓展了復(fù)合薄膜的吸收光譜范圍，因此短路電流密度大大提高。在實驗溫度范圍內(nèi)，P3HT的結(jié)晶度隨著退火溫度的提高而提高，當(dāng)退火溫度為125℃時，P3HT結(jié)晶度及晶粒尺寸均達(dá)到最高水平，在可見光譜范圍的吸收系數(shù)最大。四、 薄膜太陽能電池的發(fā)展現(xiàn)狀在全球氣候變暖、人類生態(tài)環(huán)境惡化、常規(guī)能源短缺并造成環(huán)境污染的形勢下，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略普遍被世界各國接受。但是當(dāng)前大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的薄膜硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率只有5%7%，是晶體硅太陽能電池組件的一半左右，這在一定程度上限制了它的應(yīng)用范圍，也增加了光伏系統(tǒng)的成本。太陽能的光伏發(fā)電是太陽能利用的重要途徑。但硅系太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的理論極限值為25％，效率提高潛力有限。薄膜硅太陽能電池具有廣闊的前景，但是當(dāng)前大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的非晶硅薄膜電池效率偏低，為了實現(xiàn)光伏發(fā)電平價上網(wǎng)，必須對薄膜硅太陽能電池進(jìn)行持續(xù)的研究。但是當(dāng)前大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的薄膜硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率只有5%7%，是晶體硅太陽能電池組件的一半左右，這在一定程度上限制了它的應(yīng)用范圍，也增加了光伏系統(tǒng)的成本。我們將從這幾個方面介紹提高薄膜硅電池效率的方法。目前大規(guī)模商業(yè)化的TCO是使用常壓化學(xué)氣相沉積摻氟的SnO2（FTO）。使用濺射技術(shù)沉積的AZO表面光滑，但是通過稀Hcl溶液腐蝕后可獲得具有優(yōu)異陷光能力的表面。2001年，%（3240 cm2）；%（60100 cm2）。圖42 在光滑與織構(gòu)的AZO表面上沉積aSi電池獲得的量子效率比較圖43 采用不同沉積技術(shù)獲得TCO表面形貌圖（2） 減反層的研究由于光會在兩層不同的介質(zhì)處發(fā)生反射，兩介質(zhì)折射率相差越大，反射也越大。cSi疊層電池中結(jié)合TiO2減反層與SiOx中間層技術(shù)提高了頂電池的電流密度，同時減弱了底電池電流密度的損失，提高了頂電池與底電池的電流匹配。1981年，Tawada等使用aSiC:%。在181。圖46為cSiC:H的吸收系數(shù)，可以看到在高能端，cSiC:H的吸收系數(shù)遠(yuǎn)小于n型微晶硅和非晶硅的吸收系數(shù)。由于非晶硅的能帶結(jié)構(gòu)使其對長波光幾乎沒有響應(yīng)，因此為了擴(kuò)展太陽光譜的利用范圍，從上世紀(jì)80年代開始，研究人員把比非晶硅帶隙低的aSiGe與aSi疊在一起形成aSi/aSiGe雙結(jié)或者aSi/aSiGe/aSiGe三結(jié)疊層結(jié)構(gòu)。1994年，Meier等人首次使用VHF技術(shù)沉積微晶硅薄膜太陽能電池，電池的轉(zhuǎn)化效率超過7%，這證明了微晶硅薄膜可以用做電池的吸收層。Shah通過計算給出了這種疊層電池的理論效率可達(dá)到30%以上。在aSi/mcSi疊層電池中，由于底電池微晶硅的VOC（500～550mV）小于頂電池非晶硅電池的VOC（800～900mV），因此，提高底電池的開壓可提高整個疊層電池的轉(zhuǎn)換效率。2005年，Mai在VHF中使用HWCVD處理p/i界面技術(shù)，使電池的開壓普遍提高2030mV左右，達(dá)到570mV左右，%，Mai認(rèn)為在HWCVD中不產(chǎn)生離子轟擊，改善了p/i界面特性，降低了界面復(fù)合。目前雖然微晶硅電池的開壓已經(jīng)達(dá)到600mV，但是與單晶硅電池的706mV的開壓與多晶硅664mV的開壓相比還有提升的空間。1996年，IMT研究組提出在頂電池與底電池之間引入一層透明導(dǎo)電膜，例如ZnO，由于ZnO的折射率與硅層材料折射率的相差較大，這個透明導(dǎo)電層可以將短波光線發(fā)射回頂電池，提高頂電池的輸出電流，同時透過長波光，保證底電池光吸收，如圖48所示。derstr246。作為實體經(jīng)濟(jì)的一部分，光伏行業(yè)理當(dāng)受到影響。盡管全球金融風(fēng)暴造成各類實體經(jīng)濟(jì)的衰退和投資風(fēng)險的加大，但是，中外創(chuàng)投對太陽能光伏產(chǎn)業(yè)投資卻在逆勢增長。除1500萬美元股權(quán)投資外，此次IFC 貸款計劃包括，將向新奧太陽能提供4 500 萬美元自有資金貸款，以及7 600 萬美元的銀團(tuán)貸款。新奧太陽能項目計劃總投資140 億元，分三期建設(shè)，太陽能薄膜電池生產(chǎn)技術(shù)可降低太陽能電池生產(chǎn)成本，提高光電轉(zhuǎn)化率，應(yīng)用于如太陽能屋頂電池發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電站及建筑物外墻光伏電池安裝等。目前，光伏產(chǎn)業(yè)正處于歷史上最大的爆炸式成長期當(dāng)中。Rourke 作出的預(yù)測?！眻D51 展示了現(xiàn)有的不同種發(fā)電技術(shù)的電價曲線?！眻D51 太陽能光伏現(xiàn)狀 （來源：德意志銀行證券）O39?！斑@為我們提供了一個時間上的框架——當(dāng)太陽能電價曲線與電網(wǎng)電價曲線收斂而相交的時候，太陽能電價就有了與電網(wǎng)電價競爭的實力。晶體硅和薄膜太陽能光伏電池是現(xiàn)在乃至未來10 年的兩大主要技術(shù)陣營，晶體硅太陽能電池以高轉(zhuǎn)化效率在過去和現(xiàn)在都主導(dǎo)著光伏市場。相反，薄膜電池中雖然光電轉(zhuǎn)化效率較低、壽命較短，但低溫工藝技術(shù)降低了生產(chǎn)能耗，而且便于采用玻璃、不銹鋼等廉價襯底，相關(guān)的電子氣體及玻璃行業(yè)也已發(fā)展成熟，供應(yīng)及價格較穩(wěn)定。CIGS 薄膜太陽能電池也有可能在將來實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。原材料在太陽能電池的成本結(jié)構(gòu)中占了重要的比例，薄膜電池能在當(dāng)前光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路中崛地而起，成本因素起到了關(guān)鍵的作用。其中最為看好的一種就是轉(zhuǎn)向更薄的硅襯底。目前薄膜電池的穩(wěn)定光電轉(zhuǎn)換效率約為5%～8%，且存有光致衰減弱點，而晶硅電池的光電轉(zhuǎn)換效率則在15%左右，高者已達(dá)25%。作為薄膜電池的主要原料之一—玻璃，約占原材料成本的40%。同時，薄膜的轉(zhuǎn)化效率也在過去的幾年中得到很大程度的提升，采用非晶雙結(jié)技術(shù)的薄膜太陽能電池穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)換效率理論上限為15%，在有報道的量產(chǎn)中最高轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了11%左右。不過，雖然在用料上薄膜電池要遠(yuǎn)比晶硅來的低廉，生產(chǎn)流程也要簡單，但薄膜電池的設(shè)備投資幾乎是晶硅電池設(shè)備投資額的10 倍，且生產(chǎn)工藝相當(dāng)復(fù)雜，對人才、技術(shù)的要求門檻也比晶硅電池制造高出許多。 圖52 外延薄膜太陽能電池第二種是基于層轉(zhuǎn)移(layer transfer)的薄膜太陽能電池技術(shù)，它在多孔硅薄膜上外延淀積單晶硅層，從而可以在工藝中的某一點將單晶硅層從襯底上分離下來。晶粒尺寸在1～100 μm 之間的多晶硅薄膜是一種很好的選擇。選擇熱CVD 是因為它的生長速率高，而且可以獲得高質(zhì)量的晶體。而對于CdTe 薄膜技術(shù)，包括以下五項關(guān)鍵問題：(1) 用于沉積吸收層設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化；(2) 更高的模塊效率；(3) 背面接觸的可靠性；(4) 降低吸收層厚度(≤1 μm)。到目前為止，已安裝了6 MW 的太陽能電池場。預(yù)計到2010 年，薄膜光伏技術(shù)的全球總產(chǎn)能將超過3 700 MW。應(yīng)用材料的SunFab m2 的太陽能模塊，這比傳統(tǒng)的薄膜模塊大4 倍。SJ 電池的IV 參數(shù)均勻性好于3%，串接結(jié)電池的IV 參數(shù)均勻性好于5%。%(初始值)177。DEK 太陽能最新推出的PV1200 光伏金屬鍍膜平臺（圖53）不僅用于全球滿足硅片要求，且滿足薄膜基板的商業(yè)要求。緊密合作與具有影響力的生產(chǎn)廠商，得可公司已開發(fā)薄膜基板的一系列金屬鍍膜方案。根據(jù)德國研究機(jī)構(gòu)Photon Consulting 的資料顯示，到2012 億W 增加到37 億W(圖54 所示)。在未來5 年中，薄膜太陽能電池將對整個太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有重要影響”，報告作者如是說到：“這將會引發(fā)太陽能產(chǎn)業(yè)更加劇烈的技術(shù)競爭和資本市場對該產(chǎn)業(yè)的評估和適應(yīng)，并影響太陽能產(chǎn)業(yè)的整體格局”。同時，碲化鎘(CdTe)薄膜電池，作為2007 年產(chǎn)量最大的太陽能電池，在被非晶硅薄膜取代其地位之前，在2008 年繼續(xù)保持其地位。預(yù)計，夏普將緊隨其后，擁有非晶硅產(chǎn)能約416 MW，United Solar 254 MW 非晶硅薄膜，Nanosolar 249MW CIGS，Miasol233。多家CIGS 薄膜公司也將功率模塊推進(jìn)市場。因擴(kuò)大規(guī)模而降低成本的產(chǎn)能會大幅度降低薄膜光伏產(chǎn)品的制造價格，并有可能在不遠(yuǎn)的將來使太陽能電力價格與電網(wǎng)相比更有優(yōu)勢。　　從應(yīng)用環(huán)境看，薄膜太陽能電池弱光性好的特點使其能在廣泛的環(huán)境下發(fā)電，因其適用各種強(qiáng)度的陽光，其性能受天氣的影響較小，另外，由于它可承受較高的溫度，其發(fā)電功率不容易受溫度影響。薄膜硅太陽能電池經(jīng)過多年的發(fā)展，目前已經(jīng)成為光伏產(chǎn)業(yè)的一個重要組成