【正文】 電池，能生產非晶硅或薄膜系列產品的公司有Sharp，Sanyo，Schott Solar，BP Solar，Shell Solar，United Solar Ovonic，Kaneka Solartech，F(xiàn)irst Solar，MHI（三菱重工）等。公司名稱產品類型國別/地區(qū)2005產能（MW）2005產量（MW）Sharp（夏普）單/多晶硅，非晶硅日本600Sanyo（三洋）單晶硅，非晶硅日本158125Schott Solar多晶硅，非晶硅德國11395BP Solar單/多晶硅，非晶硅美國157Shell Solar單/多晶硅，CIS薄膜德國11059United Solar Ovonic非晶硅美國2520Kaneka Solartech非晶硅日本3019MHI（三菱）多晶硅日本240142 2005年全球主要非晶硅太陽能電池制造企業(yè)的市場及產能狀況 國內主要非晶體硅太陽能電池生產廠商2005 年我國國內太陽能電池產能在300MW 左右，產量約為150MW，是2004 年產量50MW 的3 倍。若不是受原材料短缺的制約，發(fā)展速度將更大。并且值得注意的是，2005～2006 年大批太陽能電池項目正在建設或準備上馬。如果這些項目能夠按期建成，加上原有生長能力，到2006 年底將形成1400MW以上的產能，幾乎是2005 年產量的10 倍。原材料短缺的局面將顯得更加突出。國內從事非晶硅太陽能電池產品生產的企業(yè)不多，產能也不大。這些企業(yè)主要有：深圳市拓日電子科技有限公司、深圳市日月環(huán)、天津津能電池科技有限公司、深圳創(chuàng)益科技發(fā)展有限公司等。其中，深圳拓日電子科技公司產量最大，2008年非晶硅電池產量為15MW。公司名稱2008年非晶硅電池產量（MW）2009年預計形成產能深圳市拓日電子科技有限公司1525深圳市日月環(huán)22天津津能電池科技有限公司1025深圳創(chuàng)益科技發(fā)展有限公司1020某新能源有限公司22北京世華創(chuàng)新科技有限公司1515合計54 2008年國內主要非晶硅太陽能電池產量及2008年產能預測六、發(fā)展前途分析 硅原材料嚴重短缺，非晶體硅太陽能電池機遇來臨嚴峻的晶體硅材料短缺使越來越多的太陽能電池生產設備處于停產狀態(tài)，而不斷上漲的晶硅價格也在一步步吞噬太陽能電池生產商的利潤。因此，尋找晶硅或減少對晶硅的依賴成為太陽能電池企業(yè)不得不面臨的選擇。目前一些企業(yè)在減少對多晶硅的依賴上取得了進展。如寧波杉杉尤里卡太陽能有限公司通過處理IC 工業(yè)廢片緩解原料瓶頸，還可獲得較低的成本優(yōu)勢和較高的盈利。但從產業(yè)發(fā)展的角度看，這只能夠緩解部分原料瓶頸，不能成為長遠避險工具。從長遠看，擺脫對晶硅的依賴是安全之策。在這種形勢下，非晶硅薄膜太陽能電池與化合物薄膜太陽能電池獲得了難得的發(fā)展機遇，預計在未來幾年里，其市場占有率將有一定幅度的增加。 商業(yè)化非晶硅太陽能電池效率逐步提升結晶類轉換效率的提高已接近極限，通過提高硅切割晶圓技術而降低成本的空間也很有限，使用等離子體及氣體將厚度為2μm～3μm 的硅類薄膜層疊在底板上的薄膜類太陽能電池以及在此基礎上形成的層疊“混合型”太陽能電池是未來的發(fā)展方向。鐘淵化學、三洋電機都是薄膜類太陽能電池的代表廠商。鐘淵化學很早就開始生產臺式電子計算器等使用的非結晶硅太陽能電池。該公司應用自己的生產技術成功的開發(fā)出了疊加非晶硅和薄膜多晶硅而成住宅太陽能電池，并從2003 年4 月開始銷售。之所以采取將非晶硅和薄膜多晶硅層疊的“混合型”，是為了綜合容易吸收可視光的非晶硅特性和容易吸收紅外線的薄膜多晶硅特性來提高轉換效率。無論是非晶硅還是多晶硅，均很難單獨實現(xiàn)2位數(shù)轉換效率，但通過組合，轉換效率能夠達到10%以上。三洋電機也將力量集中到了薄膜多晶硅太陽能電池的開發(fā)上，該公司也是從非晶硅太陽能電池起步，目前正在加緊開發(fā)使用薄膜多晶硅的新一代太陽能電池。這類薄膜太陽能電池由于具有較低成本，同時轉換率又在不斷提高，所以，發(fā)展前途十分看好，尤其是在廉價硅基襯底上薄膜化技術更為看好。 面臨發(fā)電效率與生產成本兩大挑戰(zhàn)雖然市場將逐漸增長，但薄膜太陽電池的普及并非短期內即可達成。由于薄膜型太陽電池相對硅芯片型產品，因轉換效率較低，單位面積發(fā)電量小，因此若要產生同樣的輸出功率，薄膜太陽電池模塊需要更大的裝置面積，在土地與施工成本方面較為不利。并且，雖然薄膜型太陽電池可節(jié)省許多材料成本，但其生產設備卻比硅芯片型太陽電池生產設備貴三倍以上，致使目前薄膜太陽電池的單價并未如預期般享有明顯的價格優(yōu)勢。根據Solarbuzz調查，2006 年3 美元/Wp， 美元/Wp， 美元/Wp，顯示目前薄膜型太陽電池雖較便宜，但與硅芯片型商品的差價仍然有限。由于設備費用占薄膜太陽電池制造成本的約三成，以25MW 的非晶硅太陽電池生產線而言，設備投資額7～9 千萬美元，總投資為晶體硅太陽能電池生產線的5 倍左右，投資額過高，是阻礙薄膜太陽電池市場的成長的重要因素。若依目前發(fā)展趨勢，在同時考慮各種太陽電池技術的成本與光電轉換效率后，一般認為短期內太陽電池市場對硅芯片型太陽電池的接受度還是較高。預期至2020 年，世界太陽電池市場中薄膜技術的占有率也才提升至約23%。不過，薄膜型優(yōu)點為較能吸收漫射光源，適合大面積生產，可做成可撓式，與建材整合的BIPV 模塊，或應用于消費性電子產品，且未來若有廠商能夠提供標準化的鍍膜設備，及自動化生產線，將會使薄膜太陽電池產品的制造成本大幅降低。目前許多TFT 設備廠在太陽電池市場前景看俏下，也開始注意這塊市場。LCD顯示器制程中也利用到非晶硅鍍膜技術，因此若能將LCD制程中的陰極噴鍍法，電漿輔助化學氣相沉積設備順利移轉到薄膜型太陽電池產業(yè)，將有助于降低薄膜太陽電池生產線的投資成本與風險，對未來薄膜太陽電池市場的擴大將十分有利。預計未來2～3 年內全球硅材供應量仍難以追上市場需求，在硅芯片型太陽電池上游材料不足之余，薄膜型太陽電池產業(yè)正好可以借此機會擴充產能，搶占市場。并借由生產規(guī)模擴大使制造成本下降，另一方面也可吸引更多資源投入這一領域，使量產技術進一步提升，制程設備趨向標準化，如此即能確保未來薄膜太陽電池產業(yè)的茁壯成長。非晶硅薄膜太陽能電池 太陽能光伏發(fā)電作為一種應用潔凈可再生能源的技術倍受人們關注。迄今為止,太陽能電池材料的發(fā)展經歷了三個階段:第一代單晶硅和多晶硅太陽能電池,它們是太陽能電池市場的主流產品。第二代基于薄膜材料的太陽能電池,主要有非晶硅薄膜電池、多晶硅薄膜電池、碲化鎘薄膜電池、砷化鎵薄膜電池以及銅銦硒薄膜電池等。鑒于前兩代太陽能電池存在的諸多不足,人們認為薄膜化、轉換效率高、原料豐富且無毒的太陽能電池應該是第三代太陽能電池的研發(fā)方向。非晶硅薄膜太陽能電池若能解決轉換效率低和穩(wěn)定性差的問題,則具備第三代太陽能電池的條件。因此,目前許多國家和地區(qū)正在投入大量人力和物力來攻克這兩大難題?！　》蔷Ч桦姵靥攸c　　非晶硅太陽能電池作為一種新型太陽能電池,其原材料來源廣泛、生產成本低、便于大規(guī)模生產,因而具有廣闊的市場前景。它具有較高的光吸收系數(shù),~,其吸收系數(shù)比單晶硅要高出一個數(shù)量級,比單晶硅對太陽能輻射的吸收率要高40倍左右,用很薄的非晶硅膜(約1μm厚)就能吸收約80%有用的太陽能,且暗電導很低,在實際使用中對低光強光有較好的適應,特別適用于制作室內用的微低功耗電源,這些都是非晶硅材料最重要的特點,也是它能夠成為低價太陽能電池的重要因素。非晶硅薄膜電池由于沒有晶體硅所需要的周期性原子排列要求,可以不考慮制備晶體所必須考慮的材料與襯底間的晶格失配問題,在較低的溫度(200℃左右)下可直接沉積在玻璃、不銹鋼、塑料膜和陶瓷等廉價襯底材料上,工藝簡單,單片電池面積大,便于工業(yè)化大規(guī)模生產,同時亦能減少能量回收時間,降低生產成本。另外,非晶硅的禁帶寬度比單晶硅大,~,這樣制成的非晶硅太陽能電池的開路電壓高,同時,還適合在柔性的襯底上制作輕型的太陽能電池,可做成半透明的電池組件,直接用做幕墻和天窗玻璃,從而實現(xiàn)光伏發(fā)電和建筑房屋一體化?？傊?非晶硅薄膜電池具有生產成本低、能量回收時間短、適于大批量生產、弱光響應好以及易實現(xiàn)與建筑相結合、適用范圍廣等優(yōu)點?！　∮捎诜蔷Ч璋雽w材料(aSi)最基本的特征是組成原子的排列為長程無序、短程有序,原子之間的鍵合類似晶體硅,形成的是一種共價無規(guī)網絡結構,它含有一定量的結構缺陷、懸掛鍵、斷鍵等,因此載流子遷移率低、擴散長度小、壽命短,所以這種材料是不適合直接做成半導體器件的。為了降低非晶硅中缺陷態(tài)密度,使之成為有用的光電器件,人們發(fā)現(xiàn)通過對其氫化處理后非晶硅材料中大部分的懸掛鍵被氫補償,形成硅氫鍵,降低了態(tài)隙密度。1976年研究人員成功實現(xiàn)了對非晶硅材料的p型和n型摻雜,實現(xiàn)了aSipn結的制作?！　〉@種氫化非晶硅pn結不穩(wěn)定,而且光照時光電導不明顯,幾乎沒有有效的電荷收集。因此為了把非晶硅材料做成有效的太陽能電池,常采取的結構模式為pin結構,p層和i層起著建立內建電場的作用,i層起著載流子產生與收集的作用。此外,材料本身對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換效率,解決這個問題的方法就是制備疊層太陽能電池,一方面增加太陽光利用率,另一方面提高非晶硅太陽能電池效率。但是,非晶硅薄膜太陽能電池光電效率會隨著光照時間延續(xù)而衰減,即所謂的光致衰退(SW效應)效應,主要是因為SiH鍵很弱,在光照下H很容易失去,形成大量Si懸掛鍵,并且非晶硅薄膜電池轉換效率低,一般在10%左右。所以為了提高電池轉換效率和穩(wěn)定性,必須盡量減小光致衰退影響和優(yōu)化電池的結構和工藝。非晶硅電池光致衰退效應　　沒有摻雜的非晶硅薄膜由于其結構缺陷,存在懸掛鍵、斷鍵、空穴等,導致其電學性能差而很難做成有用的光電器件。所以,必須對其進行氫摻雜飽和它的部分懸掛鍵,降低其缺陷態(tài)密度,這樣才能增加載流子遷移率,提高載流子擴散長度,延長載流子壽命,使其成為有用的光電器件。然而,氫化非晶硅薄膜經較長時間的強光照射或電流通過時,由于SiH鍵很弱,H很容易失去,形成大量的Si懸掛鍵,從而使薄膜的電學性能下降,而且這種失H行為還是一種鏈式反應,失去H的懸掛鍵又吸引相鄰鍵上的H,使其周圍的SiH鍵松動,致使相鄰的H原子結合為H2,便于形成H2的氣泡。硅懸掛鍵的產生和缺陷的形成是制約氫化非晶硅薄膜應用的主要原因,只有正確理解光致衰退效應的機理,才能解決好氫化非晶硅薄膜的穩(wěn)定性問題?！　‖F(xiàn)在SW效應的機制還是一個有待進一步研究解決的問題,人們提出了各種理論進行解釋,有的認為是光照在樣品中產生了新的缺陷,這種缺陷增加了隙態(tài)密度,降低了光電導和暗電導。有的認為是光照產生了亞穩(wěn)態(tài)缺陷。有的認為是光照引起了非晶硅結構的變化。還有人認為空間電荷效應是氫化非晶硅電池光誘導性能衰退的主要物理機制,在光照射下非晶硅太陽能電池光生空穴俘獲產生的帶正電缺陷使電池內部有了凈正空間電荷,從而把高電場調制到p/i界面,而使i/n界面附近電場強度下降以致出現(xiàn)低場死層,低場死層降低非晶硅太陽能電池對光生載流子的收集,使電池性能隨著光照而衰退?？偟目捶ㄕJ為,光致衰退效應起因于光照導致在帶隙中產生了新的懸掛鍵缺陷態(tài)(深能級),這種缺陷態(tài)會影響氫化非晶硅薄膜材料的費米能級的位置,從而使電子的分布情況發(fā)生變化,進而一方面引起光學性能的變化,另一方面對電子的復合過程產生影響。這些缺陷態(tài)成為電子和空穴的額外復合中心,使得電子的俘獲截面增大、壽命下降。目前對于氫化非晶硅薄膜光致衰退原理人們建立了很多模型,主要有弱鍵斷裂(SJT)模型、H玻璃模型、H碰撞模型、SiHSi橋鍵形成模型、defectpool模型等,但至今仍沒有形成統(tǒng)一的觀點。為了阻止SW效應,一方面要減少aSi:H材料中的SiH鍵和O、N等雜質污染,另一方面要適當減少i層厚度,增強內建電場,從而減少光生載流子的復合,抑制電池特性的光致衰退效應?！　》蔷Ч桦姵匦阅苡绊懸蛩亍　∮捎诜蔷Ч杞Y構是一種無規(guī)網絡結構,具有長程無序性,所以對載流子有極強的散射作用,導致載流子不能被有效地收集。為了提高非晶硅太陽能電池轉換效率和穩(wěn)定性,一般不采取單晶硅太陽能電池的pn結構。這是因為:輕摻雜的非晶硅費米能級移動較小,如果兩邊都采取輕摻雜或一邊是輕摻雜另一邊用重摻雜材料,則能帶彎曲較小,電池開路電壓受到限制。如果直接用重摻雜的p+和n+材料形成p+n+結,由于重摻雜非晶硅材料中缺陷態(tài)密度較高,少子壽命低,電池性能會很差。因此,通常在兩個重摻雜層中淀積一層未摻雜非晶硅層(i層)作為有源集電區(qū),即pin結構。非晶硅太陽能電池光生載流子主要產生于未摻雜的i層,與晶態(tài)硅太陽能電池載流子主要由于擴散而移動不同,在非晶硅太陽能電池中,光生載流子由于擴散長度小主要依靠電池內電場作用做漂移運動?！　‘敺蔷Ч桦姵夭扇in結構以后,電池在光照下就可以工作了,但因存在光致衰退效應,電池性能不穩(wěn)定,電池轉換效率隨光照時間逐漸衰退,所以電池的結構與工藝還要進一步優(yōu)化。影響非晶硅電池轉換效率和穩(wěn)定性的主要因素有:透明導電膜、窗口層性質(包括窗口層光學帶隙寬度、窗口層導電率及摻雜濃度、窗口層激活能、窗口層的光透過率)、各層之間界面狀態(tài)(界面缺陷態(tài)密度)及能隙匹配、各層厚度(尤其i層厚度)以及太陽能電池結構等。非晶硅薄膜電池的結構一般采取疊層式或進行集成或構造異質結等形式。　　、透明導電膜(TCO)　　透明導電膜在太陽能電池上主要用作電池的透明電極,有些還可同時作為減反射膜。不同透明導電膜的電學、光學以及結構等都不相同,亦對太陽能電池的光電特性和輸出特性(如電池的內外量子效率、短路電流、開路電壓、填充因子等)產生不同的影響。如有人發(fā)現(xiàn)用ZnO:Al膜作TCO/naSi:H/iaSi:H/pcSi/A結構的異質結太陽能電池的前電極時短路電流比ITO作前電極的短路電流要大,而開路電壓要低一些。一般,在太陽能電池中對透明導電膜的要求是載流子濃度高、帶隙寬度大、光