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硅基薄膜太阳电池的发展与未来 摘要本文首先介绍了硅基薄膜太阳电池在光伏发电技术中的重姜地位；然后叙述了硅基薄 膜电池初期的快速发展，前进中遇到的困难，国际范困的攻坚及技术上的突破；最后预言 了硅基薄膜电池的发展趋势和应用前景，并提出了我国发展硅基薄膜电池的策略与建议。 一、硅基薄膜太阳电池在光伏中的地位 随着能源危机与环境污染的日趋严重，开发可再生清洁能源成为国际范围内的重大战略问 题之一。太阳能是取之不尽，用之不竭的清洁能源，因此，开发利用太阳能成为世界各国 可持续发展能源的战略决策。阳光发电是大规模经济地利用太阳能的重要手段。因此，对 大阳电池的研究受到世界各国的普遍重视。无论是发达国家，还是发展中国家均制定了中 长期发展计划，把光伏发电作为人类未来能源的希望。 目前，光伏发电在航天、通讯及微功耗电子产品领域已成功地占据了不可替代的位置。但 做为社会整体能源结构的组成部分， 其所占比例尚不足 1%.造成这种状况的主要原因是灯日 电池的成本较高。要使光伏发电真正成为能源体系的组成部分，必须要大幅度地降低成扒 薄膜太阳电池在降低成本方面具有很大的优势，其中，硅基薄膜电池的优势更大，因为： ①硅材料储量丰富（硅是地球上储量第二大元素），而且无毒、无污染，是人们研究最多， 技术最成熟的材料， ②耗材少、制造成本低。硅基薄膜电池的厚度小于 1卩m几不足晶体硅 电池厚度的1/100 ,这便大大降低了材料成本； 硅基薄膜电池采用低温工艺技术（200C）, 这不仅可节能降耗，而且便于采用玻璃、塑料等廉价衬底；另外，硅基薄膜采用气体的辉 光效电分解沉积而成， 通过改变反应气体组分可方便地生长各种硅基薄。 膜材料， 实现 pin 和各种叠层结构的电池，节省了许多工序。③便于实现大面积、全自动化连续生产。 由于“基薄膜大”电池在降低成本方面具有独特的优势，使其自 1976 年一诞生，立即在全 世界范国内掀起对硅基薄膜太阳电池的研究热潮。至今二十几年来在研究水平和开发应用 方面均取得了长足的进步，使其在先伏领域占据了不可替代的重要位置。 、硅基薄膜太阳电池的崛起 由于硅基薄膜太阳电池在降低成本方面的巨大潜力，所以，引起了研究单位、企业界及各 国政府的普遍重视，从而促进了硅基薄膜太阳电池突飞猛进的发展，当前的硅基薄膜大阳 电池是非晶硅电池，在初期阶段的技术进步主要表现在：①用 a-SiC或卩C-SiC代替a-Si 做窗口层，以改善电池的短波光谱响应。②采用梯度界面层，以改善异质结界面的输运特 性。③采用UC — S1做n层，己减少串联电阻。④用绒面 Sii0，代替平面IT0，并采用多 层背反射电极，以减少先的反射和透射损失，提高短路电流。⑤采用激光切割技术，实现 了电池的集成化。⑥采用叠层电池结构，以扩展电池的光谱响应范围，提高转换效率。⑦ 采用分室连续沉积技术，以消除反应气体的交叉污染，提高电池的性能和重复性等等。所 有这些新技术合，采用，使硅基薄膜电池的效率从 2％提高到 13．7%。 硅基薄膜电池发展迅速的另一个标志是产业化进程短。 虽然第一个非晶硅太阳电池 1976年 才被研制出来，但 1980年就实现了商品化．如日本三洋电气公司 1980年利用硅基薄膜太 阳电池率先制成计算器，随后便实现了工业化生产，并把产品打入世界市场。由于非晶硅 材料优越的短波响应特性，使其在计算器、手表等荧光下工作的微功耗电子产品中占据很 大优势，不仅在 80年代的 10年中取得了数十忆美元的利润，而且至今仍然具有很大的消 费市场。 随着硅基薄膜电池效率的不断提高，其应用的领域也不断扩大，从计算器手表等弱光下应 用扩大到各种消费品及功率应用领域。如太阳能收音机、太阳帽、庭院灯、微波中继站、 航空航海信号灯、气象监测、光伙水泵及户用独立电源等。随着硅基薄膜太阳电池应用领 域的不断扩大，其产量亦迅速增加，世界上出现了若干 MV级的生产线和许多生产硅基薄膜 太阳电池的企业。到 80年代中期，硅基薄膜太阳电池的年销售量已超过世界光伏总销量的 U3， 形成硅基薄膜、多晶硅、单晶硅三足鼎立的局面。 三、发展中的障碍与技术的进步 ： 尽管硅基薄膜太阳电池具有如上许多优点，然而在发展进程中也显示出一些明显的缺点。 主要的缺点是电池效率的光致衰退效应，这一效应成为硅基薄电池进一步发展应用的主要 障碍。 另外由于初期产品的效率较低 （4-5%）再加上 30%以上的衰退率，使硅基薄膜电池低 成本的优势被较低的效率所抵消。所有这些造成硅基薄膜电池的产量从 80 的代末至 90 年 代初期间处在停滞不前的徘徊阶段。针对上述问题，自 90 年代起国际上提出要提高硅基薄 膜电池稳定效率的口号，并成立了由研究机构和大公司组成的专门研究队伍。 研究表明，硅基薄膜电池效率光致衰退的主要原因是本征非晶硅