薄膜太阳电池的研究进展

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1、薄膜太阳电池的研究进展《物理》第28卷（1999年）第2期薄膜太阳电池的研究进展耿新华孙云王宗畔李长健（南开大学光电子研究所，天津300071）摘要介绍了薄膜太阳电池在光伏技术中的位置，详细叙述了非晶硅、铜锢锡、碼化镉等主要薄膜太阳电池的基本结构、制造方法、研究进展和现状,指岀了存在的关键问题和解决的途径,并介绍了薄膜太阳电池的发展趋势和应用前景.关键词薄膜太阳电池THINFILMSOL7XRCELLSGengXinhuaSunYunWangZongpanLiChangjian（InstituteofPhotoelectronicsofNankaiUniversity

2、,Tianjin300071）AbstractWereviewtheimportanceofthinfilmsolarcellsinphotovoltaictechnology,anddescribethegeneralstructure,manufacture,progressandstatusofmajorthinfilmsolarcellssuchasa-S,CulnSe,CdTeandsoon.Wealsopointoutthekeyproblemandwaystosolvethem.Thedevelopmentprospectsareoverviewed.K

3、eywordsthinfilmsolarcell刖§随着能源危机及传统能源对环境污染的日趋严重，开发可再牛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，全球年能量消耗的总和只相当于太阳40分钟内投射到地球表面的能量，因此，研究与开发太阳能利用成为世界各国政府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，因此对各种太阳电池的研究受到普遍重视,美国、欧洲、FI本及发展小国家均制定了庞大的光伏技术的发展计划，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中已成功地占据了不可替代的位置

4、，但作为社会整体能源结构的组成部分所占比例尚不足1%，造成这种状况的主要原因是太阳屯池的成本较高.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木.薄膜太阳电池在降低成木方面比晶体太阳电池具有更大的优势，一是实现薄膜化后，口J极人地节省昂贵的半导体材料;二是薄膜电池的材料制备和电池同时形成，因此节省了许多工序;三是薄膜太阳电池采用低温工艺技术，不仅有利于节能降耗，而月•便于采用廉价衬底（玻璃、不锈钢等）•为此，自70年代以来，世界各国纷纷投入巨资，制定规划，组织队伍，掀起对薄膜太阳电池的研究热潮，二十儿年来在研究水平和开发应用方面均取得了长足的进步1我国

5、在薄膜太阳电池研究方面也有很大发展.目前研究比较深入,而凡占据主导地位的薄膜太阳电池主要有硅基薄膜太阳电池和铜锢锡、碼化镉等化合物半导体薄膜太阳电池.2薄膜太阳电池研究进展211硅基薄膜太阳电池21111非晶硅基太阳电池非晶硅（a・S）太阳屯池是在玻璃（glass）衬底上沉积透明导屯膜（TCO），然后依次用等离了体反应沉积p型、i型、n型三层a・S，接着再蒸镀金屈电极铝（Al）•光从玻璃而入射，电池电流从透明导电膜和铝引出，英结构可表示为glass/TCO/pin/Al，还可以用不锈钢片、塑料等作衬底.硅材料是口前太阳电池的主导材料，在成品太阳电池成本份额屮，硅材料占

6、了将近40%，而非晶硅太阳电池的厚度不到1um,不足晶体硅太阳电池厚度的1/100,这就大大降低了制造成木乂由于非晶硅太阳电池的制造温度很低（〜200°C）、易于实现人面积等优点，使其在薄膜太阳电池中山据首要地位,因此也是投资最人、研究最广泛、目前技术最成熟的薄膜电池.自从1976年美国RCA实验室制成世界上第一个非晶硅太阳电池以来，围绕提高电池性能，人们开展了许多制造方法、材料和器件结构方面的研究.在制造方法方面冇屯子回旋共振法、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°C），易于实现大而积和大

7、批量连续生产，现成为国际公认的成熟技术.在材料研究方面，先后研究了a-SC窗口层、梯度界面层、yC-SCp层等，明显改善了电池的短波光谱响应.这是由于a・S太阳电池光生载流子的生成主要在i层，入射光到达i层之前部分被p层吸收，对发电是无效的.而a-SC和uC・SC材料比p型a・S具有更宽的光学带隙，因此减少了对光的吸收，到达i层的光增加;加之梯度界面层的采用,改善了m・SOa・S异质结界面光电子的输运特性.在增加长波响应方面，采用了绒面TCO膜、绒而多层背反射电极（ZnO/Ag/Al）和多带隙叠层结构，即glass/TCO/p1i1n1/p2i2n2