備案信息

備案號：81-19972100433B

非晶硅/晶體硅異質結太陽電池（AmorphousSilicon/CrystallineSiliconHeterojuncionSolarCells）是太陽電池中深具代表性的一類，具有開路電壓高、填充因子高、轉換效率高等優點，具有廣闊的技術進步空間和市場發展前景。

沃爾夫岡·瑞納·法赫納主編的《非晶硅晶體硅異質結太陽電池(精)》介紹了非晶硅/晶體硅異質結太陽電池的基本結構和制備技術，討論了其市場潛力，概述了非晶硅/晶體硅異質結太陽電池的發展歷史，論述了其構成材料及能帶結構，分步詳解了其制備工藝，包括拋光、腐蝕、制絨、本征層、背電場、減反射層及金屬層沉積等；本書還對其結構的合理性進行了論證。非晶硅/晶體硅異質結太陽電池現階段的主要問題及挑戰有：基礎材料的選擇、n/p結構或者p/n結構的選擇，表面缺陷態、晶硅表面鈍化效果的優化、發射極和背電場層。對于測試分析技術，本書部分列舉了反射、透過、微波測試技術、光學及光電測試、橢偏儀、拉曼光譜、光/暗IV曲線、量子效率、光誘導電流等。本書還采用AFORS-HET軟件模擬分析太陽電池的性能并與實驗相比較驗證，并對非晶硅/晶體硅異質結太陽電池的衰減特性和耐輻射特性進行了測試。本書結尾列舉了當前實驗室研究所獲得的最優太陽電池效率和中國目前相關研究和產業現狀。

本書可供從事新能源材料、太陽能光伏以及半導體材料等領域的科技工作者和企業工程師作為參考，也可作為大專院校相關專業師生的教學參考書。

（1）材料和制造工藝成本低

首先，非晶硅太陽能電池可以節省很多的硅材料。非晶硅具有較高的光吸收系數，特別是在0.3-0.75μm的可見光波段，它的吸收系數比單晶硅要高出一個數量級，因而它比單晶硅對太陽輻射的吸收效率要高40倍左右，用很薄的非晶硅膜就能吸收90%有用的太陽光能。一般情況下非晶硅電池的厚度小于0.5um ，而晶體硅太陽電池的基本厚度為240-270um，相差200多倍，因此非晶硅太陽能電池要節省很多的硅材料。 材料是生產高純多晶硅過程中使用的硅烷，這種氣體，化學工業可大量供應，且價格十分便宜。

由于反應溫度低，可在200℃左右的溫度下制造，因此可以在玻璃、不銹鋼板、陶瓷板、柔性塑料片上淀積薄膜，易于大面積化生產，成本較低。單節非晶硅薄膜太陽能電池的生產成本目前可降到1.2美元/Wp。疊層非晶硅薄膜電池的成本可降至1美元/Wp以下。

綜上，從原材料及生產工藝上來考慮，非晶硅的生產相對來說成本很低，并且這也成為非晶硅太陽能電池最大的優勢。

（2）能量返回期短

由于制造非晶硅電池原材料及較低溫生產能源消耗少，在每一階段,制造非晶硅太陽能電池所需消耗的電能比生產單晶硅太陽能電池少,因此它的能量返回期較短。以轉換效率為6%的非晶硅太陽電池，其生產用電約1.9度電/瓦，由它發電后返回的時間約為1.5-2年，能量返回期短。而其他多晶硅、單晶硅電池的發電返回時間一般6年以上。

（3）適于大批量生產

非晶硅材料是由氣相淀積形成的，目前已被普遍采用的方法是等離子增強型化學氣相淀(PECVD)法。此種制作工藝可以連續在多個真空淀積室完成，從而實現大批量生產。采用玻璃基板的非晶硅太陽能電池，其主要工序（PECVD）與TFT-LCD陣列生產相似，生產方式均具有自動化程度高、生產效率高的特點。

（4）品種多，用途廣

晶硅可以在任何形狀的基底上制作，并且可以可以在柔性基底或者很薄的不銹鋼和塑料基底上制備超輕量級的太陽能電池；非晶硅太陽電池可做成集成型，器件功率、輸出電壓、輸出電流都可自由設計制造，可以較方便地制作出適合不同需求的多品種產品。可以較方便地制作出適合不同需求的多品種產品。由于光吸收系數高，暗電導很低，適合制作室內用的微低功耗電源，如手表電池、計算器電池等；由于a-Si膜的硅網結構力學性能結實，適合在柔性的襯底上制作輕型的太陽能電池；靈活多樣的制造方法，可以制造建筑集成的電池，適合用戶屋頂電站的安裝。

（5）高溫性能好

當太陽能電池工作溫度高于標準測試溫度25℃時，其最佳輸出功率會有所下降；非晶硅太陽能電池受溫度的影響比晶體硅太陽能電池要小得多。

（6）弱光響應好、充電效率高

非晶硅材料的吸收系數在整個可見光范圍內，在實際使用中對低光強光有較好的適應。

非晶硅太陽電池是以玻璃、不銹鋼及特種塑料為襯底的薄膜太陽電池，結構如圖2所示。為減少串聯電阻，通常用激光器將TCO膜、非晶硅(A-si)膜和鋁(Al)電極膜分別切割成條狀， 如圖1所示。國際上采用的標準條寬約1cm,稱為一個子電池，用內部連接的方式將各子電池串連起來，因此集成型電池的輸出電流為每個子電池的電流，總輸出電壓為各個子電池的串聯電壓。在實際應用中，可根據電流、電壓的需要選擇電池的結構和面積，制成非晶硅太陽電池。

第一層為普通玻璃,是電池的基底。

第二層為TCO，即透明氧化物導電膜，一方面光從它穿過被電池吸收，所以要求它的光透過率高；另一方面作為電池的一個電極，所以要求它能夠導電。TCO 一般制備成絨面，主要起到減少反射光從而增加光的吸收率的作用。太陽能電池就是以這兩層為襯底沉積形成的。太陽能電池的第一層為P層，即窗口層；其次是i 層，即太陽能電池的本征層，光生載流子主要在這一層產生；然后是n層，起到連接i極和背電極的作用。最后是背電極和Al/Ag 電極。

由于a-Si(非晶硅)多缺陷的特點，a-Si 的p-n 結是不穩定的，而且光照時光電導不明顯，幾乎沒有有效的電荷收集。所以，a-Si 太陽能電池基本結構不是p-n結而是p-i-n 結。摻硼形成P 區，摻磷形成n 區，i 為非雜質或輕摻雜的本征層(因為非摻雜的a-Si 是弱n 型)。重摻雜的p、n 區在電池內部形成內建勢，以收集電荷。同時兩者可與導電電極形成歐姆接觸，為外部提供電功率。i 區是光敏區，此區中光生電子、空穴是光伏電力的源泉。入射光盡可能多地進入i區，最大限度地被吸收，并有效地轉換為電能，因此對i區要求是既保證最大限度地吸收入射光，又要保證光生載流子最大限度地輸運到外電路。

非晶體硅結構的長程無序破壞了晶體硅電子躍遷的動量守恒選擇定則，相當于使之從間接帶隙材料變成了直接帶隙材料。它對光子的吸收系數很高，通常0.5μm 左右厚度的a-Si 就可以將敏感譜域的光吸收殆盡。所以，p-i-n 結構的a-Si 電池的厚度取0.5μm 左右，而作為死光吸收區的p、n 層的厚度在10nm 量級。