作者：（德國）沃爾夫?qū)と鸺{·法赫納（Wolfgang Rainer Fahrner）

AmorphousSilicon/CrystallineSiliconHeterojunctionSolarCells.

1Introduction

1.1BasicStructure

1.2Historyofa-Si:H/c-SiDeviceDevelopment

1.3EconomicAspects

2UsefulMaterialParameters

2.1UsefulDataofMonocrystallineSilicon

2.2UsefulDataofMulticrystallineSilicon

2.3UsefulDataofMicrocrystallineSilicon

2.4UsefulDataofAmorphousSiliconwithRespecttoHeterojunctionSolarCells

3Manufacturing

3.1LappingandPolishing

3.2Texturing

3.3Cleaning

3.4PECVDofi-,n-,andp-Layers

3.5TCO

3.6MetallizationandScreenPrinting

4Concepts

4.1Conventionalna-Si:H/pc-SiCell

4.2Bifaciala-Si:H/c-SiHeterojunctionSolarCellwithIntrinsicThinLayer,HITStructure

4.3a-Si:H/c-SiHeterocontactCellWithouti-Layer

4.4OtherConceptsforImprovedEntranceWindows

4.5a-Si:H/c-SiHeterocontactCellwithInvertedGeometry

4.6InterdigitatedHITCell

5ProblemsandChallenges

5.1ChoiceoftheBaseMaterial,ImpactoftheDoping,n/pVersusp/n

5.2SurfaceStates

5.3SurfacePassivation

5.4PECV-DepositedEmitterandBackSurfaceField

6MeasurementTechniques

6.1Absorption,Reflection,andTransmission

6.2ExcessChargeCarrierLifetime

6.3Electroluminescence

6.4a-SiCharacterization

6.5ElectronicDeviceCharacterization

7Simulation

7.1AFORS-HET

7.2ComparisonwithExperiments

8Long-TermStabilityandDegradation

8.1Long-TermStability

8.2RadiationHardness

9StateoftheArt

10Silicon-BasedHeterojunctionSolarCellsinChina

10.1IntroductionoftheActiveGroupsinthisAreainChina.

10.2ExperimentalStudies

10.3TheoreticalSimulation

References2100433B

非晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)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(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點，具有廣闊的技術(shù)進步空間和市場發(fā)展前景。

沃爾夫?qū)と鸺{·法赫納主編的《非晶硅晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽電池(精)》介紹了非晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽電池的基本結(jié)構(gòu)和制備技術(shù)，討論了其市場潛力，概述了非晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽電池的發(fā)展歷史，論述了其構(gòu)成材料及能帶結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)的合理性進行了論證。非晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽電池現(xiàn)階段的主要問題及挑戰(zhàn)有：基礎(chǔ)材料的選擇、n/p結(jié)構(gòu)或者p/n結(jié)構(gòu)的選擇，表面缺陷態(tài)、晶硅表面鈍化效果的優(yōu)化、發(fā)射極和背電場層。對于測試分析技術(shù)，本書部分列舉了反射、透過、微波測試技術(shù)、光學(xué)及光電測試、橢偏儀、拉曼光譜、光/暗IV曲線、量子效率、光誘導(dǎo)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(zhì)結(jié)太陽電池的衰減特性和耐輻射特性進行了測試。本書結(jié)尾列舉了當(dāng)前實驗室研究所獲得的最優(yōu)太陽電池效率和中國目前相關(guān)研究和產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀。

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

中文名稱

非晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池

英文名稱

amorphous/crystalline silicon heterojunction solar cell

定　　義

由摻雜非晶硅發(fā)射區(qū)、極薄非晶硅本征層(數(shù)納米厚)和晶體硅基區(qū)構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)電池。用以改善電池表面的鈍化特性和降低電池的制備溫度(200℃以下)。

應(yīng)用學(xué)科

材料科學(xué)技術(shù)（一級學(xué)科），半導(dǎo)體材料（二級學(xué)科），非晶和微晶半導(dǎo)體材料（三級學(xué)科）

（1）材料和制造工藝成本低

首先，非晶硅太陽能電池可以節(jié)省很多的硅材料。非晶硅具有較高的光吸收系數(shù)，特別是在0.3-0.75μm的可見光波段，它的吸收系數(shù)比單晶硅要高出一個數(shù)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(jié)省很多的硅材料。 材料是生產(chǎn)高純多晶硅過程中使用的硅烷，這種氣體，化學(xué)工業(yè)可大量供應(yīng)，且價格十分便宜。

由于反應(yīng)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(chǎn)，成本較低。單節(jié)非晶硅薄膜太陽能電池的生產(chǎn)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(chǎn)工藝上來考慮，非晶硅的生產(chǎn)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(yōu)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(chǎn)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(chǎn)單晶硅太陽能電池少,因此它的能量返回期較短。以轉(zhuǎn)換效率為6%的非晶硅太陽電池，其生產(chǎn)用電約1.9度電/瓦，由它發(fā)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(fā)電返回時間一般6年以上。

（3）適于大批量生產(chǎn)

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(xué)氣相淀(PECVD)法。此種制作工藝可以連續(xù)在多個真空淀積室完成，從而實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。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(chǎn)相似，生產(chǎn)方式均具有自動化程度高、生產(chǎn)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(shè)計制造，可以較方便地制作出適合不同需求的多品種產(chǎn)品。可以較方便地制作出適合不同需求的多品種產(chǎn)品。由于光吸收系數(shù)高，暗電導(dǎo)很低，適合制作室內(nèi)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(wǎng)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能結(jié)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(dāng)太陽能電池工作溫度高于標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)好、充電效率高

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