薄膜晶体硅太阳能电池的潜力

　　

如果效率和成本目标能够实现，薄膜晶体硅太阳能电池有潜力替代目前在光伏市场上

占主导地位的多晶硅太阳能电池。

　　目前在工业上，硅的成本大约占硅太阳能电池生产成本的一半。为减少硅的消耗量，光
伏（

PV）产业正期待着一些处于研究开发中的选择方案。其中最显然的一种就是转向更薄

的硅衬底。现在，用于太阳能电池生产的硅衬底厚度略大于

200um，而衬底厚度略小于

100um 的技术正在开发中。为使硅有源层薄至 5-20 um，可以在成本较低的硅衬底上淀积硅
有源层，这样制得的电池被称为薄膜晶体硅太阳能电池。为使其具有工业可行性，主要的挑
战是在适于大规模生产的工艺中，怎样找到提高效率和降低成本之间的理想平衡。已经存在
几种制造硅有源层的技术

1，本文将讨论其中的三种。

　　薄膜

PV 基础

　　第一种技术是制作外延（

epitaxial）

薄膜太阳能

电池（图

1），从高掺杂的晶体硅片

（例如优级冶金硅或废料）开始，然后利用化学气相淀积（

CVD）方法来淀积外延层。除

成本和可用性等优势以外，这种方法还可以使硅太阳能电池从基于硅片的技术逐渐过渡到
薄膜技术。由于具有与传统体硅工艺类似的工艺过程，与其它的薄膜技术相比，这种技术更
容易在现有工艺线上实现。

　　第二种是基于层转
移（

layer transfer）的

薄膜太阳能电池技术，
它在多孔硅薄膜上外延
淀积单晶硅层，从而可
以在工艺中的某一点将
单晶硅层从衬底上分离
下来。这种技术的思路
是多次重复利用母衬底，从而使每个太阳能电池的最终硅片成本很低。正在研究中的一种有
趣的选择方案是在外延之前就分离出多孔硅薄膜，并尝试无支撑薄膜工艺的可能性。

　　最后一种是薄膜多晶硅太阳能电池，即将一层厚度只有几微米的晶体硅淀积在便宜的
异质衬底上，比如陶瓷（图

2）或高温玻璃等。晶粒尺寸在 1-100um 之间的多晶硅薄膜是一

种很好的选择。我们已经证实，利用非晶硅的铝诱导晶化可以获得高质量的多晶硅太阳能电
池。这种工艺可以获得平均晶粒尺寸约为

5 um 的很薄的多晶硅层。接着利用生长速率超过 1 

um/min 的高温 CVD 技术，将种子层外延生长成几微米厚的吸收层，衬底为陶瓷氧化铝或