柔性非晶硅薄膜太阳能电池技术

摘要：柔性衬底薄膜太阳能电池作为太阳电池的一个新品种，近年来开始受到人们

的重视，世界上许多公司竞相开发研究。柔性太阳电池与平板式晶体硅、玻璃衬底的薄膜
电池等硬衬底电池相比，其最大的特点是重量轻，可折叠，不易破碎，并具有较高的质
量比功率

(500W/kg)，故能够安装在流线型汽车的顶部，房屋等建筑物的楼顶与外墙面，

以及对地观测的平流层飞艇表面，应用前景光明。和玻璃衬底上的薄膜电池相比，主要
基于金属膜和有机聚脂膜的柔性衬底薄膜太阳能电池的制备方法有很大的不同。世界上
从事柔性衬底薄膜太阳能电池的研制生产的主要单位是美国的联合太阳能公司

(United 

Solar)，欧洲的 VHF-technologies 公司，和日本的 Sharp 公司，Sanyo 公司，采用的主要
方法是自动化的卷对卷

(roll to roll)工艺。目前柔性衬底薄膜太阳能电池的大规模生产制

备是国内急需解决的关键问题，但我国在这一领域和国外先进水平差距很大。本文中对
其现状，制备工艺和技术路线作了调研和分析。

　　在过去的几十年中，人类经济活动的持续高速发展使得电力需求迅速增加。太阳电
池是一种利用光生伏特效应将太阳能能直接转换为电能的半导体器件，很容易实现并网
发电或作为独立能源。众所周知，太阳电池发电具有许多优点，如安全可靠，无噪声，
无污染，能量随处可得，不受无需消耗燃料、无机械转动部件、故障率低、维护方便、可以
无人值守、规模大小随意、可以方便地与建筑物相结合等，这些优点都是常规发电所不及
的。

　　目前，太阳电池发电在航天、通讯及微电子领域已占据了不可替代的位置，但在社
会整体能源结构中所占比例很小，主要原因是太阳电池成本较高，要使其真正成为能源
体系的组成部分，必须大幅度降低成本。薄膜太阳电池在降低成本方面比晶体硅

(单晶或

多晶

)太阳电池具有更大的优势，一是实现薄膜化后，可极大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，而且便于采用廉价衬底

(玻璃、不锈钢等)。为此,

自上世纪

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，三十几年来在研究和开发应用方面均取得了长足的进步。

　　薄膜太阳电池主要涉及非晶硅

(a-Si：H)、铜铟镓硒(Cu(In、Ga)Se2，CIGS)和碲化镉

(CdTe)光伏电池和集成组件，在本文中主要讨论的是目前商业化最成熟的非晶硅太阳电
池。薄膜太阳电池按衬底分为硬衬底和柔性衬底两大类。所谓柔性衬底太阳电池是指在柔
性材料

(如不锈钢、聚酯膜)上制作的电池，与平板式晶体硅、玻璃衬底的非晶硅等硬衬底

电池相比，其最大的特点是重量轻、可折叠和不易破碎。以美国

Uni-Solar 公司采用不锈

钢作衬底为例，不锈钢的厚度仅为

127um，且具有极好的柔软性，可以任意卷曲、裁剪、

粘贴，既使弯成很小的半径，作数百次卷曲，电池性能也不会发生变化。而以高分子聚
合物聚酰亚胺为柔性衬底制备的非晶硅太阳电池，器件总厚度约

100um 左右(含封装层)，

功率重量比可达到

500W/Kg 以上，比不锈钢衬底非晶硅电池高出近十倍，是世界上最

轻的太阳电池。从制备工艺上看，由于此结构电池采用卷对卷

(roll to roll)工艺制造，便