柔性非晶硅薄膜太阳能电池技术

能公司(United Solar)，欧洲的VHF-technologies公司，和日本的Sharp公司，Sanyo公司。

美国光伏计划的重点是"Thin Film Partnership Program"，着重研究廉价高效薄膜太阳电池，预计到2020年左右，光伏发电的成本可望同燃油发电相竞争(相当于电池效率15%，每平方米成本≤50美元)。

美国United Solar Systems公司是Energy Conversion Devices,Inc.(ECD)和N.V.Bekaert S.A(BESS Europe)合资经营，2003年建立了一条同时沉积6卷不锈钢卷带三结叠层非晶硅电池生产线，年产30MW，初始效率和稳定效率分别达到14.6%和12.6%。2006年为50MW，2007年达100MW，2010年的目标是300MW。

美国Toledo大学在柔性衬底非晶硅太阳电池领域的研究处于世界领先地位，其单结非晶硅锗电池实验室初始效率达到了13%，他们的技术团队参与组建了MWOE和Xunlight公司，并在积极筹划更大的产能。

日本在柔性衬底太阳电池的研究方面也走在世界前列。在日本，Sharp公司、Sanyo公司、TDK公司、Fuji公司都投入了大量人力、物力从事柔性衬底非晶硅太阳电池的研制，已经建成了多条兆瓦量级的聚酯膜柔性电池生产线。Sanyo公司最早在无人驾驶的太阳能飞机上采用了柔性衬底非晶太阳电池作为能源，完成了横跨美洲大陆的飞行，显示了柔性非晶薄膜太阳电池作为飞行器能源的巨大潜力。Sharp公司、TDK公司在聚酯膜上制备的非晶硅太阳电池目前已能生产面积为286cm2的组件，效率已达8.1%，小面积电池的效率已达11.1%。Fuji公司a-Si/a-SiGe叠层电池稳定效率达到9%，在日本Kumamoto建立了工厂，塑料衬底非晶硅电池的产量2006年达15MW。

欧盟则联合其成员国的多个研究机构组织包括Neuchatel大学、VHF-technologies公司、RothRau公司等开展了聚酯膜衬底柔性电池的联合攻关，目前已经实现了小批量的生产线。欧盟于2005年10月1日启动了"FLEXCELLENCE"项目，为期3年，目标是开发出高效率薄膜电池组件卷对卷生产的设备和工艺，建成50兆瓦以上的柔性电池生产线，并希望将生产成本控制在每瓦0.5欧元。据2007年的报道，目前Neuchatel大学的聚酯膜衬底非晶硅叠层电池实验室效率达到10.8%，VHF-technologies公司的年产能为25MW。

我国的柔性衬底薄膜电池的研究进展较慢。哈尔滨Chrona公司在90年代中期曾研制出柔性聚酰亚胺衬底上的非晶硅单结薄膜电池，电池初始效率为4.63%，功率重量比为231.5W/kg，但此后进展不大。近年来南开大学在柔性衬底非晶硅薄膜电池方面的研究取得了一定的进展，他们在0.115cm2的聚酰亚胺衬底上获得单结薄膜电池的初始效率为4.84%，功率重量比为341W/kg。

柔性衬底电池的产业化方面，目前天津津能电池有限公司在建6MW非晶硅柔性电池生产线，30MW生产线已经开始了项目论证，新疆天富光伏光显有限公司在建1MW非晶硅柔性电池生产线，未来准备建立8MW。这两家公司都由于设备及技术由国外进口，预计电池成本偏高。总的来说，国内目前具备了非晶硅薄膜电池研制的技术基础，但是在柔性衬底上的研究还处于刚刚起步的阶段，和国外的差距较大。

四柔性衬底薄膜太阳电池的制备

下面以美国Uni-Solar公司的不锈钢柔性衬底三结非晶硅太阳电池为例简单介绍卷对卷(roll to roll)生产过程。

将成卷不锈钢带(带磁性)装入专用清洗机中，采用卷对卷方式进行钢带传送，对钢带两个表面同时进行清洗、干燥。首先磁控溅射沉积金属和金属氧化层，以增强衬底的反射率。然后采用等离子体化学气相沉积法(PECVD)沉积非晶硅层，以形成叠层太阳电池 结构，这是整个制造过程中最关键的工艺步骤。对于三结非晶硅太阳电池来说，需要在已经做好的背反射器的表面连续沉积9层硅基薄膜，包括3个P-I-N结子电池，各分离的反应室之间需要设计独特的气氛隔离室以防止相邻反应室间的气体交叉污染。硅基薄膜沉积完成之后，需在电池顶部沉积铟锡氧化物(ITO)，即透明导电氧化层作为入射光的减反射层。然后需要在光入射一面布置栅线，并根据最后电池的尺寸和形状，进行切割、电极接合、电池切割和电池互联，从而构成具有一定参数的电池组件。该生产线的年产量为30MW，造价为6000万美元，90米长，3米高，以厚度127μm的不锈钢(长2.6km，宽36cm)为衬底

采用roll to roll技术来制备大面积柔性衬底非晶硅太阳电池，有以下关键技术问题需要解决：非晶硅薄膜的高速沉积；大面积薄膜生长时的均匀性；各反应室间气体隔离装置的开发；实时监控与诊断等等。整个roll to roll生产线的开发是一个国家综合工业实力和基础的体现。

五上海太阳能工程技术研究中心的工作

上海市太