太阳能的利用—薄膜太阳电池

Ge三结叠层太阳电池，2002年以前的年产量为5MWp。 2002年6月24日开典的新厂，生产能力为30MWp/a，生产高度自动化，可同时在6卷不锈钢带上生产非晶硅太阳电池，每卷1。5英里。

　　2004年全世界薄膜太阳电池（包括a-Si、CdTe、CIS）组件约为63MWp，仅佔太阳电池产量的5%，其中美国约佔36。5%，日本约佔27。7%。a-Si薄膜太阳电池佔了整个薄膜太阳电池的74。6%，其中日本佔37。2%，美国佔29。7%。

　　2005年全球薄膜太阳电池增长4成，达88MWp，美再生能源实验室予测2009年，全球薄膜太阳电池的年产量可扩大到280MWp，美国为最高达166MWp，其中非晶硅的年产量为55MWp。

　　3． 微(多)晶硅薄膜太阳电池

　　现有的非晶硅薄膜太阳电池的光致不稳定性是由非晶硅材料的微结构的亚稳态属性所决定的, 因此也是不易完全克服的. 为了提高效率及其稳定性, 近年来又出现了微晶硅(μc-Si) 薄膜电池和多晶硅 (poly-Si) 薄膜电池. 实验证明用微晶硅和多晶硅薄膜来替代非晶硅薄膜制作太阳电池的有源层, 在长期强光照射下没有任何衰退现象. 因此发展晶化的硅薄膜太阳电池是实现高稳定、高效率、低成本最有前途的方法. 目前研究的焦点是如何利用低成本工艺技术, 获得大面积优质的晶体硅薄膜, 以及新型薄膜电池结构的优化设计. 制备晶体硅薄膜的技术很多, 基本可分成两大类, 一类是高温技术, 温度高于600℃, 另一类是低温晶化技术, 温度低于600℃ . 目前制备多晶硅薄膜的方法主要有:

　　（1）低压化学气相沉积(LPCVD)

　　这是一种直接生成多晶硅的方法。 LPCVD是集成电路中普遍采用的标准方法，具有生长速度快，成膜致密、均匀、装片容量大等特点。多晶硅薄膜可采用硅烷气体通过LPCVD法直接沉积在衬底上，典型的沉积参数是：硅烷压力为13.3～26.6Pa，沉积温度Td=580～630℃，生长速率5～10nm/min。由于沉积温度较高，如普通玻璃的软化温度处于500～600℃，则不能采用廉价的普通玻璃而必须使用昂贵的石英玻璃作衬底。

　　该法生长的多晶硅薄膜，晶粒具有择优取向，形貌呈"V"字形，内含高密度的微挛晶缺陷，且晶粒尺寸小，载流子迁移率不够大，使其在器件应用方面受到一定限制。虽然减少硅烷压力有助于增大晶粒尺寸，但往往伴随着表面粗糙度的增加，对载流子的迁移率与器件的电学稳定性产生不利影响。

　　（2）固相晶化(SPC)

　　所谓固相晶化，是指非晶固体发生晶化的温度低于其熔融后结晶的温度。这是一种间接生成多晶硅的方法，先以硅烷气体作为原材料，用LPCVD方法在550℃左右沉积a-Si:H薄膜，然后将薄膜在 600℃以上的高温下使其熔化，再在温度稍低的时候出现晶核，随着温度的降低熔融的硅在晶核上继续晶化而使晶粒增大转化为多晶硅薄膜。使用这种方法，多晶硅薄膜的晶粒大小依赖于薄膜的厚度和结晶温度。退火温度是影响晶化效果的重要因素，在700℃以下的退火温度范围内，温度越低，成核速率越低，退火时间相等时所能得到的晶粒尺寸越大；而在 700℃以上，由于此时晶界移动引起了晶粒的相互吞并，使得在此温度范围内，晶粒尺寸随温度的升高而增大。经大量研究表明，利用该方法制得的多晶硅晶粒尺寸还与初始薄膜样品的无序程度密切相关，初始材料越无序，固相晶化过程中成核速率越低，晶粒尺寸越大。由于在结晶过程中晶核的形成是自发的，因此， SPC多晶硅薄膜晶粒的晶面取向是随机的。相邻晶粒晶面取向不同将形成较高的势垒，需要进行氢化处理来提高 SPC多晶硅的性能。这种技术的优点是能制备大面积的薄膜，晶粒尺寸大于直接沉积的多晶硅。可进行原位掺杂，成本低，工艺简单，易于形成生产线。由于SPC是在非晶硅熔融温度下结晶，属于高温晶化过程，温度高于 600℃，通常需要1100℃左右，退火时间长达10个小时以上，不宜用玻璃为基底，基底材料采用石英或单晶硅，用于制作小尺寸器件，如液晶光阀、摄像机取景器等。

　　（3）准分子激光晶化(ELA)

　　激光晶化相对于固相晶化制备多晶硅来说更为理想，其利用瞬间激光脉冲产生的高能量入射到非晶硅薄膜表面，仅在薄膜表层100nm厚的深度产生热能效应，使a-Si薄膜在瞬间达到1000℃左右，从而实现a-Si向p-Si的转变。在此过程中，激光脉冲的瞬间(15～50ns)能量被a-Si薄膜吸收并转化为相变能，因此，不会有过多的热能传导到薄膜衬底，合理选择激光的波长和功率，使用激光加热就能够使a-Si薄膜达到熔化的温度且保证基片的温度低于450℃. 可以采用玻璃基板作为衬底，其主要优点为脉冲宽度短(15～50ns)，衬底发热小。通过选择还可获得混合晶化，即多晶硅和非晶硅的混合体。

ELA法制备的多晶硅薄膜晶粒大、