圖7 p-i-n結(jié)構(gòu)的a-Si/a-Si疊層電池與a-Si/mc-Si疊層電池的光譜響應(yīng)圖
（三）微晶硅電池開路電壓的研究
開路電壓（VOC）是影響太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的重要因素，載流子的體內(nèi)復(fù)合與界面復(fù)合會(huì)減小VOC，同時(shí)VOC又會(huì)影響光生載流子在電池體內(nèi)與界面處的復(fù)合強(qiáng)度。在a-Si/mc-Si疊層電池中，由于底電池微晶硅的VOC（500～550mV）小于頂電池非晶硅電池的VOC（800～900mV），因此，提高底電池的開壓可提高整個(gè)疊層電池的轉(zhuǎn)換效率。上世紀(jì)90年代研究人員多集中使用高于80%晶化率的微晶硅材料作為吸收層，電池的開壓在400mV左右。2000年，Vetterl等人把微晶硅的晶化率降到60%后，使微晶硅薄膜太陽能電池的VOC提升到520mV，Vetterl認(rèn)為材料處于有微晶到非晶的相變區(qū)域可獲得高的VOC。2002年，S.Klein使用熱絲化學(xué)氣相沉積（HWCVD）制備了位于相變區(qū)域的微晶硅電池，VOC接近600mV，電池的效率為9.0%。2005年，Mai在VHF中使用HWCVD處理p/i界面技術(shù)，使電池的開壓普遍提高20-30mV左右，達(dá)到570mV左右，電池的效率為10.3%，Mai認(rèn)為在HWCVD中不產(chǎn)生離子轟擊，改善了p/i界面特性，降低了界面復(fù)合。van den Donker等人在PECVD沉積中通過控制硅烷的back diffusion，使用純硅烷沉積獲得了560mV的VOC，效率為9.5%的微晶硅電池。2006年，G.Yue等人通過在VHF中調(diào)制氫稀釋度技術(shù)控制微晶硅生長方向的均勻性，獲得了570mV左右的VOC。2007年，van den Donker等人通過結(jié)合HWCVD處理p/i界面技術(shù)與硅烷調(diào)制技術(shù)，在PECVD沉積中獲得了603ｍＶ的VOC，電池的效率為9.8%，由于本征層的晶化率只有32%，使本征層非晶成分增多，電流密度降到22mA/cm2。目前雖然微晶硅電池的開壓已經(jīng)達(dá)到600mV，但是與單晶硅電池的706mV的開壓與多晶硅664mV的開壓相比還有提升的空間。
（四）中間層技術(shù)的研究
目前研究人員在抑制a-Si電池衰退方面的主要研究成果是：采用織構(gòu)的TCO技術(shù)，增加a-Si電池的光吸收，降低非晶層的厚度；采用氫稀釋與窗口層技術(shù)，提高a-Si的穩(wěn)定性與效率；采用疊層技術(shù)，減小非晶硅頂電池的厚度；采用中間層技術(shù)，提高頂電池與低電池的電流匹配。目前前三項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在產(chǎn)業(yè)化中使用，而中間層技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，但是中間層技術(shù)可有效地解決a-Si/mc-Si疊層電池中所遇到的困難。由于為了提高a-Si/mc-Si疊層電池的穩(wěn)定性，應(yīng)盡可能減小非晶硅頂電池的厚度，但是這容易造成頂電池的電流密度降低，影響頂電池與底電池的電流匹配。1996年，IMT研究組提出在頂電池與底電池之間引入一層透明導(dǎo)電膜，例如ZnO，由于ZnO的折射率與硅層材料折射率的相差較大，這個(gè)透明導(dǎo)電層可以將短波光線發(fā)射回頂電池，提高頂電池的輸出電流，同時(shí)透過長波光，保證底電池光吸收，如圖8所示。Yamamoto 等人使用濺射ZnO作為a-Si/mc-Si中間層技術(shù)，獲得了14.7%的初始轉(zhuǎn)換效率；Fukuda等人在a-Si/a-SiGe/mc-Si三結(jié)疊層電池中采用了中間層技術(shù)，獲得了15.0%的初始轉(zhuǎn)換效率。A. Lambertz與P. Buehlmann分別使用RF-PECVD與VHF-PECVD沉積SiOx當(dāng)做中間層，同樣在不增加頂電池厚度的情況下，提高了頂電池的電流密度。Myong與Söderström使用LPCVD沉積ZnO:B當(dāng)做中間層，也提高了疊層電池的穩(wěn)定性。
圖8 左圖：具有透明中間層的a-Si/mc-Si疊層電池的結(jié)構(gòu)示意圖，右圖：有中間層與沒有中間層的a-Si/mc-Si疊層電池的量子效率對比
三、總結(jié)
薄膜硅太陽能電池經(jīng)過多年的發(fā)展，目前已經(jīng)成為光伏產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要組成部分。本文通過回顧薄膜硅電池中一些關(guān)鍵技術(shù)，指出了未來硅薄膜電池的發(fā)展方向。對于光伏產(chǎn)品來說，進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本仍然是薄膜硅電池研究的主要方向，在未來的幾年里，隨著一些新技術(shù)逐步成熟，薄膜硅電池將會(huì)有更大的突破。
四、致謝
本文的編寫得到了保定天威薄膜光伏有限公司首席技術(shù)官麥耀華博士、副總經(jīng)理黃躍龍博士的指導(dǎo)與支持，在此一并感謝。
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