圖7 p-i-n結構的a-Si/a-Si疊層電池與a-Si/mc-Si疊層電池的光譜響應圖
（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換效率的重要因素，載流子的體內復合與界面復合會減小VOC，同時VOC又會影響光生載流子在電池體內與界面處的復合強度。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疊層電池的轉換效率。上世紀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認為材料處于有微晶到非晶的相變區域可獲得高的VOC。2002年，S.Klein使用熱絲化學氣相沉積（HWCVD）制備了位于相變區域的微晶硅電池，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，使電池的開壓普遍提高20-30mV左右，達到570mV左右，電池的效率為10.3%，Mai認為在HWCVD中不產生離子轟擊，改善了p/i界面特性，降低了界面復合。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中調制氫稀釋度技術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等人通過結合HWCVD處理p/i界面技術與硅烷調制技術，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達到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：采用織構的TCO技術，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，提高a-Si的穩定性與效率；采用疊層技術，減小非晶硅頂電池的厚度；采用中間層技術，提高頂電池與低電池的電流匹配。目前前三項技術已經在產業化中使用，而中間層技術尚處于實驗室研究階段，但是中間層技術可有效地解決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疊層電池的穩定性，應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，這個透明導電層可以將短波光線發射回頂電池，提高頂電池的輸出電流，同時透過長波光，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，獲得了14.7%的初始轉換效率；Fukuda等人在a-Si/a-SiGe/mc-Si三結疊層電池中采用了中間層技術，獲得了15.0%的初始轉換效率。A. Lambertz與P. Buehlmann分別使用RF-PECVD與VHF-PECVD沉積SiOx當做中間層，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當做中間層，也提高了疊層電池的穩定性。
圖8 左圖：具有透明中間層的a-Si/mc-Si疊層電池的結構示意圖，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
薄膜硅太陽能電池經過多年的發展，目前已經成為光伏產業的一個重要組成部分。本文通過回顧薄膜硅電池中一些關鍵技術，指出了未來硅薄膜電池的發展方向。對于光伏產品來說，進一步提高轉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，隨著一些新技術逐步成熟，薄膜硅電池將會有更大的突破。
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官麥耀華博士、副總經理黃躍龍博士的指導與支持，在此一并感謝。
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