成本優(yōu)勢凸顯 非晶硅薄膜漸成太陽能電池主流
隨著全球光伏產業(yè)的迅猛發(fā)展，非晶硅薄膜太陽能電池市場前景看好，技術日臻成熟，光電轉換效率和穩(wěn)定性不斷提高。據預測，到2030年，薄膜太陽能電池將占整體太陽能電池份額的30%以上。
基于晶體硅(單晶硅和多晶硅)的太陽能電池由于發(fā)展歷史較早且技術比較成熟，在裝機容量一直占據領先地位。盡管技術進步和市場擴大使其成本不斷下降，但由于材料和工藝的限制，晶體硅太陽能電池進一步降低成本的空間相當有限，很難達到光伏科學家和能源專家在上世紀80年代初預測的光伏發(fā)電與柴油發(fā)電競爭的臨界點———太陽能電池的成本1美元/瓦。因此第一代太陽能電池很難承擔太陽能光伏發(fā)電大比例進入人類能源結構并成為基礎能源的組成部分的歷史使命，薄膜太陽能電池益發(fā)得到世界各國的重視。
薄膜太陽能電池浮出水面
上世紀70年代的能源危機，使各國更加重視尋找可替代能源，這為薄膜太陽能電池的開發(fā)奠定了基礎。最早開發(fā)的主要是非晶硅薄膜電池，但非晶硅薄膜電池轉換效率低，一般只有5%-8%，并且氫化非晶硅還有光致衰退問題，但是由于其制造工藝簡單、成本低、不需要高溫過程、襯底選擇余地大、適于大面積生產等特點，在上世紀80代中后期，非晶硅太陽能電池產量份額曾一度達到20%。但由于其受本征及非本征衰減大等問題累加的困擾，加之市場規(guī)模很小，發(fā)展受到限制。科學家們開始研究開發(fā)轉換效率高的化合物薄膜電池，一般在10%以上，甚至達到20%，但因成本高、部分元素有污染等問題，使推廣受到限制。多晶硅薄膜電池效率達到15%以上，但由于工藝復雜等，大面積電池尚存在諸多問題。
基于非晶硅及多晶化合物半導體(包括納米氧化鈦染料及多晶硅薄膜)的薄膜太陽能電池的市場份額雖然現在占整個光伏市場的不足20%，但隨著非晶硅太陽能電池的衰減降低、CIGS和CdTe太陽能電池制造技術的突破，薄膜太陽能電池更具備競爭性。
圍繞薄膜太陽能電池研究的熱點是，開發(fā)高效、低成本、長壽命的光伏太陽能電池。它們應具有如下特征：低成本、高效、長壽命、材料來源豐富、無毒，科學家們比較看好非晶硅薄膜太陽能電池。
非晶硅成薄膜太陽能電池主流
目前，較成熟且已經大批量生產的薄膜太陽能電池是基于非晶硅系的薄膜太陽能電池，具有以下突出優(yōu)點：高溫下的光伏輸出特性好，比晶體硅太陽能電池有更大的實際功率輸出，環(huán)境友好，更少的能量償還時間。
薄膜太陽能電池還有一個重要優(yōu)點是適合作與建筑結合的光伏發(fā)電組件(BIPV)：雙層玻璃封裝剛性的薄膜太陽能電池組件，可以根據需要，制作成不同的透光率，可以部分代替玻璃幕墻，而不銹鋼和聚合物襯底的柔性薄膜太陽能電池適用于建筑屋頂等需要造型的部分。一方面它具有漂亮的外觀，能夠發(fā)電；另一方面，用于薄膜太陽能電池的透明導電薄膜(TCO)又能很好地阻擋外部紅外射線的進入和內部熱能的散失，雙層玻璃中間的PVB或EVA，能夠有效隔斷能量的傳導，起到LOW-E玻璃的功能。由于城市用地的稀缺性，大規(guī)模占用耕地建設地面太陽能光伏發(fā)電站幾乎不可能，但是，城市大量的既有和待開發(fā)的建筑外立面和屋頂面積，是城市利用光伏發(fā)電最好的平臺：它們避免了現有玻璃幕墻的光污染問題，又能代替建材，同時發(fā)電又節(jié)能，將成為未來城市利用光伏發(fā)電的主要方向。
目前占最大份額的薄膜太陽能電池是非晶硅太陽能電池，通常為pin結構電池，窗口層為摻硼的P型非晶硅，接著沉積一層未摻雜的i層，再沉積一層摻磷的N型非晶硅，并鍍電極。
非晶硅電池一般采用PECVD(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition———等離子增強型化學氣相沉積)方法使高純硅烷等氣體分解沉積而成的。此種制作工藝，可以在生產中連續(xù)在多個真空沉積室完成，以實現大批量生產。由于沉積分解溫度低，可在玻璃、不銹鋼板、陶瓷板、柔性塑料片上沉積薄膜，易于大面積化生產，成本較低。在玻璃襯底上制備的非晶硅基太陽能電池的結構為：Glass/TCO/p-a-SiC：H/i-a-Si：H/n-a-Si：H/Al，在不銹鋼襯底上制備的非晶硅基太陽能電池的結構為：SS/ZnO/n-a-Si：H/i-a-Si(Ge)：H/p-na-Si：H/ITO/Al。
目前，薄膜太陽能電池廠家也在積極擴大生產規(guī)模，每條生產線的生產規(guī)模大多在20MW以上，產品規(guī)格多相當于TFT-LCD五代線以上水平，面積在1.4平方米以上。
薄膜太陽能電池份額不斷提升
科技工作者正在不斷努力，致力于改善薄膜特性，精確設計光電池結構和控制各層厚度及均勻性，改善各層之間界面狀態(tài)。而對薄膜硅太陽能電池，集成型非晶硅太陽能電池的激光切割的使用有效面積達90%以上，目前大面積大量生產的硅薄膜太陽能電池的光電轉換效率為5%-8%。研發(fā)的領域主要涉及以下幾個方面：非晶硅光致退化機理和穩(wěn)定性改進；薄膜多晶硅低溫成核及晶化機理；微晶硅生長機制、結構控制及電性能調制；特定光伏薄膜材料，特別是納米技術微結構與光伏性能及制備新技術的研究，拓寬光譜響應的新材料、新結構、新方法等。以上領域的技術進步將實現太陽能電池的高效率和高穩(wěn)定性。
目前，在平板顯示領域，基于大面積TFT(薄膜晶體管)的TFT-LCD工藝已十分成熟，借鑒其大面積非晶硅均勻性成膜的工藝和設備，目前通常做法是采用TFT-LCD工藝中用于薄膜晶體管生產的設備，來生產薄膜硅太陽能電池。美國、歐洲和日本的半導體設備供應商，都在積極努力角逐這一市場。從5代線(基板規(guī)格1.1米×1.3米)起步，到8.5代(基板規(guī)格2.2米×2.6米)生產線，生產規(guī)模從20MW到60MW。據稱已經有10余條40MW-50MW生產線已被訂購，估計2008年-2009年將新增500MW的薄膜硅太陽能電池生產能力。薄膜太陽能電池所占份額也將逐年增長，據預測，到2030年將占整體太陽能電池份額的30%以上，從而與晶體硅太陽能電池平分秋色。
