光电薄膜

传统的晶体硅技术(x-Si)需要大量昂贵的材料，而且将单个电池连接在一起需要额外的复杂性和成本。然而，竞争对手的技术是在玻璃或金属基板上沉积极薄的光伏材料薄膜。薄膜器件使用的材料相对较少(它们的厚度在微米范围内，而不是晶体硅所需的数百微米范围内)，*它们不需要复杂的电池互连，而且它们特别适合大规模生产技术。它们的厚度允许没有被吸收的光子完全穿过光伏材料，这提供了两个特殊的机会。它们的半透明意味着它们可以

放置在窗户上，使建筑玻璃成为照明和照明的提供者

*比较而言，一根头发直径约为100µm。

光电薄膜 493年

电力。它们还可以用于多结串联电池，在这种电池中，不同波长的光子被设备的不同层吸收。

为了获得这些非常理想的特性，薄膜电池的效率不如x-Si，特别是当它们不用于串联器件时。虽然对于传统晶体硅来说，大幅降低组件成本的可能性不大，但使用薄膜技术来提高效率和大幅降低成本仍有许多机会。许多人认为，薄膜将是未来光伏技术的主导。

相应要求非晶硅

当今几乎所有的薄膜技术都是基于非晶(玻璃)硅(a-Si)——也就是说，硅中原子的排列几乎没有秩序。由于它不是晶体，一个硅原子以精确定义的方式与四个相邻的原子结合的有组织的四面体结构并不适用。虽然几乎所有的原子都与其他四个硅原子形成了键，但仍有许多“悬垂键”，其中没有任何一个价电子与之相连。这些悬空键缺陷充当复合中心，使光产生的电子在能移动很远之前与空穴重新结合。

1969年，一个英国团队偶然发现了将硅制成一种体面的光伏材料的关键，他们注意到硅烷气体SiH4被电子流轰击时会发光(Chittick et al.， 1969)。这导致了他们的关键发现，通过将非晶硅与氢合金，缺陷的浓度可以降低约三个数量级。这些合金中氢原子的浓度大约是1 / 10，所以它们的化学成分大约是Si0.9H0。１ ． 此外，硅氢合金的结果，指定为a-Si:H，很容易掺杂，以制造n型和p型材料的太阳能电池

第一个a-Si:H太阳能电池是在1976年的文献中描述的(Carlson和Wronski, 1976)。虽然只有1%的效率，但它们的潜力很快就被认识到了。a- si:H首次商用是在1980年，当时三洋公司推出了一系列太阳能袖珍计算器。到了20世纪80年代中期，用于户外的非晶硅光伏组件进入了市场。当它们是新的时候，效率只有5%或6%;在使用的最初几个月里，这个比例下降到3%或4%左右。理解这种效率的不稳定性，并处理它，仍然是一个重大的挑战。到20世纪90年代初，单结电池的效率已经稳定在10%左右，而多结电池的效率已经达到相当高的水平。

那么，p - n结是如何在非晶材料中形成的，而其原子之间的组织很少?图8.53显示了一个简单的a- si:H电池的横截面，该电池使用玻璃作为支撑上层。在下面

*有趣的是，非晶硅正在发现除光伏以外的其他产品的应用。它在黑暗中是绝缘体，但在光照下很容易导电，这一事实使得它被用于影印机、激光打印机和传真机等光电产品。

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