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第一種技術是制作外延(epitaxial)薄膜太陽能電池，從高摻雜的晶體硅片(例如優級冶金硅或廢料)開始，然后利用化學氣相淀積(CVD)方法來淀積外延層。除成本和可用性等優勢以外，這種方法還可以使硅太陽能電池從基于硅片的技術逐漸過渡到薄膜技術。由于具有與傳統體硅工藝類似的工藝過程，與其它的薄膜技術相比，這種技術更容易在現有工藝線上實現。 第二種是基于層轉移(layer transfer)的薄膜太陽能電池技術，它在多孔硅薄膜上外延淀積單晶硅層，從而可以在工藝中的某一點將單晶硅層從襯底上分離下來。這種技術的思路是多次重復利用母襯底，從而使每個太陽能電池的最終硅片成本很低。正在研究中的一種有趣的選擇方案是在外延之前就分離出多孔硅薄膜，并嘗試無支撐薄膜工藝的可能性。 最后一種是薄膜多晶硅太陽能電池，即將一層厚度只有幾微米的晶體硅淀積在便宜的異質襯底上，比如陶瓷(圖2)或高溫玻璃等。晶粒尺寸在1-100mm之間的多晶硅薄膜是一種很好的選擇。我們已經證實，利用非晶硅的鋁誘導晶化可以獲得高質量的多晶硅太陽能電池。這種工藝可以獲得平均晶粒尺寸約為5 mm的很薄的多晶硅層。接著利用生長速率超過1 mm/min的高溫CVD技術，將種子層外延生長成幾微米厚的吸收層，襯底為陶瓷氧化鋁或玻璃陶瓷。選擇熱CVD是因為它的生長速率高，而且可以獲得高質量的晶體。然而這樣的選擇卻限定了只能使用陶瓷等耐熱襯底材料。這項技術還不像其它薄膜技術那樣成熟，但已經表現出使成本降低的巨大潛力。 采用薄膜PV技術已經能夠提高太陽能電池的效率或簡化其工藝，并將降低其成本。但目前還沒有人能夠同時將這兩方面結合起來。然而，最近的一些研究結果已經在正確的方向上又前進了必要的一步。 外延電池的改進 外延薄膜硅太陽能電池的效率不算太高(半工業化絲網印刷技術制作的電池約為12%)，這限制了光伏業界對這種電池類型的關注程度。它可以獲得與體硅太陽能電池相當的開路電壓和填充因子(單晶硅太陽能電池為±77.8%)。然而，短路電流(Jsc )受限于薄的光學有源層( 多晶硅薄膜的改進 對于另一種類型的太陽能電池，也就是基于鋁誘導晶化的多晶薄膜太陽能電池，我們最近獲得了創紀錄的7%的效率。該電池制作在高溫襯底上，使用基于鋁誘導晶化非晶硅的種子層，在1130℃下將種子層外延增厚成吸收層。需要指出的是，在這種工藝中硅不需要重新熔化。而在陶瓷襯底上將硅重新熔化。 獲得多晶硅太陽能電池的另一種方法。然而，這種方法需要極高的溫度(超過1400℃)，這就要求襯底具有非常好的熱穩定性，而且被污染的風險也很大。取得這些成績的關鍵在于專門設計并實現的電池接觸，并結合以等離子體粗糙處理的表面。 大多數適用于多晶硅太陽能電池的高溫襯底都是絕緣體，所以必須開發新的金屬接觸方案以避免使用背接觸。考慮到制造模塊的低成本性，最方便的方法是將電池的互連工藝集成到電池制作過程中。我們采用的是將電池互連與電池接觸相結合的單模塊工藝。所有的接觸都制作在電池頂部的叉指狀圖案中。可以使用不同的工藝序列來獲得這種新穎的接觸結構。目前使用的是一種簡單的兩步實驗室工藝，將光刻與金屬蒸發結合起來。而在大規模生產中，金屬化可以通過單步工藝來實現，比如利用掩膜來進行絲網印刷或蒸發。 這種專門設計的接觸結構被應用到有源層面積為1 cm2的電池中，并與帶有外圍基極接觸的電池進行比較。兩種接觸類型的開路電壓(Voc)基本相當，但是叉指狀接觸的電池在短路電流(Jsc)和填充因子方面的表現要好得多。根據晶粒尺寸和層厚的不同，電池效率可以達到5.6%3。 為了進一步提高電流密度，進而提高電池的效率，我們使用等離子體粗糙處理來實現新型的電池概念。迄今為止，在多晶硅太陽能電池的襯底結構中，襯底都用作背反射器。通過對電池前表面進行粗糙處理，可以降低電池的前反射率，并更好地將光耦合到電池中，從而能夠更有效地俘獲光子。等離子體粗糙處理是通過使用氟基化學物質在一個反應器中來完成的。結果表明，電流密度增加了約15%(在氧化鋁襯底上得到這一結果)。增大的電流密度將電池的效率推進到創紀錄的7%。 然而，雖然所獲得的Voc (506 mV)和填充因子(71%)可謂達到了目前最好的工藝水平，但是電流密度(19.7 mA/cm2)和電池效率對于商業化而言仍然太低。通過優化等離子體粗糙處理工藝并降低電池背面場層的厚度，我們希望在不久的將來獲得遠超過7.0%的效率。 |
