薄膜PV工艺产业化的一些关键问题

薄膜PV（光伏,太阳电池）在美国所占市场份额持续急剧增长（从2003年的10％到2006年约44％）,全球计划到2010年,薄膜PV电池生产能力〉3700MW。德国正在安装-40MW的CdTe薄膜太阳（电池）电站,耗资1．3亿欧元,相当于平均电价3．25欧元／W,这是全球目前已安装PV系统中价格最低的。但对薄膜CIGS（铜铟镓硒）和CdTe太阳电池的研究开发仍未停止。     

薄膜太阳电池

无机薄膜（TF）光伏（PV）工艺正在快速发展,其中非晶Si（a-Si）基Pv组件已有20多年的历史。近年来,工业上研制出第一个以玻璃为衬底的多晶SiTF电池和微晶Si／a-Si迭层电池（称为micromorph电池）。CdTe和CuInSe2太阳电池也发展到生产水平。     

薄膜CIGS太阳电池的机会和问题

组份控制是提高CIGS薄膜电池转换效率的关键 从理论上讲,Si并不是非常理想的太阳电池（光伏电池）材料,这是因为Si的成本较高,且光学性能并不好,所覆盖的太阳光谱也较窄,虽然目前体Si电池（单晶或多晶片所制）仍占市场份额90％以上。这种情况将会逐步改变,这是由于光伏市场的快速增长导致多晶Si供应短缺,价格上涨,使得人们又把注意力转移到薄膜电池上。     

PV与IC工业比肩

据报道，薄膜光伏（PV）在2008年下半年快速增长，CIGS（铜铟镓硒）组件生产工艺已日趋成熟，极具增长潜力。CdTe电池生产成本只有结晶Si电池组件的1／3。新型非晶Si电池生产线（应用材料公司等）可将生产成本降低到原来的一半，将来还可进一步下降。另有报道说，到2010年对PV电池生产的投资将与半导体生产投资水平相同。     

新微晶材料的HWCVD沉积及其在太阳电池中的应用

前言 2005年全球si基薄膜太阳电池产量在60MW以上。这种电池工业的进一步发展有赖于提高其组件的转换效率。日本计划在2030年将Si基薄膜电池组件的效率提高18％以上。设想用宽带隙SiC（或SiO）或微晶Si（Ge）C（uc-Si（Ge）C）作顶电池的三结电池以提高其转换效率,可望比a-Si作顶电池的多结电池效率高的多。     

开发高效4端机械迭层太阳电池

目前，可再生能源供应主要是水力发电和风能。但过去10年来，太阻电池产量持续增长，其增长率每年为25％-70％。2005年，太阳电池产量达1．7GW。目前，地面应用的太阳电池主要是Si平板电池组件。为了保持目前太阳电池生产的增长速率，必须尽可能减少昂贵的半导体材料的用量，这就要开发新工艺。     

采用TFT材料的有机薄膜太阳能电池

三菱化学在“PV EXPO 2009第二届国际太阳能电池展”上展出了有机薄膜太阳能电池。该电池是三菱化学将2006年面向TFT开发的有机半导体材料用于太阳能电池开发而成。目前的能源转换效率方面，2mm见方的单元为4．9％。“目标是2010年使单元效率达到10％（模块效率7％），2015年达到15％（模块效率12％）”。     

太阳能：市场在发展

根据应用材料公司的统计分析，全球太阳（电池制造）设备市场将从2006年的10亿美元增加到2010年的30亿美元以上。在此期间，技术上也将有较大的发展：从20-40MW的小规模发电站发展到GW（10^12W）级的（太阳电池）发电站以满足更大范围的需求。应用材料公司自然注意到太阳（电池）能发电的主要部件一半导体Si（电池），可向电池制造企业提供PVD／CVD、等离子增强CVD和溅射设备。[第一段]     

用MOVPE技术生产明天的太阳能电力

开发高性能化合物半导体太阳电池的兴趣在不断增长。三结GaInP／Ga（h）As／Ge电池的转换效率已达到39％。许多公司正在研制与这些电池配套使用的聚光器系统。本文从研究者利用MOVPE（金属有机物气相外延）技术生长其它化合物半导体器件所积累经验的角度评述了化合物半导体电池工艺。描述了目前多结电池的一般结构及需要解决的某些问题，正在研究旨在使转换效率达到≥40％的新的器件结构，此项工艺增长潜力巨大，因为高效多结聚光器系统有可能以较大份额进入PV市场。     

半导体工业有助于太阳能的绿色生产

太阳能（光伏，PV）产业作为重要的新型工业面临着两个问题：一是每瓦成本须与普通电源接近或相同，二是必须保持绿色生产——不能由于电池生产过程中所造成的污染使太阳能这一绿色能源“蒙羞”。从历史上看，太阳电池生产大都基于半导体工艺，现在又．“引进”了FPD（平板显示）生产工艺，以生产大面积太阳电池板；这就给PV生产厂家提供了很好的机会一从过去20多年中走过来的半导体工业和FPD工业中吸取经验教训，     

薄膜晶体Si太阳电池的潜力

如果效率和成本这两个“目标”能够达到，薄膜晶体Si太阳电池有可能替代目前在光伏市场上占主导的多晶Si太阳电池。[第一段]     

薄膜光伏器件：采用新工艺降低成本并进入新市场

最有希望的薄膜太阳电池是Cu（InGa）Se2（CIGS）和染料敏化太阳电池（DSSC）,CIGS电池目前还保持着最高（效率）记录19％。而DSSC则取决于特定的光电化学加工。这两种电池都可使用柔性衬底和廉价的印刷技术,并用于刚性体电池不能应用的场合。     

SiC晶体管可提高光伏系统效率

虽然有金融危机的影响,但市场分析专家仍然预计,2009年全球PV（光伏）系统安装容量将增长29％,2010年增长率还更高一些,可望增长48％,达10．5GW。但目前,PV系统（发电）市场主要靠政府补贴,如德国、西班牙和日本,要大规模进入市场还需不断降低成本。降低PV系统成本的方法不只一个;按通常的方法是降低电池的生产成本,     

今后十年内CIGS太阳电池产量将达GW／年级

研究表明：结晶SiPV组件生产成本在其年产量达到500MW时可下降到1欧元／Wp,而薄膜PV组件产量在60MW／年时成本就可下降到0．6欧元/Wp。1976年到2003年,PV组件价格下降遵从80％学习曲线。由于多晶Si供应问题,价格下降速度减慢了。而薄膜PV组件尤其是CulnGaSe2（CIGS）组件改进潜力大,增长速度快,不仅可补充C-Si组件的延滞而且有助于80％学习曲线降低生产成本。     

太阳电池工业未来发展趋势

目前，Si材料短缺已影响到光伏（太阳电池）产业的发展。在新材料选择中，CIGS（铜铟镓硒）受到关注，单壁碳纳米管也是可能的侯选材料。单晶Si和多晶Si供应短缺已引起业内高层人士的忧虑：多晶Si短缺会导致其价格上涨并最终造成光伏产业（市场）的停滞。它还会成为将来满足（微电子工业用）晶片需求的制约因素（向400mm／450mm直径晶片发展）。     

欧洲薄膜太阳能电池技术研究与发展规划

在国际市场硅原材料持续紧张的背景下,薄膜太阳电池已成为光伏市场发展的新趋势和新热点。就其长期的发展潜力看,太阳能电池技术的前景是十分可观的。薄膜太阳能电池能够直接沉积在大面积基板上,例如玻璃面板或金属基板等。薄膜太阳能电池本身具备低成本的潜力,因为它的制造仅仅需要少量的高成本活性材料,并且适合完全集成加工,同时具有较高的生产能力。     

晶片基太阳电池生产尚需时日

太阳电池工业近年来的增长引发了新的问题：一旦使用集成电路工业所剩废旧晶片，晶片基太阳电池将是高纯Si的最大“消费者”；结果，晶片基Si太阳电池生产厂家面临两个问题：原材料成本不断上升，较廉价的替代技术在发展。晶片基Si太阳电池是用单晶Si或多晶Si（棒经切片后）晶片。     

P型微晶硅材料及在薄膜太阳电池上的应用

采用VHF—PECVD技术沉积硼掺杂的P型微晶硅薄膜材料,在硅烷浓度（SC）为0．8％,反应气压93Pa时,随等离子体功率的增加,材料的晶化率和电导率先增大,后减小;薄膜的透过率随功率的增大而增加。将获得的P型微晶硅薄膜应用在微晶硅薄膜太阳电池中,电池结构为glass／pμc-Si：H／I-μe-Si：H／n-μc-Si：H／Al,厚度约1μm,没有背反射电极的情况下,电池效率达到了7．32％（Voc=0．520V,Jsc=21．33mA／cm^2,FF=64．74％）。     

材料成本决定c—Si电池与a—Si电池的市场份额

2009年，c—Si（结晶-Si）电池和a-Si电池（非晶Si电池）的增长率只有10％-15％。c—Si电池组件目前的价格为2．5～3美元／Wp，到年底可望降低5％～10％。a-Si电池组件的价格为1．2-2美元／Wp。     

薄膜太阳能电池的技术特点及前景展望

本文着重阐述了非晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电池、铜铟硒系薄膜太阳能电池以及染料敏化二氧化钛薄膜太阳能电池生产技术方法以及研究方向，特别介绍了一些薄膜太阳能电池的实验室样品和组件的最高光电转化效率。并从材料、工艺与转换效率等方面讨论了它们的优势和不足之处。同时介绍了国内外薄膜太阳电池研究的进展，展望了薄膜太阳能电池的发展前景。