最后，非晶硅制作工艺耗能少。制作工艺为低温工艺(100-3000C)，因此生产过程中消耗电量较少。
综上，从原材料及生产工艺上来考虑，非晶硅的生产相对来说成本很低，并且这也成为非晶硅太阳能电池最大的优势。
（2）易于大规模生产
由于非晶硅对衬底要求很低，因此衬底的生产很容易实现大面积化；另外，由于非晶硅材料是由气相淀积形成的，目前已被普遍采用的方法是等离子增强型化学气相淀积(PECVD)法，此种制作工艺可以连续在多个真空淀积室完成，因而适合制作特大面积无结构缺陷的a-Si 合金薄膜，从而实现大批量生产；生产过程中只需改变气相成分或者气体流量便可实现pn结以及相应的叠层结构，生产可全程自动化。
发展太阳能，首先应从发展太阳能电池入手。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。太阳能电池的工作原理是，太阳光照在半导体P-N结上，形成空穴-电子对，在P-N结电场的作用下，N型半导体的空穴往P型区移动，P型区中的电子往N型区移动，接通电路后就形成电流。太阳能电池是一种重要的可再生能源，既可作为独立能源，亦可实现并网发电，而且是零污染排放。通过太阳能转换的电能再用于工厂生产、日常使用，以此让太阳能服务于人类。早期的太阳能电池，主要原料是晶体硅，并且成本较高，因此只用于太空探索方面。由于晶体硅成本较高，且晶体硅太阳能电池消耗硅材料较多，另外由于科技的发展，终于在1974年Carlson在实验室内研制出最早的非晶硅太阳能电池。非晶硅电池（a-Si）是用沉积在导电玻璃或不锈钢衬底上的非晶硅薄膜制成的太阳能电池。Carlson研制出最早的非晶硅太阳能电池，揭开了非晶硅太阳能电池在光电子器件或PV组件中应用的幄幕，但是当时的非晶硅转换效率很低，不到1%。随后非晶硅太阳能电池开始快速发展，并且转换效率逐渐提高：1977年，Carlson等研制成功了能量转换效率达5.5%的非晶硅肖特基势垒电池；1978年，日本大阪大学研制出非晶硅PIN电池，转换效率达4.5%；1981年秋，大阪大学又制备出了改进的a-SiC:H/a-Si:HPIN异质结太阳能电池,其能量转换效率突破了8%,其中,P型宽禁带a-SiC:H被用来作为电池的窗口材料，1982年，这种a-SiC:H/a-Si:HPIN异质结太阳能电池的效率又突破了10%；到1987年，非晶硅电池转换效率已达12%；1990年，日本Sanyo（三阳）公司生产的非晶硅太阳能电池，转换效率15.8%；1994年，日本出现了采用PECVD方法制备的Back Surface Field结构的非晶硅电池，转换效率达18.9%。
没有掺杂的非晶硅薄膜由于其结构缺陷,存在悬挂键、断键、空穴等,导致其电学性能差而很难做成有用的光电器件。所以,必须对其进行氢掺杂以饱和它的部分悬挂键,降低其缺陷态密度,即形成所谓的a-Si:H薄膜。在这种a-Si:H薄膜材料中,能够稳定存在的是Si-H键和与晶体硅类似的Si-Si键,这些键的键能较大,不容易被打断。然而由于a-Si:H材料结构上的无序,使得一些Si-Si键的键长和键角发生变化而使Si-Si键处于应变状态。高应变的Si-Si键的化学势与H相当,可以被外界能量打断,形成Si-H键或重新组成更强的Si-Si键。如果断裂的应变Si-Si键没有重构,则a-Si:H薄膜的悬挂键密度增加。而S-W效应就是由于光照导致在带隙中产生了新的悬挂键缺陷态(深能级),这种缺陷态会影响a-Si:H薄膜材料的费米能级EF的位置,从而使电子的分布情况发生变化,进而一方面引起光学性能的变化,另一方面对电子的复合过程产生影响。这些缺陷态成为电子和空穴的额外复合中心,使得电子的俘获截面增大,寿命下降。
图3 非晶硅太阳能电池制作工艺流程图
图4 非晶硅太阳能电池制造示意图
3.非晶硅太阳能电池优点
（1）材料和制造工艺成本低
首先，非晶硅太阳能电池可以节省很多的硅材料。非晶硅具有较高的光吸收系数，特别是在0.3-0.75 的可见光波段，它的吸收系数比单晶硅要高出一个数量级，因而它比单晶硅对太阳辐射的吸收效率要高40倍左右，用很薄的非晶硅膜就能吸收90%有用的太阳光能。一般情况下非晶硅电池的厚度小于0.5um ，而晶体硅太阳电池的基本厚度为240-270um，相差200多倍，因此非晶硅太阳能电池要节省很多的硅材料。
非晶硅太阳能电池
摘要：本文主要介绍了非晶硅太阳能电池的发展背景，然后阐述了其电池结构，主要优点缺点以及相应问题解决方案，最后对非晶硅太阳电池的应用进行简单介绍并对非晶硅太阳能电池发展进行展望。
关键字：非晶硅太阳光转换效率应用
正文：
一.非晶硅太阳能电池的发展
1970年代的能源危机，1973年发生的石油危机告诉我们一个事实：能源问题是人类21世纪面临的最大的环境问题。据报道，以现在人类对石油和煤炭等能源材料的消耗速度计算，全球的石油储量可以维持人类使用43年，而煤炭储量够人类使用200年。能源问题早已经引起全世界的关注。发展新能源和可再生能源是全人类的共识，也是21世纪世界经济发展中最具决定性的选择。从目前的替代能源的情况看，风能、地热、核能、潮汐能、太阳能等，其中只有太阳能才是一种取之不尽用之不竭、无污染的清洁能源，因此也只有大力发展太阳能，并且也只能是使太阳能被人类更好地更有效地利用才能从根本上解决人类面临的能源问题。
（2）稳定性问题
非晶硅太阳能电池的光电转换效率会随着光照时间的延续而衰减，即所谓的光致衰退效应，使得电池性能不稳定。
光致衰退效应也称S-W效应，a-Si:H薄膜经较长时间的强光照射或电流通过,在其内部将产生缺陷而使薄膜的使用性能下降,称为Steabler-Wronski效应。对S-W 效应的起因以及造成衰退的微观机制,目前没有形成统一的观点。总的看法如下：
非晶硅光伏组件的生产工艺流程是：首先利用红外光激光对TCO导电玻璃基片进行激光刻线；激光刻线后进行超声清洗；基片清洗后装入专用沉积夹具，推入烘箱进行预热；预热后沉积夹具推入PECVD沉积真空室，利用PECVD沉积工艺，进行非晶硅沉积；而后利用绿激光对沉积好非晶硅的基片进行第二次激光刻线，刻线后进行清洗；然后对清洗好的基片利用PVD技术，镀金属背电极复合膜，作为金属背电极复合膜之一的氧化锌层沉积在非晶硅层表面，其他金属背电极层沉积在氧化锌层之上；然后利用绿激光对沉积好金属背电极的基片进行第三次激光刻线，刻线后进行清洗，至此，电池芯片结构已经形成；之后对电池芯片进行层压封装，并安装接线盒及引出导线；最后，对组件进行性能检测，合格品装箱。根据生产的光伏组件的大小规格，生产周期一般需要三至四小时。
其次，衬底成本较低。由于非晶硅没有晶体所要求的周期性原子排列，可以不考虑制备晶体所必须考虑的材料与衬底之间晶格匹配问题。因而它几乎可以沉积在任何衬底上，包括廉价的玻璃、金属、陶瓷、塑料等,它们都可以用来作为非晶硅太阳能电池的衬底，从而降低生产成本。
另外，生产非晶硅太阳能的原材料廉价，易得。生产非晶硅太阳能电池的原材料是生产高纯多晶硅过程中使用的硅烷，这种气体，化学工业可大量供应，且价格十分便宜。
（3）能量返回期短
由于制造非晶硅电池原材料及较低温生产能源消耗少，在每一阶段,制造非晶硅太阳能电池所需消耗的电能比生产单晶硅太阳能电池少,因此它的能量返回期较短。以转换效率为6%的非晶硅太阳电池，其生产用电约1.9度电/瓦，由它发电后返回的时间约为1.5-2年，能量返回期短。而其他多晶硅、单晶硅电池的发电返回时间一般6年以上。
非晶体硅结构的长程无序破坏了晶体硅电子跃迁的动量守恒选择定则，相当于使之从间接带隙材料变成了直接带隙材料。它对光子的吸收系数很高，通常0.5μm左右厚度的a-Si就可以将敏感谱域的光吸收殆尽。所以，p-i-n结构的a-Si电池的厚度取0.5μm左右，而作为死光吸收区的p、n层的厚度在10nm量级。
2.非晶硅太阳能电池制作工艺流程
由于a-Si(非晶硅)多缺陷的特点，a-Si的p-n结是不稳定的，而且光照时光电导不明显，几乎没有有效的电荷收集。所以，a-Si太阳能电池基本结构不是p-n结而是p-i-n结。掺硼形成P区，掺磷形成n区，i为非杂质或轻掺杂的本征层(因为非掺杂的a-Si是弱n型)。重掺杂的p、n区在电池内部形成内建势，以收集电荷。同时两者可与导电电极形成欧姆接触，为外部提供电功率。i区是光敏区，此区中光生电子、空穴是光伏电力的源泉。入射光尽可能多地进入i区，最大限度地被吸收，并有效地转换为电能，因此对i区要求是既保证最大限度地吸收入射光，又要保证光生载流子最大限度地输运到外电路。
（4）品种多，用途广
晶硅可以在任何形状的基底上制作，并且可以可以在柔性基底或者很薄的不锈钢和塑料基底上制备超轻量级的太阳能电池；非晶硅太阳电池可做成集成型，器件功率、输出电压、输出电流都可自由设计制造，可以较方便地制作出适合不同需求的多品种产品。可以较方便地制作出适合不同需求的多品种产品。由于光吸收系数高，暗电导很低，适合制作室内用的微低功耗电源，如手表电池、计算器电池等；由于a-Si膜的硅网结构力学性能结实，适合在柔性的衬底上制作轻型的太阳能电池；灵活多样的制造方法，可以制造建筑集成的电池，适合用户屋顶电站的安装。
4.非晶硅太阳能电池存在的问题
非晶硅太阳能电池由于其成本低，重量轻等特性在今后的民用乃至工业应用上有着极大的发展前景，因此大力发展非晶硅太阳能电池是个可持续发展的选择，但有两个主要问题一直制约着非晶硅太阳能电池的发展：转换效率低和稳定性问题。
（1）转换效率较低
非晶硅的光学带隙为1.7eV左右，因此导致光电子能量低于1.7eV的光子直接透过非晶硅层，不能被本征层所吸收，对光生电流基本上无贡献，这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率。
二.非晶硅太阳能电池主要特点
1.非晶硅太阳能电池的结构
非晶硅太阳能电池由透明氧化物薄膜(TCO)层、非晶硅薄膜P-I-N层（I层为本征吸收层)、背电极金属薄膜层组成，基底可以是铝合金、不锈钢、特种塑料等，其结构示意图如图1和图2所示。
图1 非晶硅太阳能电池的结构
图2 非晶硅天阳能电池示意图
第一层为普通玻璃,是电池的基底。第二层为TCO，即透明氧化物导电膜，一方面光从它穿过被电池吸收，所以要求它的光透过率高；另一方面作为电池的一个电极，所以要求它能够导电。TCO一般制备成绒面，主要起到减少反射光从而增加光的吸收率的作用。太阳能电池就是以这两层为衬底沉积形成的。太阳能电池的第一层为P层，即窗口层；其次是i层，即太阳能电池的本征层，光生载流子主要在这一层产生；然后是n层，起到连接i极和背电极的作用。最后是背电极和Al/Ag电极。