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中国硅基薄膜太阳能电池运行形势分析第一节 2012-2014年中国硅基薄膜太阳能电池产业亮点分析中国是世界上最大的太阳能电池制造基地。但令中国太阳能电池企业感到尴尬的是，中国政府将建设世界最大规模太阳能发电厂的橄榄枝抛给了一家美国企业。美国当地时间9月8日，中国政府与美国第一太阳能公司（FirstSolar）签署备忘录，双方计划在内蒙古鄂尔多斯建造200万千瓦的太阳能发电厂。这将是世界上最大的太阳能发电厂，可供300万户居民用电。就在两周以前，中国政府还郑重表态，多晶硅和太阳能电池行业存在重复建设现象。在这个当口，中国政府为何还与第一太阳能公司高调启动鄂尔多斯的太阳能发电厂项目？原因之一或许在于：第一太阳能公司主攻的并非多晶硅太阳能电池。实际上，这家公司是薄膜太阳能电池技术的领导者。这笔超级大订单也预示着薄膜太阳能电池今后有望在中国乃至全球得到更多的应用。多晶硅过剩与第一太阳能公司不同的是，中国企业生产的基本上都是多晶硅太阳能电池，其主要原料为多晶硅。与薄膜太阳能电池相比，多晶硅太阳能电池的光电转换效率更高。薄膜太阳能电池一般不超过10%，而多晶硅太阳能电池大多在14%以上。但薄膜太阳能电池最大的优势在于，可以不使用价格不菲的硅，所需材料少于多晶硅太阳能电池，能耗也明显低于多晶硅太阳能电池。当然，薄膜太阳能的技术难度也较高，被认为是多晶硅太阳能电池之后的下一代太阳能电池技术。前几年，由于多晶硅材料供不应求，国际市场上多晶硅的价格一度高达每吨数百美元。在这种背景下，中国多个地方上马了多晶硅生产线。结果造成产能过剩，再加上金融危机的影响，多晶硅的价格随之大幅跌落。在多晶硅太阳能电池受到当头棒喝之际，太阳能电池家族中另一位成员薄膜太阳能电池的走向颇为引人注目。薄膜兴起过去几年中，薄膜太阳能电池的产量处于高速增长之中。根据市场调查公司DisplaySearch在8月11日发布的太阳能电池产能趋势报告，2009年薄膜太阳能电池产能约为358万千瓦。这家公司的报告还显示，2005年薄膜太阳能电池在全部太阳能电池产能中约占5%，到2009年预计会超过20%。目前，薄膜太阳能电池主要包括硅基薄膜太阳能电池、碲化镉薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池等。其中以第一太阳能公司为代表的碲化镉薄膜太阳能电池技术最为常见。在薄膜太阳能电池市场上，领先者是美国、日本等国的企业。不过一些中国太阳能电池生产企业在薄膜太阳能电池这一新兴领域也不甘落后。9月9日，位于河北保定的上市公司天威保变发布公告称，该公司控股子公司天威薄膜将投资30多亿元，建设年产15万千瓦非晶硅薄膜太阳能电池的二期项目。两个多月前，天威薄膜年产4.65万千瓦的非晶硅薄膜太阳能电池生产线已经投产，其初始光电转换效率在8%左右。除了天威，百世德太阳能、无锡尚德等企业也已经或即将投产薄膜太阳能电池生产线。不过，这些企业的薄膜太阳能电池生产技术大多从国外进口。薄膜太阳能电池的前景广阔，但并不等于没有风险。中国电子材料行业协会的李清岩告诉科学新闻，由于技术和成本等因素，未来一段时间内，多晶硅仍将持续成为太阳能电池产业的主体。三氟化氮之忧薄膜太阳能电池产业要想在未来的竞争中击败多晶硅太阳能电池，还必须直面一个环境难题：薄膜太阳能电池生产过程中释放的三氟化氮，被认为是一种温室气体。2008年，美国加州大学尔湾分校地球系统科学系的迈克尔·普拉瑟（MichaelPrather）及其同事在地球地理学研究学报上发布研究论文称，三氟化氮的温室效应是二氧化碳的17000倍。在半导体、液晶面板和薄膜太阳能电池生产过程中，都可能释放三氟化氮。普拉瑟告诉科学新闻，三氟化氮显著的温室效应在大气中能够存在550年以上，对红外线的吸收能力也很强。美国加州大学斯克里普斯海洋研究所雷·魏斯（RayWeiss）及其研究团队还发现，三氟化氮在大气中的浓度由1978年的0.02/万亿上升到了2008年的0.454/万亿。魏斯称，虽然目前在人类活动所产生的温室效应中，二氧化碳占到了60%,三氟化氮只占0.04%，但三氟化氮所占的比例可能会呈指数级增长。目前，京都议定书只涉及到6种气体：二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳和六氟化硫。普拉瑟和魏斯建议，将三氟化氮也列入需要减排的温室气体之列。中国气象局大气成分观测服务中心刘煜则表示，三氟化氮所产生的温室效应的确强于二氧化碳，但目前全球大气中三氟化氮的含量并不高。目前三氟化氮的排放量仅占0.04%，它不会成为最糟糕的温室气体。而且，大多数清洁技术的使用，无论是薄膜太阳能电池还是风力发电机，其生产过程都会伴随温室气体的产生，只要它们的使用寿命足以弥补温室气体的排放，那么这些新技术还是有益的。第二节 2012-2014年中国硅基薄膜太阳能电池技术研究一、不同类型太阳能电池技术发展简析在太阳能光电转换材料中，占有重要位置的是硅材料和化合物半导体，而高成本是目前硅晶体和化合物半导体太阳能电池发展和应用的主要障碍。解决太阳能电池成本问题，一方面要降低材料及制作成本，另一方面要提高光电转换效率。下面简要分析各种太阳能电池研制的主要进展。1.单/多晶硅电池目前，基于单晶硅的第一代太阳能电池的成本为每峰瓦3.5美元，相应的电价为每度0.35美元，能获得大规模应用的太阳能电池成本应为每峰瓦0.2美元，相应的电价为每度几美分，此时要求光电效率达到45%-50%。尽管各种单晶硅电池转换效率高，但是从成本和原材料供应来看，却不能成为候选的太阳能电池，不能获得大规模应用，因为，按照日本新能源产业技术开发机构（NEDO）太阳能项目首席专家小长井诚教授的计算，到2030年，仅日本一年消耗的硅总量将达到10万吨（太阳能电池年生产量达到1000万千瓦，转换效率假定为20%），而目前所有用途合计的硅使用量只为4000吨左右。多晶硅太阳能电池比单晶硅太阳能电池在制作成本上将会大大降低，但同时也降低了光电转换效率，并且与单晶硅太阳能电池一样不能逾越大规模应用时硅原料的供应问题。因此，需要开发出低成本、适合大面积、大规模生产的薄膜太阳能电池生产技术。有希望满足这些条件的阳能电池有三类：薄膜硅系阳能电池（包括非晶硅、微晶硅）、染料敏化TiO2阳能电池、薄膜化合物系阳能电池（包括III-V族的GaAs和InP、II-IV族的碲化镉CdTe，以及I-III-VI族的铜铟硒CIS和铜铟镓硒CIGS等）电池。2.非晶硅/微晶硅薄膜太阳能电池薄膜硅电池分为非晶硅和微晶硅两种。非晶硅太阳能电池于上世纪70年代首度开发成功，其禁带宽度为1.7eV，大于结晶硅，对太阳光谱相应较好，可以使用低成本基板在低温下成膜，薄膜厚度在1µm以下，大大降低了成本，这些优点使其大受关注。但是，目前三叠层非晶硅太阳能电池最高的光电转换效率只有13%，作为商用化生产的单层电池转换效率更低，只有6%。而且，由于非晶材料的不稳定性，使非晶硅太阳能电池的转换效率存在严重的光致衰退效应，这个问题至今尚未解决。微晶硅可以在接近室温的低温下制备，特别是使用大量氢气稀释的硅烷，可以生成晶粒尺寸10nm的微晶硅薄膜。到上世纪90年代中期，微晶硅的效率已经超过非晶硅，达到10%以上。而且，没有出现光致衰退效应。微晶硅薄膜太阳能电池的微晶硅薄膜厚度一般在2-3 µm，现在单结微晶硅薄膜太阳能电池的转换效率在10%左右，还达不到大规模工业化生产的转换效率水平。但是，以非晶硅太阳能电池为顶层、微晶硅太阳能电池为底层来开发出叠层太阳能电池，其理论转换效率则可达到50%。目前，微晶硅（Eg=1.1eV）和非晶硅（Eg=1.7eV）的叠层太阳能电池转换效率已经达到14%，显示出良好的应用前景。然而，由于微晶硅薄膜中含有大量的非晶硅，所以不能像单晶硅或非晶硅那样直接形成pn结，而必须做成pin结。因此，如何制备获得缺陷密度很低的本征层，以及在比较低的工艺温度下制备非晶硅含量很低的微晶硅薄膜，是今后进一步提高微晶硅太阳能电池转换效率的关键。3.染料敏化TiO2太阳能电池染料敏化太阳能电池原理上的诸多优势：由于几乎所有染料激发态上的电子可以有效地注入到半导体导带中，减少了电子与空穴复合的机会，有利于提高光电转换效率；此外，不仅原料和制造成本低，而且所用材料对环境影响小，具有代表性的增感色素Ru色素的毒性很低，电池的生命周期评估也较好。要把理论优势转化为实际优势，还取决于实际电池中的材料状态与理想状态的符合程度。在AM1.5、100mW/cm2条件下，染料敏化太阳能电池的转换效率已经超过10%，其实用化研究开发已经开始。染料敏化太阳能电池的主要问题之一是长期稳定性。最近的研究表明，染料敏化太阳能电池组件在60 oC的暗环境下放置不会造成转换效率降低，但是同样的组件在45 oC的光照环境下，经过3400小时转换效率降低了15%。现在，正在开发能在80 oC的条件下具有1000小时热稳定性的染料敏化太阳能电池材料。但是，无论是1000小时还是3400小时，以及目前此类电池所能达到的10%的光电转换效率，都没有显示出大规模应用的迹象。4.化合物太阳能电池化合物半导体材料，由于其组成元素和组合的多样性，具有极多的种类和各种特性，这个特点有利于开发不同特性、各具特色的太阳能电池。具有代表性的化合物太阳能电池是砷化镓（GaAs）太阳能电池，其特点是高效率、耐辐照，是重要的宇宙空间用太阳能电池。小面积多结单晶GaAs太阳能电池的最高转换效率已经达到38%，但由于其原材料成本与Si系相比较高，资源量极其有限，这极大限制了它在地面的应用。以III-V族化合物中另一代表性的化合物电池是InP太阳能电池。与GaAs相比，它不需要制成异相机结构。此类电池的最高转换效率已经达到22%，但大部分研究结果显示为18%左右，且研发以空间应用为目标，同样存在成本高问题，这限制了其地面应用。5.铜铟镓硒薄膜太阳能电池以铜铟镓硒（CIGS）为太阳光吸收层的高效薄膜太阳能电池，简称为铜铟镓硒电池或CIGS电池，典型结构为Glass/Mo/CIGS/ZnS/ZnO/ZAO/MgF2。它既具有高的光电转换效率，又具有比较低的制作成本，非常有希望在未来获得大规模应用。美国可再生能源实验室制备的小面积CIGS薄膜太阳能电池的最高光电转换效率为19.2%；日本和德国的相关研制也几乎处于同样水平，都超过了18%，并进行了一定规模的民用产业化生产。电池模块的转换效率已达13%-14%，比其他太阳能光电池模块的转换效率都高。这些光电转换效率是在单结CIGS薄膜电池上获得的，如果制成多结系统，则将达到50%以上。6.其它新概念电池新概念电池实际上就是量子点（QD）电池。其利用两种方法来利用热电子提高光子转化效率，即提高光伏电压和产生增强的光生电流。在量子点电池中，较具代表性的是量子点敏化纳米晶TiO2太阳能电池。尽管目前其相关结论还有争议，研究结果也并不理想，但它可以充分利用太阳能（获得热力学上的极限光电转换效率66%），为未来高效率的太阳能电池制备提供了理论上的可能性。二、各种优势太阳能电池技术探讨光伏发电技术主要有三种：晶体硅太阳能电池、薄膜太阳能电池和聚光太阳能电池，其中晶体硅电池应用最广泛，占80%以上;薄膜电池近年增长迅速，占10%以上;聚光太阳能电池有少量应用。在这3种光伏发电技术中，晶体硅电池的优点是转换效率较高、占地面积小，缺点是硅耗大、成本高，比较适于城市地区;薄膜太阳能电池的优点是硅耗小、成本低，缺点是转换效率低、投资大、衰减大、占地面积大，比较适于偏僻地区的并网电站和建筑光伏一体化;聚光电池的优点是转换效率高，缺点是不能使用分散的阳光、必须用跟踪器将系统调整到与太阳精确相对，目前主要用于航天航空。预计未来光伏发电将呈现多种技术并存，共同努力降低成本的局面。图表：各种优势太阳能电池对比资料来源：极数据咨询(需要最新数据或者其他报告的大人，请加QQ:676694258极数据咨询tony)整理、行业相关协会薄膜电池虽然目前效率不高，但采用多薄层、多p-n结的结构形式的薄膜电池转换效率可达到40%-50%，因此未来高效率电池最终要走薄膜技术路线。而在各种薄膜电池中，唯有硅薄膜电池原材料储量丰富，且无毒、无污染，更具持续发展前景。硅薄膜电池又可分为非晶硅薄膜、微晶硅薄膜、多晶体硅薄膜3种。三、薄膜太阳能电池技术发展分析1、非晶/微晶硅薄膜太阳能电池的生产流程非晶硅(a-Si)太阳电池是在玻璃(glass)衬底上沉积透明导电膜(TCO)，然后依次用等离子体反应沉积p型、i型、n型三层a-Si，接着再蒸镀金属电极铝(Al).光从玻璃面入射，电池电流从透明导电膜和铝引出，其结构可表示为glass/TCO/pin/Al，还可以用不锈钢片、塑料等作衬底。硅材料是目前太阳电池的主导材料，在成品太阳电池成本份额中，硅材料占了将近40%，而非晶硅太阳电池的厚度不到1m，不足晶体硅太阳电池厚度的1/100，这就大大降低了制造成本，又由于非晶硅太阳电池的制造温度很低(200)、易于实现大面积等优点，使其在薄膜太阳电池中占据首要地位，在制造方法方面有电子回旋共振法、光化学气相沉积法、直流辉光放电法、射频辉光放电法、溅谢法和热丝法等。特别是射频辉光放电法由于其低温过程(200)，易于实现大面积和大批量连续生产，现成为国际公认的成熟技术。在材料研究方面，先后研究了a-SiC窗口层、梯度界面层、C-SiC p层等，明显改善了电池的短波光谱响应.这是由于a-Si太阳电池光生载流子的生成主要在i层，入射光到达i层之前部分被p层吸收，对发电是无效的.而a-SiC和C-SiC材料比p型a-Si具有更宽的光学带隙，因此减少了对光的吸收，使到达i层的光增加；加之梯度界面层的采用，改善了a-SiC/a-Si异质结界面光电子的输运特性.在增加长波响应方面，采用了绒面TCO膜、绒面多层背反射电极(ZnO/Ag/Al)和多带隙叠层结构，即glass/TCO/p1i1n1/p2i2n2/p3i3n3/ZnO/Ag/Al结构.绒面TCO膜和多层背反射电极减少了光的反射和透射损失，并增加了光在i层的传播路程，从而增加了光在i层的吸收.多带隙结构中，i层的带隙宽度从光入射方向开始依次减小，以便分段吸收太阳光，达到拓宽光谱响应、提高转换效率之目的。在提高叠层电池效率方面还采用了渐变带隙设计、隧道结中的微晶化掺杂层等，以改善载流子收集。为了获得具有高效率、高稳定性的硅基薄膜太阳电池，近年来又出现了微晶、多晶硅薄膜电池。微晶硅薄膜是采用大氢稀释和微量掺硼技术制备的。多晶硅薄膜的制造技术主要有两种，一种是采用PECVD技术或热丝法直接生长；另一种则是通过对a-SiH材料进行后退火，实现低温固相晶化。 2、高效CDTE和CIGS薄膜太阳能电池技术研究本文是美国科罗拉多州国家可再生能源实验室对CDTE和CIGS薄膜太阳能电池生产技术进展的综述.对镀膜设备、监测仪器仪表提出了许多创建性的改进和发展思路.值得我国相关产业装备发展借鉴.全文翻译如下:摘要由CdTe和Cu(In,Ga)Se2(CIGS)做成的薄膜光伏太阳能电池组件有潜力达到光伏发电的成本效益。这些工艺已经实现了从实验室向市场的过渡。小规模试制和初次生产都在向更高的功率攀升，并享有大量的风险投资。CIGS太阳能电池和组件的效率已分别达到了19.5%和13%。同样CdTe电池和组件也达到了16.5%和10.2%。如何从实验室和生产线制造出更高效率的产品，只不过是时间问题。生产线的成品率在不断提高，目前已超过85%。两种工艺所得产品的长期稳定性均已得到验证。当然在现场也观察到一些失败的案例。这就使我们对弄清衰减机理和选择封装提出了更高的要求。两种薄膜工艺具有共同的器件或组件结构：基片，基电极，阻尼层，结层，顶电极，便于单片集成的布线图和封装。薄膜太阳能电池的单片集成与结晶硅工艺相比，可以大大降低生产成本。CdTe和CIGS组件具有共同的结构单元，原则上，这种共同性会使两者具有相同的单位面积制造成本，因此，组件的效率就成了每瓦成本的区别因素。这两种工艺的长期潜力需要进一步进行研发，着重在突破科学和工程上的困难，找出办法，使组件性能达到预定的成本效率和使用寿命，其中制造过程的工艺控制和测试，减薄阻尼层，摸清衰减机理，预防水蒸气，改进高速处理工艺和模块设计都是两种工艺共同的任务。其他就是一些具体的工艺问题，例如，对CIGS如何降低成本，如何采用快速淀渍工艺；对CdTe器件如何改善底座的接触和提高电压，就是最好的专题。引言目前CdTe和Cu（In，Ga）Se2（CIGS）两种薄膜光伏组件的制造工艺已经有了快速的进步，在下述领域曾提出过许多好的建议：诸如微米（10-6）和毫微米（10-9）级膜的物料输送和生长控制；器件制作的物理机制，组件各层参数特性的改进，本征器件的稳定性和样品组件的可靠性改进等等。这些建议对两种工艺由实验室向市场的过渡都有过极大帮助。原有行业由于有风险资本支持的新机构的加入，从小规模试制到初次生产到更大规模制造都不断做出扩大功率的努力，其中令人印象最深的莫过于第一个太阳公司产品的成功制作，这对生产输出功率大于67毫瓦的商业CdTe组件是迈向最大功率达到75毫瓦的跃升。在本论文中我们既提出了CIGS和CdTe工艺的亮点所在，也论述了为了能使这两种工艺加速其商业化过程所必须克服的关键难题。CIGS和CdTe两种工艺的亮点实验室器件:CIGS薄膜属多元黄铜矿体系，其带隙可通过改变所用第III类族正离子（元素周期表）In、Ga和Al以及负离子Se、S而改变，使用成分不同的组合可以获得不同尺寸的带隙。对本工艺具有重要价值的带宽范围是1和1.7eV，在器件中CdTe材料通常以二元元素的形态出现，但配比往往比化学计量法求得的稍有偏差。它的带隙约为1.5eV，和太阳光谱有良好的匹配。在器件中，这一带隙由于加工过程中CdS（带隙2.4eV）异质结成分的干扰会有少许改变。图表：不同组成的CdTe器件和以Cu(In,Ga,Al)(SeS)2为基的器件的最佳效率数据。资料来源：极数据咨询(需要最新数据或者其他报告的大人，请加QQ:676694258极数据咨询tony)整理、行业相关协会图表：一些知名公司所产不同尺寸的CIGS；CIGS和CdTe组件商品的最大效率和功率比较资料来源：极数据咨询(需要最新数据或者其他报告的大人，请加QQ:676694258极数据咨询tony)整理、行业相关协会数据表明CIGS和CdTe组件的性能目前已达到多晶硅光电池的水平。除了效率有所改进外，我们还看到了很高的产量和较高的产率。图表：CdTe和CIGS器件的结构示意图。资料来源：极数据咨询(需要最新数据或者其他报告的大人，请加QQ:676694258极数据咨询tony)整理、行业相关协会不同实验室的产品其各层的厚度近似,有时也可能稍有不同。为了能更好地进行比较，扫描电子显微截面图给出了器件结构的真实投影。请注意CIGS器件是一种基片（substrate）结构，制作时从玻璃/基电极开始，而CdTe器件则是一种超基片(superstrate)结构，制作时从玻璃/透明的顶电极开始，在这两种结构中各层的生长都有可能影响前结和后结p/n界面和底触点的性能，并因此而影响器件的效率。CdTe器件最常用的喷镀方法有：购买涂有氧化锡（SnO2）玻璃，或是在玻璃上用锡酸镉喷镀，也可以用锡酸锌溅射，然后再用硫化镉镀槽进行化学镀（CBD）。CdTe薄膜阻尼层的制取通常是在密闭空间进行升华，蒸汽输送淀渍，或是电淀渍，然后再进行氯化镉处理。底触点是在?碲（CdTe）底表层经过化学刻蚀后涂敷的。底触点的品种各式各样。从含有碲化铜CuxTe和碲化汞HgTe的石墨乳到铜和其他金属的混合物各式各样。铜和底触点形成铜的某种掺杂物是无法避免的。它对器件的性能和稳定性的影响是当前紧张研究的课题5.6。CIGS器件的制作从把钼溅射在玻片上开始了。钼膜的参数必须经过优选以保证结层的电阻和良好的表面几何形状，使钠能从玻璃向CIGS层扩散。钠有助于CIGS晶粒的增长，并增加输送的浓度。钠的最佳浓度约为0.1%（原子的）。在无钠基片上的生长对其CIGS膜的要求是要能在钼底触点上导入60120Ao氟化钠层，在CIGS淀渍过程中导入氟化钠也可以。器件中钠的缺席，效率会减少2%3%（这是确实无疑的）。CIGS阻尼层可以用好几种方法进行喷镀。可以用溶剂投送同时进行多元素蒸发，或是按规定的要求进行多金属的喷镀，再用硒酸进行硒化处理，也可以用金属和硒蒸汽进行活性真空溅射，再有就是用金属印剂进行印刷，然后再做硒化处理，后一方法不需要真空。硫化镉层是用化学镀槽先镀，然后再溅射一层由固有的和后加的氧化锌组成的双层氧化锌淀渍层制得的。氧化锌层也可用化学蒸汽淀渍工艺涂敷。两种工艺的工业过程基本上都是上述各种方法的联合运用。CIGS和CdTe组件具有共同的特性和结构部件，所以原则上两者的单位面积成本应当基本相同。因此，对功率成本而言，效率就成了重要的区别因素。然而，实际上，生产过程由于产量和产率大不相同，有时较高性能的效益也可能被抵消，目前的情况是，生产CdTe组件的成本要低于CIGS，然而若干年后半导体的成本很可能有重大的攀升。两种工艺的长期发展潜能，都需要进行进一步的研发，重点是要克服科学和工程上的难点，以找到达到预期的成本效率的组件性能和使用寿命。薄膜界的科学家和工程师在这方面已取得了不少成功。然而知识的转移特别是在生产工艺的领域要想把实验室的知识成功应用到工业生产，那要比预想的困难得多，更由于这两种复合物半导体固有的复杂性，因此我们还有更多的研究必须要做。困难和挑战下面我们列举一些关键的难点。那是要想加速工业化生产必须要提出来加以解决的问题，但是由于篇幅有限，既不全面也没有详细论述。1、科学和工程上的保证：在这里，提高科学和工程的基础知识极其必要。（a）获取可以计测的材料参数，用以预测器件和组件的性能。（b）模拟膜的生长和物料运送之间的相互关系。（c）把这些知识运用到工业生产过程之中，可预料到的有益影响会是在生产过程的每道工序都会提高产量和产率，会提高器件可靠性的等级和再现率。当然器件的性能也必然会因此而提高。2、长期的稳定性：两种工艺所得产品都具有长期的稳定性，然而也发现了性能衰退的情况。为什么某些组件能保持稳定的性能而另一些则不能呢？这个问题要求我们能对器件阶段和样品组件阶段产品的衰退机理能有更好的了解，能区别是器件本身带来的问题，还是包装过程中外来因素造成的影响。已查明，水蒸气通过封装的渗入能降低器件的性能，因此开发能阻挡水蒸气的薄膜阻水层将能提高器件的寿命。对CIGS和CdTe户外性能已经做了大量的监测和跟踪。到目前为止，对器件衰退的原因了解还不多，更缺少对器件阶段和组件阶段研究的反馈。最近Albin7.8.9在NREL研究了CdTe器件衰减与湿度的关系。数据表明，在不同温度下控制衰退的机理不同。在90120的温度下，衰退为铜从底触点向电学结的扩散所控制。而在6090之间出现衰退可能的原因目前还不知道，很有可能是操作不当所致。这些研究都有助于找到合适的相关老化试验方案。另一个需要进一步考虑的问题是需要找到合适的密封剂。这些密封剂必须能在室温下使用和固化，并且还要不和它接触到的半导体层起化学反应。3、现场工艺诊断和控制到目前为止在CIGS和CdTe的工艺流程中已很少看到现场诊断和控制了。之所以出现这种情况是有关材料性质的基础科学知识还掌握不多，还不足以以此为依据来指导诊断仪器的研发，而所研发的诊断仪器又必须能对高速处理作出响应，并及时反馈调节实时过程。从而提高产量和产率，并使工艺变得可靠和可以重复。最近只有少数几种方法在进行实验。所用原理主要是根据生长表面辐射率的改变，利用x射线荧光对成分进行现场监测。4、更薄的CIGS和CdTe阻尼层这个想法是出于对In和Te的价格及其利用率的关注而提出的。近来由于应用上的竞争（平板显示器），这种关注对In似乎比对Te更厉害。例如，In的利用率，将开始有重大突破，生产容量在向几十千兆瓦的水平迈进，减少阻尼层的厚度也有另外的好处，特别是CIGS能使产量更高，物耗更低。主要的难点是如何把阻尼层的厚度减到0.5微米以下，而工艺水平不变。当然，把阻尼层弄得很薄也会出现一些隐蔽的毛病，包括不均匀性，短路/针眼，产率降低，甚至还要根据现有的规范改变器件的结构。表III摘要罗列了带有极薄CIGS和CdTe阻尼层实验室器件的性能数据10，11。通常，在阻尼层的厚度小于1微米时，性能的衰退开始变得明显，这很可能是由于我们的知识不够所造成的。为了探索极薄阻尼层的衰退机理，正在进行许多器件的模型试验研究1，2，35、需要寻求高产量和低成本的工艺这对CIGS技术更迫切，近来，做得最好的器件和大组件都是按下述两种方法生产的：在真空下，对元素进行升华逸散，还有就是用金属进行溅镀，然后再用硒酸（H2Se）进行硒化处理。这两种工艺的共同缺点是产率相当低，材料利用率不高，还需要使用高真空。用柱形磁控管通过高速溅射进行淀渍是现时采用的方法。然而到目前为止，这种方法达不到现有的工艺水平。低成本的工艺应当要有高的淀渍速率，高的材料利用率，并且能用较单一的设备处理加工很大的基片。使用毫微米（10-9）组件制造可印刷的初坯（procursor）。这个可印刷的初坯是在CIGS中结晶而成的。图表：带有极薄CIGS和CdTe阻尼层实验室器件的性能数据资料来源：极数据咨询(需要最新数据或者其他报告的大人，请加QQ:676694258极数据咨询tony)整理、行业相关协会6、提高CdTe器件的断路电压（Voc）CdTe器件要提高，并达到高效率最需要注意的参数是断路电压（Voc）。断路电压数值的大小受结构性能，底载体浓度和底触点的影响。整体彻底的外来掺杂以增加纯P型掺杂的方法可以提高Voc的数值，另外改善结晶生长的条件，很可能效果更好，因为它能减少天然点缺陷的形成。 3、提高薄膜太阳能电池效率及其技术分析降低硅太阳能电池成本的方法之一是尽量减少高质量硅材料的使用量，如薄膜太阳能电池。不过这种太阳能电池的效率只达到了约11-12%。研究人员们正在寻求提升其效率的方法。最近取得突破的技术有通过干法绒面优化上表面的结构和在外延层/衬底界面处插入一个中间多孔硅反射镜。采用这两种方式可将太阳能电池的效率提升到约14%。两种提升效率的技术与基于体硅的太阳能电池相比，外延薄膜太阳能电池比较便宜。但现在外延薄膜太阳能电池的主要缺点是它们的效率相对较低。已有两种技术表明能提高薄膜太阳能电池的效率。一是利用卤素原子等离子加工，优化上表面结构，另一种技术是在外延层/衬底界面处引入中间反射镜。优化的上表面结构兼有满足均匀光散射（朗伯折射，Lambertianrefraction）的要求和通过微量减除硅来降低反射（因为外延硅层已相当薄）两个优点。引入中间反射镜（多重布拉格反射镜）将低能光子的路径长度至少延长了7倍，最终大大提高了太阳能电池的效率。低成本太阳能电池基于单晶或多晶体硅基底的硅太阳能电池是光伏市场的主体。但若全部用高纯硅制作，生产这种太阳能电池非常耗能，并且比较昂贵。为进一步推动光伏产业的发展，应通过降低材料成本来大力减少太阳能电池的生产成本。外延薄膜硅太阳能电池具有成为体硅太阳能电池的低成本替代方案的潜力。与当前的体硅太阳能电池（200m）相比，这种丝网印刷太阳能电池采用的衬底较便宜和有源硅层较薄（20m）。这种低成本衬底包括高掺杂的晶体硅晶圆（用冶金级硅或废料加工的纯净硅）。用化学气相沉积法（CVD）在这种衬底上沉积一层外延有源硅薄层。产业竞争力外延薄膜硅太阳能电池的生产工艺与传统的体硅太阳能电池非常相似。因此，与其它薄膜技术相比，在现有的生产线中实现外延薄膜硅太阳能生产相对容易。不过，外延薄膜硅太阳能电池产业竞争力的主要不足之处在于，比起传统的体硅太阳能电池，薄膜硅太阳能电池的效率较低：这些电池的开路电压和填充因数可以达到与体硅太阳能电池相近的水平，但由于存在光学活性薄层（与体硅厚度200m相比，薄膜硅的活性层厚度仅20m），光从外延层传输到衬底时，衬底质量较差引起光损失，短路电流损失，最多可高达7mA/cm2。挑战在于如何在效率和成本之间获得完美的平衡，还须考虑大规模工业生产。本文介绍两种可延长光学路径长度并因此提高外延薄膜硅太阳能电池效率的技术：等离子绒面和在低成本硅衬底与活性层的界面处插入多孔硅反射镜。结果表明，这些措施可将外延薄膜硅太阳能电池的效率提高至14%左右。上表面等离子绒面通过处理太阳能电池活性层的上表面，表面光散射发生变化，从而影响太阳能电池的性能。目的是形成最理想的上表面，100%漫反射（朗伯折射，表现出全散射）。此时光子平均以60°的角度穿过活性层，使得传播路径长度增大两倍。也就是说，仅20m厚的活性层的光学表现为40m厚。利用基于氟的等离子处理，仅会去除极少量的硅（仅1,75m），就可获得表现出朗伯折射的理想上表面。这对于外延薄膜硅太阳能电池极为重要，因为这种类型的太阳能电池的活性层相当薄（20m）。除优化散射、提高电池效率外，等离子处理还能降低反射，实现倾斜光耦合和降低接触电阻。这就将短路电流减少1.0到1.5mA/cm2，进一步将电池效率提高0.5到1.0%。硅反射镜提高外延薄膜硅太阳能电池效率的另一种方式是在活性层与低成本衬底的界面处插入一层多孔硅反射镜。该反射镜可降低长波长的光往衬底中的传播量。实际上，利用电化学交替生长多孔和少孔薄层（一种多重布拉格反射镜，Braggreflector）形成多孔硅叠层，制作反射镜，由四分之一波长定律定义交替层的厚度。外延生长活性层时，叠层中的多孔硅具有大大小小的空洞，重组为薄层，但仍保持最初布局。这种结构已被证明是有效的反射结构。这种反射镜通过布拉格效应（常规入射反射镜）或全内反射（光以大于临界角的入射角倾斜入射到反射镜）反射到达界面处的光子。结果这些光子再次通过活性层。逃逸角（大部分反射光子，因为光已被散射）以外的反射光子到达活性层的上表面，将被再次反射。因此延长了光学路径长度，提高了太阳能电池的效率。结果表明，在上表面实现完美的朗伯表面时，一个15层的多孔硅反射镜可以将光的传播路径长度提高14倍，意味着一个拥有15m活性层的外延薄膜硅太阳能电池将与210m厚的体硅太阳能电池具有相同性能。 引入多孔硅反射镜可使内部反射率达到8084%，其中25%是因为存在布拉格效应本身（图2）。采用优化的反射镜设计可以进一步改进布拉格效应，优化反射镜使少孔层及多孔层的厚度随深度而变化（灵活的多孔硅叠层），让反射镜的带宽增得足够大。利用这种灵活的特殊结构，低能光子的路径长度可以在现在的基础上提高7倍之多。在低成本硅衬底上利用此反射层和丝网印制接触制作的太阳能电池达到了13.9%的高效率，而Jsc为29.6mA/cm2。