期待光伏事业发展新春天——记南开大学光电子薄膜器件与技术研究所侯国付副研究员

本刊记者 刘玉杰

不需要电池，只要把充电线插在衣服或者背包上的固定接口，随身听就能畅听无阻；出差在外，不必再担心笔记本电脑的电池不够用，只要把电脑对着光源，就能任意使用……

这些便捷或许是现在很多年轻“电子一族”可望仍不可及的梦想。科技日新月异，薄膜太阳电池的出现，告诉我们这些梦想不再遥远。这种新型太阳电池像纸张一样薄，可以弯曲折叠，所以被普遍应用在航空航天领域。不仅如此它还能应用于地面：既能安装在建筑物的顶楼，甚至侧窗上；还能“印刷”在衣服、雨伞、背包、帐篷等随身物品上，只要有一点“空地”，它就能收集能量。

为使这一梦想能更好更快地实现，南开大学光电子薄膜器件与技术研究所侯国付副研究员一直在新型太阳电池材料与器件研究领域里努力耕耘着。

一步一脚印，奠定光伏研究基础

众所周知，人类生存环境的恶化和能源的日益短缺是当今世界面临的两个重大问题，而新型可再生能源是解决上述问题的根本出路，其中太阳能由于其清洁、取之不尽、用之不竭成为新能源的首选。而在太阳能的有效利用中，光伏发电具有安全可靠、无污染、可再生等优点，是可再生能源中重要的组成部分，也是近年来发展最快、最具活力、最受瞩目的研究领域，国际上许多国家都把太阳能光伏作为重要的研究发展方向。

对于侯国付来说，他的科研人生是一个又一个“艰苦却很快乐”的科研片段累积起来的。

“渤海之滨，白河之津，巍巍我南开精神……”侯国付求学阶段中最重要的旅程是在南开这座著名学府里度过的。茵茵校园，学术范围浓厚，不仅有白发苍苍的学术巨匠也有求知若渴的莘莘学子。侯国付，就是在这一氛围里成长起来。通过多年努力，他先后拿到了硕士和博士学位，并最终选择留校，由此正式踏上了研究之路。

从2002年至2009年10月，侯国付一直在南开大学从事硅基薄膜光伏材料和太阳电池的制备、性能表征和分析等研究，期间负责了多项关于高速沉积高效率硅基薄膜太阳电池的研究工作，重点是采用甚高频和高压高功率相结合的方法来实现高速沉积高效率硅基薄膜太阳电池的研究。围绕这一研究先后获得多项研究成果，包括提出一种具有量子尺寸展宽效应的纳米硅薄膜nc-Si:H材料，将高温沉积的pin型非晶硅太阳电池的开路电压提高到945mV，光电转换效率达到9.4%。针对高速沉积的微晶硅太阳电池中非晶态孵化层偏厚的状况，提出一种采用低沉积速率沉积高晶化率和高质量p/i界面层的方法，有效地减小了p/i界面的孵化层厚度，减小了粒子轰击和界面处的缺陷；提出一种功率梯度渐变的方法来调控微晶硅本征层的整体纵向结构演化，有效减小了体缺陷态密度，太阳电池性能提升明显，并获得多项中国发明专利。采用上述方法，并进一步优化各层材料，在1.2nm/s的较高沉积速率下获得了效率达9.36%的单结微晶硅太阳电池，为当时的国内记录。

2009年11月，怀抱继续深造梦想的侯国付跨出国门，远赴美国托莱多大学物理与天文系任博士后副研究员。时间虽然短暂，但是有机会深入地接触到有关于高速率沉积高效非晶硅基太阳电池研究领域的先进知识，开阔了研究思路。留美期间共申请2项美国专利，发表文章4篇，为之后的硅基薄膜太阳电池进一步深入研究打下了更为坚实的基础。

2010年12月，学成归国的侯国付又回到了与他有着深厚感情的南开大学，站在新的起点上，开启了他“下一代太阳电池研究征程”。

立足新起点，迎来光伏发展新春天

回国后，立足薄膜太阳电池领域的国际前沿研究趋势，侯国付进一步将自己的科研工作拓展至新型窄带隙光伏材料，以及微纳米结构和材料在下一代光伏中的应用等领域。虽然回国的时间不长，但已经作为负责人承担起国家自然科学基金项目、天津市应用基础及前沿技术研究计划项目，以及科技部“863”重大项目子课题等。研究内容涉及窄带隙光伏材料β-FeSi2的研究，用于太阳电池的光子晶体陷光结构，以及柔性衬底宽光谱多结高效硅基薄膜太阳电池技术研究。

对于太阳电池来讲，为了减少材料消耗，进而降低电池成本，薄层化一直是太阳电池的非常重要发展趋势之一。无论对哪种电池来说，随着材料厚度的降低，如何采用有效的陷光结构来提高入射光（特别是近红外长波光）的利用率都非常关键。为了更有效的利用入射光，科研人员探索了一些新型的陷光材料和结构。其中，基于光子晶体的陷光结构及其在太阳电池中的应用逐渐引起人们的广泛兴趣。

针对这一热点问题，侯国付“明知山有虎，偏向虎山行”，对光子晶体陷光结构的陷光机理、结构设计及其在太阳电池中的应用展开了系列“攻坚之战”。

据悉，光子晶体陷光结构及其在太阳电池中的应用方面的研究只有五、六年的时间，多数报道仅仅从光学的角度考虑光子晶体的作用，而要做成实际的太阳电池，还必须要求光子晶体结构的加入不会影响到光生载流子的输运过程，这是目前存在的根本问题！鉴于光子晶体陷光结构在提高太阳电池性能方面的显著作用，借鉴目前有关研究各种方法中的优点，并针对存在的问题，侯国付提出通过薄膜型光子晶体和光栅相结合的方法来提高光吸收效率的研究思路，并以在晶硅电池和硅薄膜电池中的应用为例，揭示光子晶体结构提高光吸收效率的机理，探索研究具有光子晶体结构的太阳电池吸收层，最终制备出基于光子晶体结构的硅太阳电池原型器件。从器件可实现性的角度出发，项目兼顾光子晶体的制备与现有硅薄膜电池制备工艺的兼容性；光子晶体不仅在光学角度上能够提高光吸收，而且不会影响载流子的输运过程。

“十二五”开局之年，我国公布的《“十二五”太阳能光伏产业发展规划》明确提出，在“十二五”期间非晶硅与微晶硅相结合的叠层和多结薄膜太阳电池是发展重点之一。薄膜太阳电池发展迎来了新一轮的发展春天。站在新的起点上，乘着光伏产业的发展春风，侯国付带着梦想继续扬帆前行。