晶硅薄膜的制备及其在太阳电池中的实际运用

黄文浩

摘 要：太阳能光伏发电是一种可以凭借太阳能转化为电能的过程来满足社会化需求，通过此种策略来科学化的利用能源，从而避免对现有的非可再生资源等物质的过渡消耗。文章就从晶硅薄膜的制备方式着手来阐释其中所存在的问题，并提出相应的可行性制备措施，同时，针对基于晶硅薄膜物质的太阳能电池的性能进行剖析，从而总结出科技发展对实际的太阳能电池制备项目的重要意义。

关键词：晶硅薄膜；制备；太阳电池；实际运用

前言

现阶段，我国太阳能市场当中，太阳能电池主要为体硅电池，尽管能够在一定程度上满足市场需求，但该类型电池的成本较高，其原因在于硅片价格较高。这样一来，便导致了太阳能电池的发电成本高居不下，仅就成本这一项，其与普通的电力发电策略便无力竞争。在这种情形之下，经研究分析可知，采用晶体硅薄膜物质来替代体硅材料，能够将太阳能发电成本拉低，这就为太阳能发电项目的推广应用提供了土壤。

1 晶硅薄膜的制备

1.1 晶硅薄膜制备的实施背景研究

在全世界光伏市场上近九成的市场份额是由晶体硅电池所占据，其中，包括了单晶硅电池与多晶硅电池等等，硅基薄膜电池在其他市场份额中有主导地位。晶体硅电池效率很高，因为制备过程需要很高温度的工艺，因此生产成本限制了其发展。而非晶硅电池虽然成本低廉但是市场上销售的非晶硅电池效率只有8%，并且存在着光致衰退的效应也影响着电池的稳定性。在太阳能电池成本缩减要求的驱动下，国内光伏产业项目有着实质性的进步，而且，虽然HIT太阳电池本身的成本降低了，但其效率较高、性能稳定，现在已经成为了国内外光伏领域研究的热点。

1.2 分析晶硅薄膜的主要制备方法

从总体情况来看，在项目研究中或是实践过程当中，较为常用的制备晶硅薄膜的方法有：常压化学气相沉积（简称：APCVD方法）、低压化学气相沉积（LPCVD方法）、等离子体增强化学气相沉积（PECVD方法）。其中，CVD技术的主要特点表现在，其底部附着一层薄膜，整体的化学稳定性较弱，容易得到一种具备明显梯度的沉积状态的化学物质。此外，CVD技术工艺是在较低压力和温度下进行的，不仅用来增密炭基材料，还可增强材料断裂强度和抗震性能是在较低压力和温度下进行的。

1.3 几种晶硅薄膜制备方法的对比分析

常压化学气相沉积方法的优势在于，该方法的反应器结构简单，而且，沉积的速率较快，往往在低温的条件下也可以沉积，其弊端在于易形成粒子污染，且阶梯覆盖能力较差。相对而言，低压化学气相沉积方法的优势更为突出，其有着高纯度、阶梯覆盖能力强、产量高等方面的技术优势，适用于大规模的晶硅薄膜生产，但此种方法的低沉积速率不佳。此外，等离子体增强化学气相沉积方法的低温制备状况较为稳定，且高沉積的速率优良，同低压化学气相沉积方法一样，该方法的阶梯覆盖性较为良好，但其也存在粒子污染的情况，甚至会有一定的化学污染[1]。总之，三种晶硅薄膜制备方法各有利弊，需要在实践过程中，具体问题具体分析，并采取最佳的技术手段，来制备晶硅薄膜物质。

1.4 晶硅薄膜制备方法的具体操作

采用多腔室的射频等离子体增强化学气相淀积技术制备非晶硅薄膜。气体总流量为60sccm，射频功率为10W，沉积气压为80Pa，加热温度为300-500摄氏度。分别在载玻片上和抛光硅片上沉积非晶硅薄膜研究其光电特性和结构特性。薄膜的透射率利用7-CSPEC光谱性能测试系统测得，在室温下利用傅立叶红外吸收光谱研究薄膜的微结构[2]。

2 晶硅薄膜在太阳电池中的实际运用

从具体的应用过程来看，应用了晶硅薄膜的太阳电池的重量较轻，晶硅薄膜应用与太阳电池中，促使太阳电池的抗辐照性增强。此外，将晶硅薄膜应用与太阳电池中，使其耐高温特性极佳。

2.1 应用了晶硅薄膜的太阳电池的重量较轻

从技术的角度来看，在不锈钢的衬底或是聚脂薄膜的衬底上制备非晶硅薄膜电池，其有着重量较轻且柔软的特性，同时，其所具备的高“比功率”特性也十分突显。从具体的数据分析内容来看，在不锈钢的底衬上的“比功率”能够达到近每公斤1000W左右，如若将其转移至聚脂薄膜衬底上，其最高的“比功率”甚至可以达到每公斤2000W。除了其“比功率”性能有所增强以外，鉴于聚脂薄膜衬底较薄，且便于携带，所以，将其用于实际的项目中，能够在一定程度上缩减必要的运输成本，还可以有效利用空间[3]。

2.2 晶硅薄膜应用于太阳电池中，促使太阳电池的抗辐照性增强

由于宙射线粒子的辐射不会影响非晶硅太阳电池中载流子的迁移率，但是，它却能大大减少晶体硅太阳电池和砷化镓太阳电池中少子的扩散长度，这样一来，就促使太阳电池具备了极佳的稳定性，与此同时，多结的非晶硅太阳电池比单结的具有更高的抗辐照能力[4]。

2.3 将晶硅薄膜应用于太阳电池中，使其耐高温特性增强

从理论上来分析，非晶硅材料的光学带隙通常大于1.65eV，有相对较宽的带隙，所以，非晶硅材料比单晶硅和砷化镓材料有更好的温度特性[5]。而且，在同样的工作温度下，非晶硅太阳电池的饱和电流远小于单晶硅太阳电池和砷化镓太阳电池。

3 结束语

总而言之，通过分析晶硅薄膜的制备，能够了解到制备过程的核心操作要点，且通过对热丝CVD沉淀的研究，利用相关技术制备了硅薄膜p-n结，从而得到诸如单晶硅片对多晶硅片薄膜有序生长诱导因素等方面的相关结论内容，并在诸多相关联的反应之下，促使其形成一种复杂的多面体晶体材料。从现实的角度来看，将晶硅薄膜运用到太阳电池之中，能够有效提升太阳电池的总体性能。

参考文献

[1]齐晓光，杨瑞霞，雷青松，等.P型非晶硅薄膜制备及其在HIT太阳电池中应用[J].人工晶体学报，2014，2（2）：282-284.

[2]陈培专，侯国付，张建军，等.基于一维光子晶体的新型背反射器及其在非晶硅薄膜太阳电池中的应用[J].物理学报，2014，7（7）：310-313.

[3]孙红尧，傅宇方，陆采荣，等.海港工程浪溅区和水位变动区结构的防腐蚀技术回顾[J].腐蚀与防护，2011，9（9）：719-720.

[4]陈冠雨，郑凯波，莫晓亮，等.ZnO/TiO2复合纳米材料的制备及其在染料敏化太阳电池中的运用[J].真空科学与技术学报，2010，6（6）：623-625.

[5]沈文忠.面向下一代光伏产业的硅太阳电池研究新进展[J].自然杂志，2010，3（3）：138-142.