图7  p-i-n结构的a-Si/a-Si叠层电池与a-Si/mc-Si叠层电池的光谱响应图

　　（三）微晶硅电池开路电压的研究

　　开路电压（V_OC）是影响太阳能电池转换效率的重要因素，载流子的体内复合与界面复合会减小V_OC，同时V_OC又会影响光生载流子在电池体内与界面处的复合强度。在a-Si/mc-Si叠层电池中，由于底电池微晶硅的V_OC（500～550mV）小于顶电池非晶硅电池的V_OC（800～900mV），因此，提高底电池的开压可提高整个叠层电池的转换效率。上世纪90年代研究人员多集中使用高于80%晶化率的微晶硅材料作为吸收层，电池的开压在400mV左右。2000年，Vetterl等人把微晶硅的晶化率降到60%后，使微晶硅薄膜太阳能电池的V_OC提升到520mV，Vetterl认为材料处于有微晶到非晶的相变区域可获得高的V_OC。2002年，S.Klein使用热丝化学气相沉积（HWCVD）制备了位于相变区域的微晶硅电池，V_OC接近600mV，电池的效率为9.0%。2005年，Mai在VHF中使用HWCVD处理p/i界面技术，使电池的开压普遍提高20-30mV左右，达到570mV左右，电池的效率为10.3%，Mai认为在HWCVD中不产生离子轰击，改善了p/i界面特性，降低了界面复合。van den Donker等人在PECVD沉积中通过控制硅烷的back diffusion，使用纯硅烷沉积获得了560mV的V_OC，效率为9.5%的微晶硅电池。2006年，G.Yue等人通过在VHF中调制氢稀释度技术控制微晶硅生长方向的均匀性，获得了570mV左右的V_OC。2007年，van den Donker等人通过结合HWCVD处理p/i界面技术与硅烷调制技术，在PECVD沉积中获得了603ｍＶ的V_OC，电池的效率为9.8%，由于本征层的晶化率只有32%，使本征层非晶成分增多，电流密度降到22mA/cm²。目前虽然微晶硅电池的开压已经达到600mV，但是与单晶硅电池的706mV的开压与多晶硅664mV的开压相比还有提升的空间。

　　（四）中间层技术的研究

　　目前研究人员在抑制a-Si电池衰退方面的主要研究成果是：采用织构的TCO技术，增加a-Si电池的光吸收，降低非晶层的厚度；采用氢稀释与窗口层技术，提高a-Si的稳定性与效率；采用叠层技术，减小非晶硅顶电池的厚度；采用中间层技术，提高顶电池与低电池的电流匹配。目前前三项技术已经在产业化中使用，而中间层技术尚处于实验室研究阶段，但是中间层技术可有效地解决a-Si/mc-Si叠层电池中所遇到的困难。由于为了提高a-Si/mc-Si叠层电池的稳定性，应尽可能减小非晶硅顶电池的厚度，但是这容易造成顶电池的电流密度降低，影响顶电池与底电池的电流匹配。1996年，IMT研究组提出在顶电池与底电池之间引入一层透明导电膜，例如ZnO，由于ZnO的折射率与硅层材料折射率的相差较大，这个透明导电层可以将短波光线发射回顶电池，提高顶电池的输出电流，同时透过长波光，保证底电池光吸收，如图8所示。Yamamoto 等人使用溅射ZnO作为a-Si/mc-Si中间层技术，获得了14.7%的初始转换效率；Fukuda等人在a-Si/a-SiGe/mc-Si三结叠层电池中采用了中间层技术，获得了15.0%的初始转换效率。A. Lambertz与P. Buehlmann分别使用RF-PECVD与VHF-PECVD沉积SiO_x当做中间层，同样在不增加顶电池厚度的情况下，提高了顶电池的电流密度。Myong与Söderström使用LPCVD沉积ZnO:B当做中间层，也提高了叠层电池的稳定性。

图8 左图：具有透明中间层的a-Si/mc-Si叠层电池的结构示意图，右图：有中间层与没有中间层的a-Si/mc-Si叠层电池的量子效率对比

　　三、总结

　　薄膜硅太阳能电池经过多年的发展，目前已经成为光伏产业的一个重要组成部分。本文通过回顾薄膜硅电池中一些关键技术，指出了未来硅薄膜电池的发展方向。对于光伏产品来说，进一步提高转换效率和降低成本仍然是薄膜硅电池研究的主要方向，在未来的几年里，随着一些新技术逐步成熟，薄膜硅电池将会有更大的突破。

　　四、致谢

　　本文的编写得到了保定天威薄膜光伏有限公司首席技术官麦耀华博士、副总经理黄跃龙博士的指导与支持，在此一并感谢。