光電薄膜

傳統的晶體硅技術(x-Si)需要大量昂貴的材料，而且將單個電池連接在一起需要額外的復雜性和成本。然而，競爭對手的技術是在玻璃或金屬基板上沉積極薄的光伏材料薄膜。薄膜器件使用的材料相對較少(它們的厚度在微米范圍內，而不是晶體硅所需的數百微米范圍內)，*它們不需要復雜的電池互連，而且它們特別適合大規模生產技術。它們的厚度允許沒有被吸收的光子完全穿過光伏材料，這提供了兩個特殊的機會。它們的半透明意味著它們可以

放置在窗戶上，使建筑玻璃成為照明和照明的提供者

*比較而言，一根頭發直徑約為100µm。

光電薄膜 493年

電力。它們還可以用于多結串聯電池，在這種電池中，不同波長的光子被設備的不同層吸收。

為了獲得這些非常理想的特性，薄膜電池的效率不如x-Si，特別是當它們不用于串聯器件時。雖然對于傳統晶體硅來說，大幅降低組件成本的可能性不大，但使用薄膜技術來提高效率和大幅降低成本仍有許多機會。許多人認為，薄膜將是未來光伏技術的主導。

相應要求非晶硅

當今幾乎所有的薄膜技術都是基于非晶(玻璃)硅(a-Si)——也就是說，硅中原子的排列幾乎沒有秩序。由于它不是晶體，一個硅原子以精確定義的方式與四個相鄰的原子結合的有組織的四面體結構并不適用。雖然幾乎所有的原子都與其他四個硅原子形成了鍵，但仍有許多“懸垂鍵”，其中沒有任何一個價電子與之相連。這些懸空鍵缺陷充當復合中心，使光產生的電子在能移動很遠之前與空穴重新結合。

1969年，一個英國團隊偶然發現了將硅制成一種體面的光伏材料的關鍵，他們注意到硅烷氣體SiH4被電子流轟擊時會發光(Chittick et al.， 1969)。這導致了他們的關鍵發現，通過將非晶硅與氫合金，缺陷的濃度可以降低約三個數量級。這些合金中氫原子的濃度大約是1 / 10，所以它們的化學成分大約是Si0.9H0。１ ． 此外，硅氫合金的結果，指定為a-Si:H，很容易摻雜，以制造n型和p型材料的太陽能電池

第一個a-Si:H太陽能電池是在1976年的文獻中描述的(Carlson和Wronski, 1976)。雖然只有1%的效率，但它們的潛力很快就被認識到了。a- si:H首次商用是在1980年，當時三洋公司推出了一系列太陽能袖珍計算器。到了20世紀80年代中期，用于戶外的非晶硅光伏組件進入了市場。當它們是新的時候，效率只有5%或6%;在使用的最初幾個月里，這個比例下降到3%或4%左右。理解這種效率的不穩定性，并處理它，仍然是一個重大的挑戰。到20世紀90年代初，單結電池的效率已經穩定在10%左右，而多結電池的效率已經達到相當高的水平。

那么，p - n結是如何在非晶材料中形成的，而其原子之間的組織很少?圖8.53顯示了一個簡單的a- si:H電池的橫截面，該電池使用玻璃作為支撐上層。在下面

*有趣的是，非晶硅正在發現除光伏以外的其他產品的應用。它在黑暗中是絕緣體，但在光照下很容易導電，這一事實使得它被用于影印機、激光打印機和傳真機等光電產品。

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