硅太阳电池稳步走向薄膜化1.2.1

文章编号 : 025420096( 2006) 0520444207硅太阳电池稳步走向薄膜化收稿日期 : 2005201220卢景霄 , 张宇翔 , 王海燕 , 靳锐敏 , 张丽伟 , 陈永生 , 郜小勇 , 杨仕娥(郑州大学物理工程学院材料物理教育部重点实验室 ,郑州 450052)摘 要 : 考察了硅太阳电池在光伏产业中所处的地位 ,分析了薄膜硅太阳电池的发展趋势 。指出硅太阳电池在未来 15a 仍将保持优势地位 ,并继续沿着晶硅电池和薄膜硅电池两个方向发展 。 在此发展过程中 ,两个发展方向的主流很可能会汇合到一起 ,共同促使低成本 、 高效率 、 高可靠薄膜晶硅电池的诞生和产业化 ,从而继续保持硅太阳电池的优势地位 。关键词 : 硅太阳电池 ;薄膜硅中图分类号 : TM91414 文献标识码 : A0 引 言据 2004年发表的欧盟光伏研发路线图指出 [1 ] ,2000年常规能源和核能在能源结构中的比例大约为80 % ,可再生能源的比例为 20 % ,在可再生能源中主要是生物质能 , 而太阳能是微不足道的 。但是 ,到2050年常规能源和核能的比例将下降到 47 % ,可再生能源上升到 53 %。那时在可再生能源中 ,太阳能(包括太阳能热利用和太阳能发电 ) 将占据首位 (占总能源的 29 %) 。 特别值得指出的是 ,其中仅太阳能发电就占总能源的 25 %。 到 2100年 ,可再生能源的比例进一步增加到 86 % ,太阳能热利用和太阳能发电分别占总能源的 67 %和 64 %。 由此可见 ,本世纪内太阳能热利用和太阳能发电在能源结构中的地位将会发生巨大的变化 。 虽然不同渠道的预测数据不尽相同 ,但是本世纪末太阳能热利用和太阳能发电将处于优势地位是大家的共识 ,差别仅在于过程演变的快与慢 ,以及优势到何等程度 [2 ,3 ] 。众所周知 ,电能是使用和输送最方便 、 最安全 、最快捷的能量形式 。人类社会在沿着机械化 、 电气化和自动化道路发展到当今的信息化时代的过程中 ,电能在总能源消耗中所占的比例 ,即电气化率不断增加 ,并成为社会文明程度的标志之一 。 1970 年～ 1995年的 15年间 ,世界总能源消耗从 37117 亿吨标油增加到 59111 亿吨标油 ,增长了 5910 %。电气化率则从 1011 % 增加到 1613 % ,提高了 6113 %。 发达国家的电气化率比发展中国家高得多 ,例如 1971年日 本 、 美 国 和 中 国 的 电 气 化 率 分 别 为 1316 %、1010 % 和 510 % ; 1993 年 上 述 3 国 分 别 增 加 到2116 %、 1716 % 和 1010 %[4 , 5 ] 。 进入 21世纪 ,电气化率将会进一步的提高 。光伏发电以取之不尽 、 用之不竭的阳光为源泉 ,发电时无噪声 、 无污染 、 维持费用小 ,是名副其实的 “绿色电力” 。尽管目前光伏发电存在一些不尽人意的地方 ,但太阳电池仍然获得了少见的 、 连续多年的高速发展 。近 10a (1994～2003) 平均增长速度为 29112 %。 近 5a (1999～ 2003)平均增长速度为 36192 %。 2003年太阳电池的产量是 1993年的 12135 倍 ,是 1998 年的 4179倍 [6 ] 。 上述情况足以说明光伏发电已经得到人们高度的重视 ,也从一个角度解释了未来太阳能发电将在世界总能源中处于绝对优势地位的原因 。本文首先回顾和考察硅太阳电池在光伏产业中所处的地位 ,然后探讨晶硅电池和薄膜硅电池的发展趋势 。1 未来 15a 硅太阳电池仍处优势地位上世纪七十年代初 ,太阳电池开始转入地面应用阶段时 ,用半导体级的单晶硅材料制造地面用的太阳电池成本高 、 耗费硅材料多 ,难于走向大规模应用 。 因此 ,当时投入了很大的力量开始探索用于地面的太阳电池的新材料 ,诸如太阳级单晶硅 、 多晶硅 、 带硅 、 薄膜多晶硅 、 非晶硅以及各种各样的非硅第 27 卷 第 5 期2006年 5 月太 阳 能 学 报ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICAVol127 , No15May ,2006材料 ,30a 过去了 ,尽管非硅太阳电池的研究工作也取得了突出的成绩 ,例如 CdTe 电池和 CuInSe电池已进入中试和小规模生产阶段 ,但是从 1990 年到现在 ,硅太阳电池的产量一直占商品电池总量的 99 %左右 ,处于绝对优势地位 。据欧盟光伏研发路线图估计 ,2020 年硅太阳电池将占 80 % 以上 ,仍处于优势地位 ,其中晶硅电池仍占 50 %左右 [1 ] 。太阳电池长期呈现上述局面是由众多因素决定的 ,也是由于硅电池特别是晶硅电池的众多优点所决定的 。 诸如原材料资源丰富 、 光电转换效率高 、 光电性能的稳定性和可靠性好 、 工艺技术成熟 、 不含有毒元素 、 不对环境造成污染 、 市场接受程度高等 。因此 ,除了非硅材料出现重大突破外 ,未来 15a 硅电池仍将在光伏市场占据优势地位不容置疑 。2 晶硅太阳电池的薄层化当前国际市场太阳电池供不应求 ,销售价格上涨 。 但是 ,晶硅电池成本高 、 消耗硅资源多 ,很难适应未来大规模应用的要求 。如果 1MW 太阳电池平均消耗硅原料 13t , 生产 500MW 太阳电池就需要6500t 以上硅原料 。然而可供利用的电子工业的废次硅单晶等满足不了此要求 ,导致近 10a来用于太阳电池的硅原料的平均成本逐步增加到 27 ＄ Pkg ,并且还在继续上涨 [7 ] 。 2003年美国家庭住宅并网发电系统价格和晶硅电池组件价格分别为 615～ 810 ＄ PW 和 310 ＄ PW[6 ] , 组件离 1 ＄ PW 目标也还很远 。从德国 2kW 光伏屋顶系统成本组成来看 ,太阳电池组件成本占系统成本的 68 %。晶硅电池组件成本中 ,硅片 、 电池加工和组装 3 部分分别占组件成本的39 %、 21 %和 40 % ,上述 3 个环节中的材料成本共占组件成本的 60 %左右 [1 ] 。由此可见 ,降低光伏系统的成本首先要降低组件成本 ,而降低组件成本首先要降低材料成本 ,特别是晶硅材料成本 。为了解决此深层次的矛盾 ,从晶硅电池的研究角度来说一直在做两方面的工作 :一是提高光电转换效率 ,二是薄层化 (或薄片化 ) 。上世 纪 九 十 年 代 澳 大 利 亚 新 南 威 尔 士 大 学M1A1Green教授领导的小组使单晶硅和多晶硅电池的效率创纪录地达到 2417 %和 1918 %[8 ,9 ] ,这有力地推动了晶硅电池的研发和生产 。近年来单晶硅电池批量生产的效率已达到 18 %～ 21 %。例如 ,2003 年Sanyo 公司宣布 10 × 10cm2 HIT 电池的效率为 2110 % ,80× 120cm2 组件的效率为 1814 %。同年 Sharp公司报告 5 × 5 英寸 2 方形电池的效率为 1714 %[10 ] 。 Sun2Power 公司批量生产的大大简化的点接触电池达到20 %效率 。德国 FraunhoferISE 采用激光熔焊接触(LFC)的 n+2n2p + 电池达到 2113 %效率 [11 ] 。多晶硅电池的效率也紧跟其后达到 15 %～ 18 % ,仅差 3 个百分点 。 例如 ,日本 Kyocera公司的兰电池的效率为17109 %[10 ] 。 FraunhoferISE2004 年 7 月报道 ,经过两年攻关在世界上率先使多晶硅电池的效 率 达 到2013 %[12 ] 。 在上述进展的基础上 ,未来 15a 内晶硅电池实现 20 %左右效率的商业化生产是完全可以实现的 。为了保持高效率 ,晶硅电池的基片究竟要多厚 ?按 M1A1Green计算的硅太阳电池极限效率的结果 ,厚度为 80μ m 就可以达到硅电池的峰值效率 2818 % ,即使减薄到 1μ m 仍可达到 24 %。如果计及表面复合等因素 ,限定开路电压为 600mV ,那么 400μ m 和1μ m 的硅电池仍可达到 2119 %和 1611 %效率 [8 ] 。 BP公司的实验工作指出 ,CZ2Si 减薄到 140μ m 时对效率不造成附加损失 [13 ] 。 ECN Solar Energy指出 ,mc2Si 从325μ m 减薄到 175μ m , Jsc 和 Voc 仅分别下降 115 %和215 %[14 ] 。 德国 FraunhoferISE厚度为 75μ m LFC 电池效率仍高达 2113 % ,37μ m 厚的 LFC 电池为 2012 %。该工艺不存在基片变形问题 ,特别值得注意的是这种薄片不是常规线锯加工的 ,而是采用新切片方法加 工 的 [11 ] 。澳 大 利 亚 Origin Energy Solar Pty 将Φ 150mm,厚度 1mm 的 硅 片 , 切 成 100mm × 1mm ×50μ m 极薄的细硅条 ,并沿长度方向形成 p2n 结构 。由细硅条组成的 560cm2 组件的效率为 1213 %。制造 1MW 这种电池仅需 111t 硅原料 ,比常规方法节省90 %[7 ] 。 据报道厚度为 200μ m 薄硅片已实现商业化生产 。 例如 ,瑞士 HCT公司 2003年已实现 200、 150、100μ m 薄硅片的切割 ;2004 年已试产厚度为 200μ m ,125 × 125mm2 和 150 × 150mm2 面积的硅片 [15 ] 。上述理论和实验两方面的工作使我们看到了薄层化与高效率相结合的希望 。 薄片化的硅太阳电池的效率明显优于带硅电池 ,如果此法能够适合工业化生产 ,它将是大幅度节省硅资源的又一条崭新的道路 。薄层化现已步入工业生产阶段的是带硅电池 ,有代表性的是 RWE Solar 公司 (原来的 ASE 公司 ) 生产的 EFG带硅电池 ,效率达到 15 %左右 。近来美国乔治亚技术学院 ( Georgia Inst1Tech1) 在 300μ m 厚的5 期 卢景霄等 :硅太阳电池稳步走向薄膜化 445 EFG和 StringRibbon 硅上 ,用光刻法制备前接触电极的 n +2p2p + 电池 ,效率为 1812 %和 1719 %;在 HEM 、 EFG和 String Ribbon硅上 ,用丝网漏印法制备的 n +2p2p + 电池 ,效率为 1619 %、 1611 %和 1519 % ,均达到了比较高的效率 [16 ] 。3 薄膜硅太阳电池的批量生产迄今为止硅太阳电池都是靠 p2n 结的光生伏特效应工作的 。 从原理上看电池性能的高低主要取决于入射阳光能被吸收多少 ,光生载流子是否能有效地产生并被收集 ,具体地则由材料 、 器件结构和工艺技术的优劣而定 。单晶硅材料光吸收系数比较低 ,通常采用 250μ m 以上厚度保证入射光的绝大部分被吸收 ;因为材料的光电性能优良 ,即使采用最简单的p2n 结构 ,也可以在结两侧有效地产生和收集载流子 ,并获得较高的效率 。多晶硅材料通过柱状结晶工艺 、 氢钝化晶粒间界 、 磷吸杂 、 表面钝化和减反射等工艺处理后也可以达到接近单晶硅材料的效果 。但是薄膜硅材料却有着与体晶硅材料不同的特征 ,有的甚至是截然不同的特征 ,这些特征正是我们制备薄膜硅电池时 ,需要反复思考和认真对待的问题 。不管哪一种薄膜硅电池应能做到 : ① 电池效率在10 %左右 ; ② 基本上没有光致衰减 ,光电性能稳定 、可靠 ; ③ 成本比晶硅电池大幅度下降 ,并有实现 1 ? PW 以下目标的潜力 。 一旦这些要求达到了 ,就容易被市场接受 ,逐步替代晶硅电池 。下面具体分析不同类型的薄膜硅电池 :1)非晶硅电池非晶硅材料与晶硅材料完全不同 ,光吸收系数高 ,但是光电性能差 。前者决定不到 1μ m 厚的薄膜就足以吸收入射阳光 。后者决定了必须采用 p2i2n电池结构 ,并且效率比较低 。掺氢解决了掺杂的困难 ,但又出现光致衰退效应 。非晶硅电池八十年代首先实现商业化生产 ,并一度占有市场 40 %的份额 [17 ] 。 但是 ,光致衰退和效率偏低两大难题使其市场份额从九十年代开始一路下滑 ,直到 2003 年的314 %。 近年来在 a2Si: H 方面的主要工作是抑制光致衰退和提高薄膜沉积速度 。不同研究组对光致衰退已提出多个模型 。虽然见解不一 ,但共同点是都认为光致衰退与硅薄膜中氢的含量有关 。 实验工作中已采取了一些可以避免或缓解光致衰退的措施 :① 实验已证实 μ c2Si (p2i2n) 电池没有光致衰退效应 ,因此制造 a2Si: HPμ c2Si: H 串结电池不仅可以在一定程度上缓解光致衰退效应 ,而且还可以扩展光谱响应带宽 。这种电池结构由 Neuchatel大学发明 ,并由 Kaneka公司首先实现商业化生产 。目前Kaneka公司 1cm2 电池初始效率为 1417 % ,4141cm2组件初始效率为 1314 %。 IMT Neuchatel 在 014cm2电池上获得 1018 %的稳定效率 ,24cm2 组件稳定效率为 918 %。 Canon公司的杰出成绩在于 :800cm2 卷装 (roll2and roll) 不锈钢柔性衬底上的 a2Si: HPμ c2Si:HPμ c2Si :H 三结电池的初始效率为 1314 %[18 ] 。当前巨大的研发力量正注入在串结电池上 ,它可能成为a2Si :H 电池的主流 ,并具有发展到 15 %效率的潜力 ;② 采用 a2Si:HPa2Si:Ge: H 串结结构也有类似的抑制光致衰退和扩展光谱响应带宽的作用 。 UnitedSolar Systems公司在不锈钢柔性衬底上生产的 70Wa2SiPa2SiGePa2SiGe 三 结 电 池 组 件 达 到 715 % 的 效率 [19 ] 。 但是 ,此类电池涉及 Ge 的资源问题 ;③ 美国宾州大学 R1W1Collins 等人总结了 1998年以来对硅薄膜生长过程研究的结果 , 指出采用PECVD 低温工艺制备的硅基薄膜的微结构和相与膜厚及氢稀释比之间关系密切 ,并给出了连续变化的相图 [20 ] 。 根据这一结果可以使薄膜硅沉积在单一相 (a2Si) 与混合相 ( a2Si +μ c2Si: H) 的过渡区 ,称为“ Protocrystalline” ,它的最大好处就是光致衰退效应小 。 葡萄牙与中国学者合作在上述过渡区沉积 i 层所制备的 p2i2n 电池初始效率为 8151 % ,稳定效率仍有 8101 % ,衰退仅 6 %[21 ] 。然而 M1A1Green指出 :近来现场考核测试结果表明 ,三结 a2Si 电池组件效率在现场放置 3mon 后仍衰退 22 % ,即从 614 %减少到 510 %;a2SiPμ c2Si 串结电池衰退 19 % ,从 817 %减少到 710 % ,这是值得注意的现象 [22 , 23] 。关于提高薄膜沉积速度方面 ,AIST 发展了甚高频 (VHF) PECVD 沉积法 ,采用高频 (70～ 100MHz) 、高沉积气压 ( > 7Torr) 、 高功率密度 ,不仅可以明显地提高薄膜 Si 的沉积速度 ,从 011nmPs 提高到几 nmPs,而且可以改善 μ c2Si 电池可见 — 红外波段的光谱响应 [24 ,25] 。三菱重工 (MHI) 采用 60MHz VHF PECVD 法制备 的 2000cm2 面 积 的 a2SiPμ c2Si 串 结 电 池 达 到1112 %的初始效率 [18 ] 。2) 薄膜多晶硅电池446 太 阳 能 学 报 27 卷这里说的 “ 多晶硅” 实际上包括纳晶硅 (nc2Si) 和微晶硅 (μ c2Si) ,是一个泛称 ,因此也常常简称为薄膜晶硅电池 (thin film c2Si 或 TF c2Si) 。薄膜晶硅材料的特点正好与非晶硅材料相反 ,光电性能好 ,但是光吸收系数低 ,如果添加精心设计的陷光结构 ,可以获得比较高的效率 。 普遍认为薄膜晶硅电池既有晶硅电池良好的光电性能 ,又有非晶硅电池的低成本优势 ,是未来薄膜电池最看好的候选者之一 [26 ] 。 1979年前后美国南方教会大学 T1L1Chu 就已经采用射频加热 ( > 1000 ℃ ) APCVD 法 热 分 解 氯 硅 烷 , 在 9 ～10cm2 的石墨衬底上沉积的薄膜多晶硅电池达到了915 %的效率 [27 ] 。 25a过去了 ,薄膜多晶硅电池仍未取得突破性的进展 ,更未形成规模化的工业生产 。从薄膜多晶硅电池的高温工艺来说 ,似乎关键仍在于如何获得廉价的 、 可以承受直到硅熔点温度的衬底 ,以及如何阻挡衬底中杂质扩散到电池中 。从目前沿用的非晶硅电池的低温工艺路线来说 ,如果暂时撇开光致衰退不谈 ,薄膜晶硅电池组件的效率并不比非晶硅电池高多少 ,这说明薄膜晶硅材料光电性能好的潜在优势并未发挥出来 。关键在于为了迁就廉价低温衬底 ,采用的常规的 PECVD 工艺很难获得晶粒大 ,沉积速度快的晶硅薄膜 。因此 ,研制薄膜晶硅电池时 ,在借鉴现有技术的同时 ,还必须注意自身的特殊矛盾 。目前 ,薄膜晶硅电池的研究方向我们按处理温度的高低划分为 3 类 :低温工艺 、 中温工艺 、 高温工艺 。 3 种工艺近期的进展如下 :① 低温工艺 :近期主要是致力于提高效率和沉积速度 。 日本 AIST 采用 70～ 100MHz 的 VHF 等离子体 ,当沉积压大于 7Torr 时 ,可高速 ( > 2nmPs) 生长高质量的薄膜 ,J sc 增大 50 % ,0125cm2 的 p2i2n 单结电池效率为 9113 %[24 , 25] 。德国 IP ,Julich 在 10 × 10cm2和 30 × 30cm2 两种尺寸的玻璃上制备了带织构的ZnO。 采用低温 、 高功率 、 高沉积压 、 高速的 PECVD法制备了 p2i2n 单结 μ c2Si: H 电池 ,总厚度小于 3μ m时沉积时间不足 1h ,效率分别为 813 %和 713 %。其中 10 × 10cm2 电池经过 1000h 光照后 ,仍具有 812 %的效率 [28 ] 。 此外采用热丝法和金属诱导固相晶化法的低温工艺路线也取得一定进展 。例如 TokyoInst1 Tech1 采用 HW2Cell 法和 photo2CVD 法制备了 p2i2n 结构的 μ c2Si:H 电池 ,玻璃加热 150 ℃ ,热丝温度1800～ 2100 ℃ ,沉积速度约 013nmPs ,电池效率达到了 610 %[29 ] 。② 中温工艺 : 中温工艺采用较高的沉积温度和固相晶化温度 ,此法不仅能化解 PECVD 法沉积 μ c2Si :H 电池时 ,薄膜质量与沉积速度之间的矛盾 ,而且能得到更大的晶粒尺寸 。 M1A1Green 帮助发展的由 Pacific Solar 公司 P1A1Basore 等人推出的 n+2p2p +薄膜晶硅电池 (CSG) 就是一个突出的例子 。 660cm2电池组件的效率为 812 % ,已通过 IEC61646标准认证 ,并做了室外稳定性考核和环境加速试验 。预计规模生产组件的成本约 1125 ＄ PW ,发电系统售价为3 ＄ PW[22 ,23 ,30 ,31] 。 CSG电池主要是改善了多晶硅薄膜的质量 ,并要求形成柱状结晶 ,它继承了晶硅电池效率高的最基本的特征 。由此可见 ,中温工艺是现阶段研制多晶硅薄膜电池行之有效的工艺路线 ,值得重视 。③ 高温工艺 : 这一方向的优势是多晶硅材料晶粒大 ,可以达到毫米级或厘米级 ,因此光电性能好 ,光电转换效率可以做得比较高 (例如 ≥ 15 %) ;制备薄膜时不需要真空室 ,易形成大批量 ;沉积速度快 ,生产周期短 ,生产效率高 ;沿用的半导体工业的外延工艺 ,技术成熟 。但是 ,高温工艺的致命的问题是 ,一直没有解决好廉价的 、 耐高温的衬底制备技术 ,因而就难于形成规模化大生产 。此外 ,高温加热耗能较多 。 高温工艺要求衬底能承受直至 1420℃ 的高温 ,化学和机械热稳定性好 ,热胀系数能与硅匹配 ,价格要低廉 。 目前可供选择的有 : l 低成本硅衬底 ,如冶金硅 (MG2Si) 和带硅 ( Si2Ribbon) 等 ; m高温玻璃和石墨 ; n 铝基陶瓷 ,如 alumina(Al 2O3 ) 、 SiAlON 和mullite (3Al2 O322SiO2 ) 等 ; o 硅基陶瓷 ,如渗硅的碳化硅 (SiSiC) 和 SiN 等 。 由于衬底的研制是一项至关重要的工作 ,所以近年来一些研究单位把工作重点放在了此方面 。 目前欧盟有几个小组在研制带式浇铸(tape cast) 的陶瓷衬底 ,如 mullite 、 SiN等 。它有可能达到 115m的宽度 ,大批量生产的成本估计在 30～ 50欧元 Pm2 , 符 合 低 成 本 的 要 求 [32 ] 。此 外 由 冶 金 硅(MG2Si) 生产的带硅 ( Si2Ribbon) 也能符合低成本的要求 。采用高温工艺制备薄膜多晶硅电池已获得的进展如下 :比利时 IMEC 用 CVD 法在低成本硅衬底上制备的外延电池的效率为 :p + 2RGS2ribbons 衬底是1014 %,p+ 2EFG衬底是 1312 % ,p+ 2SILSO 衬底 (100cm2)是 1312 % ,p + 2UMG SI衬底 (100cm2 ) 是 12 % ,p + 2SSP衬底是 1312 % ,mullite 衬底结合铝诱导晶化的效率5 期 卢景霄等 :硅太阳电池稳步走向薄膜化 447 是 4 %[32 ] 。 Astropower公司曾在陶瓷衬底上研制成功效率为 1616 %的薄膜多晶硅电池 ,并率先批量生产过商业化组件 ,但近况不详 。近年来德国 Fran2hoferISE 在 SIMOX 片 (FZ2Si 片 ,并用离子注入法在表面下方注入氧 ,形成 SiO2 隔离层 ) 上外延制备的电池效率为 1912 % ,在渗硅的碳化硅 (SiSiC) 上制备的电池效率为 913 % ,用 SiC涂复石墨衬底制备的电池效率为 1110 %[33 ] ,在铝基陶瓷 SiAlON上制备的电池效率为 515 %[34 ] 。 由此看来高温工艺离预期的高效率还有一定距离 。多晶硅电池通过柱状结晶 、 钝化和吸杂 3 项关键工艺措施能够达到与单晶硅电池相近的效果 。依据这一经验 ,薄膜多晶硅电池努力解决好晶化 、 钝化 、 吸杂和陷光等环节 ,也一定能够达到与单晶硅膜剥离技术制备的电池以及薄片化晶硅电池相近的水平 ,真正发挥出薄膜多晶硅电池的潜在优势 。3) 单晶硅膜剥离工艺 (lift 2off)近年来发展起来的单晶硅膜剥离技术 ,工艺构思巧妙 ,真正是把高质量晶硅膜与廉价的低温衬底结合在一起了 。 比利时 IMEC 用阳极氧化法从单晶硅衬底上剥离了 10 × 10cm2 单晶薄膜 ,用 CVD 法外延生长 20μ m 活性层 ,电池效率达到 12% , Isc 为 33mAPcm2 [32 ] 。 2002年德国 IPE 将剥离的 Φ 80mm单晶硅膜转移到玻璃衬底上 ,相应的电池效率为 1616 %;2003年采用塑料薄膜衬底时 ,电池效率为 1416 %。 2004年剥离的 25μ m 厚单晶硅膜的直径增大到 100mm和150mm[35 ] 。 德国 ZAE 和 ISFH制备的 18μ m 厚单晶硅膜电池的效率达到 1313 % ,25μ m 厚单晶硅膜电池的效率达到 1514 %[36 ] 。如果把基片薄层化技术与单晶硅膜剥离技术联系在一起 ,我们似乎看到了低成本 、 高效率 、 长寿命硅太阳电池的一线新曙光 。4 讨论与结论现有的晶硅电池成本高 、 消耗硅资源多 ,很难满足未来大规模应用的要求 。因此 ,晶硅太阳电池不仅必须低成本化 、 薄层化和薄膜化 ,而且要加大研发力度 、 加快研发进度 ,才能维持其优势地位 。然而 ,当前薄层化技术 ,特别是薄膜化技术的成熟度和进展情况决定了薄膜化进程不会是很快的 。硅太阳电池只能是稳步地走向薄膜化 ,或者说逐步地走向薄膜化 。 未来的 15a硅太阳电池的发展趋势可以归纳如下 :1) 未来的 15a 硅太阳电池仍将在太阳电池中保持优势地位 ,并继续沿着晶硅电池和薄膜硅电池两个方向发展 ;2) 晶硅电池在实现 20 %效率商业化生产的同时 ,将努力探索片厚 100μ m ,甚至 100μ m 以下的薄层化的工业化方法 ;3) 薄膜硅电池在解决稳定性的同时 ,将努力实现 10 %～ 15 %效率的批量生产 ;4) 上述两个方向发展的结果很可能会共同促成低成本 、 高效率 、 高可靠薄膜晶硅电池的问世及实现工业化生产 ,为光伏发电的大规模应用奠定了坚实的基础 。[ 参考文献 ][1 ] Arnulf Jager Waldau. PVNET european roadmapfor PV R thin film silicon联系人 E2mail :jxlu @zzu. edu.cn450 太 阳 能 学 报 27 卷