硅半導體太陽能電池進展

丁光煒

（國家知識產權局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東廣州，510530）

硅半導體是一種新型的材料，在電子制造業(yè)、軍事化工等多種高科技行業(yè)中都有廣泛應用，也用來制造太陽能電池。太陽能是一種新型的自然資源，是取之不盡的可再生能源，對環(huán)境不會產生破壞，其獲取非常容易，因此被廣泛應用。下面作者將講解硅半導體材料都經歷了哪些發(fā)展變化，經歷了哪些發(fā)展歷程。

1 硅半導體太陽能電池概述

1.1 開發(fā)硅半導體太陽能電池的重要原因意義

在經濟建設的過程中，人們往往忽略了對資源的節(jié)約與環(huán)境的保護，經濟建設不能與資源環(huán)境友好地協(xié)調發(fā)展，盲目地追求經濟發(fā)展速度，卻犧牲了資源環(huán)境，這樣會使經濟出現退步，停滯不前。傳統(tǒng)的煤炭等資源產生二氧化碳等氣體，這些氣體對環(huán)境會造成污染，影響人們的身體健康問題。為了實現低碳社會，減少污染有害氣體的危害，實現污染氣體的零排放，建立資源節(jié)約型社會與環(huán)境友好型社會，解決自然資源日益枯竭的現狀，充分利用太陽能，采用硅半導體制造太陽能電視，是落實科學發(fā)展觀的重要體現。

1.2 硅半導體太陽能電池的發(fā)展現狀

目前由硅半導體為材料的太陽能電池的種類有有機薄膜型和色素增感型。有機薄膜型的有機材料以電子接受性和供給型為主，結合界面是以納米級混合而成的。其制造很少采用高真空與高溫工藝，將卷對卷的理論運用到批量生產上。以其更加方便快捷的特點，越來越受到人們的青睞。色素增感型太陽能電池主要的裝置是光電極，光電極由寬隙半導體和色素制成。

2 硅半導體材料

2.1 晶體硅類材料

晶體硅是硅半導體太陽能電池最重要的材料，晶體硅分為單晶硅和多晶硅。其在工業(yè)生產中的應用，正是基于其較高的轉換效率這一顯著特點。晶體硅太陽能電池的制造工藝流程是切片-清洗-制備絨面-磷擴散-周邊刻蝕-去除背面pn結-制作上下電極-制作減反射膜-燒結-測試分檔[1]。

2.2 單晶硅材料

單晶硅用于半導體材料的制作與太陽能光伏供熱發(fā)電，其制造流程是石英砂-冶金級硅-提純和精煉-沉積多晶硅錠-單晶硅-硅片切割[2]。最初的硅半導體太陽能電池就是采用單晶硅材料制造的，它在轉換頻率上與其它材料略勝一籌，材料制造的技術最為成熟先進，應用于高端科技領域。隨著技術的發(fā)展，轉換效率的速度越來越快速。但單晶硅制造的太陽能電池轉換效率的極限值低于正常標準水平，提高它的轉換效率極限值是很長一段時期亟待解決的問題。

我國在單晶硅太陽能生產取得了巨大成就。位于江蘇無錫的尚德太陽能電力有限公司是全球第三大光伏電池模塊生產商，晶澳太陽能公司作為中國500強企業(yè)生產的超高效電池達到世界領先水平。雖然它的轉換效率在其它晶體硅材料中占據絕對優(yōu)勢，但是受到材料價格時而高時而低的不固定，復雜的加工工藝的限制，其發(fā)展還是面臨嚴重的阻礙。

2.3 多晶硅材料

一般晶體硅材料的厚度是在350微米和450微米之間，上世紀70年代中期以節(jié)省材料為目的，開始將多晶硅沉積在價廉的襯底上。其制造流程與單晶硅較為相似，制作成本價格低廉。其制造方法主要是化學氣相沉積法，又分為等離子增強化學氣相沉積與低壓化學氣相沉積。除了常用的化學氣相沉積法，還有液相外延法與濺射沉積法。多晶硅和單晶硅制造的太陽能電池二者在轉換效率上相比較，多晶硅要比單晶硅低得很多，但這并不會影響多晶硅太陽能電池的發(fā)展，市場份額逐年增加。

多晶硅太陽能電池的發(fā)展非常可觀，可喜可賀，一次次刷新世界紀錄。挪威REC公司生產的太陽能板的轉換效率高達17%，打破了我國浙江無錫的尚德太陽能電力有限公司生產的15.6%轉換效率的太陽能電池組件。隨后日本三菱電機更是將轉換效率發(fā)展到19.1%，是目前為止世界太陽能電池領域最轉換效率[3]。這項研究成果得到了全世界的廣泛矚目，得到世界各國的廣泛關注。其工藝簡單，無污染且成本低，廉價無毒，將會有更廣闊的發(fā)展空間。

2.4 非晶硅材料

非晶硅太陽能電池在1976年拉開序幕，其技術一直在進步。在不改變物理性質的條件下，將不同化學特性的物質沉淀在不同斷層。生產成本與其它材料相比的最低的，具有無污染、工藝簡單等特點，歐瑞康太陽能公司在非晶硅太陽能電池方面占據領先地位。

3 硅半導體太陽能電池的未來發(fā)展

根據世界權威部門預測，未來太陽能光伏發(fā)電在總電力的比重越來越大，到2040年比重達到20%，近幾十年光伏發(fā)電的增長率將會發(fā)展到在25%-30%之間。在硅半導體太陽能電池將會成為全球最寶貴的能源之一。

結語：由上述可知，開發(fā)硅半導體太陽能電池是建立資源節(jié)約型社會和環(huán)境友好型社會，解決資源日益枯竭，落實科學發(fā)展觀，使其與經濟建設協(xié)調發(fā)展的必然要求。硅半導體材料主要有晶體硅類材料、單晶硅材料、多晶硅材料、非晶硅材料三種。未來光伏發(fā)電將會成為電力能源發(fā)展的主流，將會在全球大范圍運用。

[1]沐俊應,徐娟,粱氏秋水,朱宏偉,陳振興.有機薄膜太陽能電池的研究進展[J].電子工藝技術,2007,02:93-96.