文 献 综 述

1．课题背景

地球表面接受的太阳能辐射能够满足全球能源需求的1万倍。地表每平方米平均每年受到的辐射可生产1700kWh电能^[1]。国际能源署数据显示，在全球4%的沙漠上安装太阳能光伏系统，就足以满足全球能源需求。太阳能光电转化效率的卡诺极限为95%^[2]，相比于目前产品最高20%的转化率，其研究发展空间非常巨大。

由于常规能源的大量使用所导致的气候变暖和生态恶化等问题变得越来越严重。因此清洁、无污染、可重复利用的新能源越来越引起人们的重视。由于太阳能具有无污染、低成本、不受场地限制等优点，在核能、风能等新能源中极具前景。非晶硅电池具有制备工艺简单，制备温度低，耗材少，能沉积在廉价的衬底上等特点，已成为人们研究的热点^[3]。

2. 太阳能电池的工作原理

太阳电池一般是半导体材料构成的 PN 结。其主要工作原理为：PN 结内部原子中的价电子在光照的条件下，吸收能量超过其禁带宽度 Eg 的光子，获得能量脱离共价键的束缚从价带激发至导带，进而在 PN 结中产生许多处于非平衡状态的电子-空穴对，这些非平衡态的电子空穴对一部分会在半导体中迅速碰撞复合恢复到平衡态，另一部分可能运动到 PN 结内建电场区，进而在电场的作用下部分非平衡载流子会在结区发生漂移，形成与内建电场方向相同的光生电流以及与内建电场方向相反的光生电场外特性。从外电路来看，即 P 区为正极，N 区为负极，一旦接通负载，则实现发电的功能^[4]。（如上图所示）

3．非晶硅太阳电池的研究背景

作为一种光伏器件,非晶硅太阳电池载流子的产生机理具有特殊之处。非晶硅半导体具有比晶体硅高一个数量级的光吸收系数，一个微米厚的非晶硅就能将阳光中的90%的能量吸收，而晶体硅需要100到300微米，这一特性决定了柔性非晶硅太阳电池具有极大的质量比功率的可能性。非晶硅太阳电池是一种迁移型电流电池，光生载流子借助于本征层内强大的电场驱动(gt;10^4V/cm)作迁移运动到达n区或者p区，形成电流。有多少载流子能成为光电流，即所谓的内量子效率，主要取决于结内电场强度。这完全不同于晶体硅太阳电池，后者的光生载流子是依靠其扩散运动进入空间电荷区，形成光生电流，有多少光生载流子能成为光电流，主要取决于少子的扩散长度，因此，后者又可称为扩散型电流电池。由于产生电流机理的差异，使得非晶硅太阳电池在空间辐射环境下的使用十分有利，并在实际应用中显示出独特的优势^[5,6]。

3.1最高的质量比功率

太阳电池组件的质量比功率大小，除了取决于太阳电池的效率外，关键是基底的质量，美国的ECD公司，采用不锈钢做基底制造的非晶硅太阳电池组件，质量比功率600W/Kg，美国联合太阳能公司为NASA研制和生产的以耐高温聚合物Capton为基体的非晶硅太阳电池质量比功率可以达到2500W/Kg^[7]。