薄膜太阳能电池前途光明

目前，光伏产业正处于历史上最大的爆炸式成长期当中。SolFocus公司的产品市场和户外施工主管Bob MacDonald估计，目前每年对太阳能电池的需求增长已经超过70％。

　　制约太阳能电池发展的主要瓶颈之一就是全球的多晶硅供应量。超过90％的光伏市场使用硅晶圆作为启动材料。当光子入射到硅内的结处，就会激发产生自由载流子，从而产生电流。对这些太阳能级晶圆的规格要求比IC级晶圆低；太阳能级晶圆能够容忍较高程度的污染，而且可以是单晶或多晶硅。当然，IC级和太阳能级晶圆都依赖于同样的多晶硅原材料。

　　直到最近，多晶硅供应商都主要集中在规模更大的IC市场，IC市场一直稳定地推动硅材料的价格上扬。长期以来，太阳能电池制造商都在购买IC制造商的“边角废料”，即利用硅锭的末端部分、有缺陷的硅锭以及其它的废料。

　　这种方式一直运作良好直到太阳能电池产业开始以每年超过20％的速率增长。Solarbuzz公司的市场分析人员发现，2005年多晶硅的合同价上涨了25％，虽然与此同时多晶硅的产量也增加了12％。

　　目前，硅材料是传统太阳能电池板的成本构成中最大的一块：2005年每千克硅体材料的价格约为40
美元，而每平方米的电池板一般需要使用超过2.5千克的硅材料来产生约200W的电能。既然对太阳能电池供应商和客户而言，最关键的参数是每瓦特电量的成本，那么提升价值的最佳途径之一就是从更少量的半导体中提取更多的电量。

　　与IC晶圆的制造一样，在太阳能电池制造的晶圆切割和成形过程中也会损失大量的硅。只需要对电池设计做很小的改动，就能够降低这种由切割损耗带来的制造成本。这就是Evergreen Solar公司的“线带”技术的基本思想。用两根线从熔融硅材料中拉下一薄片硅。该硅薄片能够直接用于下一步的制造，而无需进行传统硅锭所要求的锯切和成形工艺。

　　其它的方法利用修改的太阳能电池设计来减少所需的硅用量。如果只是简单地使用更薄的晶圆或在玻璃上淀积硅，就会造成成本和效率目标之间的冲突；然而，一个硅薄层允许更多的入射光简单地穿透它而不会被吸收和产生电流。所以，介于两者之间的一层多孔硅能够用作反射体，以俘获那些过去被白白浪费掉的光子。多孔硅层还可能有助于保护外延层，使其免受下方的冶金级晶圆的污染。但是IMEC的光伏项目主管Jef Poortmans认为，需要进行更深入的研究来了解外延层是否保持足够的清洁度。

　　一旦太阳能电池设计放弃体硅而采用薄膜层，那么关于使用硅的各种争论就开始变得没有意义了。虽然目前还存在供应限制，但是体硅材料容易获得，与其它的半导体相比也不贵，即便它并非产生光电流的最佳材料。此外，硅只能吸收太阳光谱中较小区域内的光；它对红外光的吸收最弱，但红外光是太阳光输出中最强的部分。

　　多结太阳能电池通过采用吸收范围不同的材料来对更大范围内的太阳光谱加以利用。例如，SolFocus采用锗衬底来吸收红外光，并添加GaAs和InP层来吸收蓝光和紫外光，以用于航空领域。

　　不幸的是，多结太阳能电池的价格是硅电池的两倍。太空中是没有办法获得化石燃料来产生电能的，但是太阳能电池在地面应用的成本要求就严格得多。要想缩小太阳能电池板的尺寸很困难，但是通过使用透镜来聚焦太阳光，集光器能够降低给定电池板所需的半导体材料用量。SolFocus公司的多结太阳能电池能够吸收的太阳光谱范围是硅电池的两倍，而集光器能够聚焦太阳光使其强度增大约500倍。因此，只需硅电池板的半导体材料用量的1/1000就能够获得同样多的电能。