引言
      1976年卡爾松和路昂斯基報告了無定形硅（簡稱a一Si）薄膜太陽電他的誕生。當時、面積樣品的光電轉(zhuǎn)換效率為2．4％。時隔20多年，a一Si太陽電池現(xiàn)在已發(fā)展成為最實用廉價的太陽電池品種之一。非晶硅科技已轉(zhuǎn)化為一個大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，世界上總組件生產(chǎn)能力每年在50MW以上，組件及相關(guān)產(chǎn)品銷售額在10億美元以上。應(yīng)用范圍小到手表、計算器電源大到10Mw級的獨立電站。涉及諸多品種的電子消費品、照明和家用電源、農(nóng)牧業(yè)抽水、廣播通訊臺站電源及中小型聯(lián)網(wǎng)電站等。a一Si太陽電池成了光伏能源中的一支生力軍，對整個潔凈可再生能源發(fā)展起了巨大的推動作用。非晶硅太陽電他的誕生、發(fā)展過程是生動、復(fù)雜和曲折的，全面總結(jié)其中的經(jīng)驗教訓(xùn)對于進一步推動薄膜非晶硅太陽電池領(lǐng)域的科技進步和相關(guān)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重要意義。況且，由于從非晶硅材料及其太陽電池研究到有關(guān)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的典型事例，其中的規(guī)律性對其它新興科技領(lǐng)域和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也會有有益的啟示。本文將追述非晶硅太陽電他的誕生、發(fā)展過程，簡要評述其中的關(guān)鍵之點，指出進一步發(fā)展的方向。
1．非晶硅太陽電他的誕生
1．1社會需求催生a一Si太陽電池
      太陽電池在70年代中期誕生，這是科學(xué)家力圖使自己從事的科研工作適應(yīng)社會需求的一個范例。他們在報告中提出了發(fā)明非晶硅太陽電他的兩大目標：與昂貴的晶體硅太陽電池競爭；利用非晶硅太陽電池發(fā)電，與常規(guī)能源競爭。  70年代曾發(fā)生過有名的能源危機，這種背景催促科學(xué)家把對a-Si材料的一般性研究轉(zhuǎn)向廉價太陽電池應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新，這種創(chuàng)新實際上又是非晶半導(dǎo)體向晶體半導(dǎo)體的第三次挑戰(zhàn)。太陽電池本來是晶體硅的應(yīng)用領(lǐng)域，挑戰(zhàn)者稱，太陽電池雖然是高品位的光電子器件，但不一定要用昂貴的晶體半導(dǎo)體材料制造，廉價的非晶硅薄膜材料也可以勝任。
1．2非晶硅太陽電池的理論與技術(shù)基礎(chǔ)的確立
      無定形材料第一次在光電子器件領(lǐng)域嶄露頭角是在1950年。當時人們在尋找適用于電視攝像管和復(fù)印設(shè)備用的光電導(dǎo)材料時找到了無定形硒（a一Se）和無定形三硫化銻（a一SbS3）。當時還不存在非晶材料的概念及有關(guān)的領(lǐng)域，而晶體半導(dǎo)體的理論基礎(chǔ)――能帶理論，早在30年代就已成熟，晶體管已經(jīng)發(fā)明，晶體半導(dǎo)體光電特性和器件開發(fā)正是熱點。而a一Se和a一sbS3這類材料居然在沒有基礎(chǔ)理論的情況下發(fā)展成為產(chǎn)值在10億美元的大產(chǎn)業(yè)，非晶材料的這第一次挑戰(zhàn)十分成功，還啟動了對非晶材料的科學(xué)技術(shù)研究。1957年斯皮爾成功地測量了a一Se材料的漂移遷移率；1958年美國的安德松第一次在論文中提出，無定形體系中存在電子局域化效應(yīng)：1960年，前蘇聯(lián)人約飛與熱格爾在題為“非晶態(tài)、無定形態(tài)及液態(tài)電子半導(dǎo)體”的文章中，提出了對非晶半導(dǎo)體理論有重要意義的論點，即決定固體的基本電子特性是屬于金屬還是半導(dǎo)體、絕緣體的主要因素是構(gòu)成凝聚態(tài)的原子短程結(jié)構(gòu)，即最近鄰的原子配位情況。從1960年起，人們開始致力于制備a一Si和a一Ge薄膜材料。早先采用的方法主要是濺射法。同時有人系統(tǒng)地研究了這些薄膜的光學(xué)特性。1965年斯特林等人第一次采用輝光放電（GD）或等離子體增強化學(xué)氣相沉積（簡為PECVD）制備了氫化無定形硅（a一Si：H）薄膜。這種方法采用射頻（直流）電磁場激勵低壓硅烷等氣體，輝光放電化學(xué)分解，在襯底上形成a七i薄膜。開始采用的是電感耦合方式，后來演變?yōu)殡娙蓠詈戏绞?，這就是后來的太陽電池用a一Si材料的主要制備方法。
    1960年發(fā)生了非晶半導(dǎo)體在器件應(yīng)用領(lǐng)域向晶體半導(dǎo)體的第二次挑戰(zhàn)。這就是當年美國人歐夫辛斯基發(fā)現(xiàn)硫系無定形半導(dǎo)體材料具有電子開關(guān)存儲作用。這個發(fā)現(xiàn)在應(yīng)用上雖然不算成功，但在學(xué)術(shù)上卻具有突破性的價值。諾貝爾獎獲得者莫特稱，這比晶體管的發(fā)明還重要。它把科學(xué)家的興趣從傳統(tǒng)的晶體半導(dǎo)體材料引向了非晶半導(dǎo)體材料，掀起了研究非晶半導(dǎo)體材料的熱潮。我國也正是在60年代末期開始從事該領(lǐng)域的研究的。從1966年到1969年有關(guān)科學(xué)家深入開展了基礎(chǔ)理論研究，解決了非晶半導(dǎo)體的能帶理論，提出了電子能態(tài)分布的Mott一CFO模型和遷移邊的思想。
     電子能帶理論是半導(dǎo)體材料和器件的理論基礎(chǔ)。它可以指導(dǎo)半導(dǎo)體器件的設(shè)計和工藝，分析材料和器件的性能。盡管目前非晶硅能帶理論還不很完善，也存在爭議，但畢竟為非晶半導(dǎo)體器件提供了理論上的依據(jù)。
1．3半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)簡介
     固體能帶理論是把量子力學(xué)原理用于固態(tài)多體系統(tǒng)推算出來的。即，在特定的晶格和相應(yīng)的電勢場分布下求解薛定愕方程，獲得體系中電子態(tài)按能量的分布。在晶體情況下，晶格結(jié)構(gòu)具有空間的周期性，相應(yīng)的電勢場也呈周期性分布。在晶格絕熱近似和單電子近似條件下，可以求得相當準確的電子能態(tài)分布，即電子能帶結(jié)構(gòu)。晶體能帶的基本特征是，存在導(dǎo)帶與價帶以及隔開這兩者的禁帶，或者稱為帶隙。導(dǎo)帶底和價帶頂有單一的能量值，在導(dǎo)帶底以上的導(dǎo)帶態(tài)為擴展態(tài)，這些態(tài)上的電