１.前言

    如果問人類在２１世紀面臨的最大挑戰(zhàn)是什么，答案肯定是環(huán)境污染和能源私有制。這兩個問題已經(jīng)變成高懸在人類頭頂上的達摩克利斯利劍。人類在努力尋找解決這兩個問題方法時發(fā)現(xiàn)，太陽能的利用應是解決這兩個問題的最好方案。

    太陽能是地球上取之不盡的能源。人類利用太陽能的想法由來已久，最早是將它轉(zhuǎn)換為熱能加以利用，后來光伏效應的發(fā)現(xiàn)使太陽能轉(zhuǎn)化為電能成為可能，以致使太陽能利用領域更加廣闊。早在本世紀５０年代，第一個實用性的硅太陽電池就在美國貝爾實驗室內(nèi)誕生了。不久，它即被用于人造衛(wèi)星的發(fā)電系統(tǒng)上。迄今為止，太空中成千的飛行器都裝備了太陽電池發(fā)電系統(tǒng)。盡管如此，太陽電池在地面的應用卻一直未得到廣泛重視，直到７０年代世界出現(xiàn)“石油危機”，地面大規(guī)模應用太陽電池發(fā)電才被列上許多國家的議事日程。當時太陽能發(fā)電主要使用的是單晶硅太陽電池。進入８０年代中期，環(huán)境繼能源之后，又成為國際社會普遍關注的焦點之一，全人類又都把目光集中到解決這兩個問題的交叉點---太陽能光伏發(fā)電上，從而大大加速了開發(fā)利用的步伐。此后，隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大、技術的日益提高，單晶硅太陽電池的成本也逐漸下降，１９９７年每峰瓦單晶硅太陽電池的成本已經(jīng)降到５美元以下。單晶硅太陽電池雖然在現(xiàn)階段的大規(guī)模應用和工業(yè)生產(chǎn)中占主導地位，但是也暴露了許多缺點，其主要問題是成本過高。受單晶硅材料價格和單晶硅電池制備過程的影響，若要再大幅度地降低單晶硅太陽電池成本是非常困難的。作為單晶硅電池的替代產(chǎn)品，現(xiàn)在發(fā)展了薄膜太陽電池，其中包括非晶硅薄膜太陽電池，硒銦銅和碲化鎘薄膜電池，多晶硅薄膜太陽電池。在這幾種薄膜電池中，最成熟的產(chǎn)品當數(shù)非晶硅薄膜太陽電池，在世界上已經(jīng)有多家公司在生產(chǎn)該種電池的產(chǎn)品，其主要優(yōu)點是成本低，制備方便，但也存在嚴重的缺點，即非晶硅電池的不穩(wěn)定性，其光電轉(zhuǎn)換效率會隨著光照時間的延續(xù)而衰減，另外非晶硅薄膜太陽電池的效率也較低。一般在８％到１０％，硒銦銅和碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜電池高，成本較單晶硅電池低，并且易于大規(guī)模生產(chǎn)，還沒有效率衷減問題，似乎是非晶硅薄膜電池的一種較好的替代品，在美國已有一些公司開始建設這種電池的生產(chǎn)線。但是這種電池的原材料之一鎘對環(huán)境有較強的污染，與發(fā)展太陽電池的初衷相背離，而且硒、銦、碲等都是較稀有的金屬，對這種電池的大規(guī)模生產(chǎn)會產(chǎn)生很大的制約。多晶硅薄膜電池由于所使用的硅量遠較單晶硅少，又無效率衷減問題，并用有可能在廉價底材上制備，其成本預期要遠低于體單晶硅電池，實驗室效率已達１８％，遠高于非晶硅薄膜電池的效率。因此，多晶硅薄膜電池被認為是最有可能替代單晶硅電池和非晶硅薄膜電池的下一代太陽電池，現(xiàn)在已經(jīng)成為國際太陽能領域的研究熱點。

２、多晶硅薄膜太陽電池的研究概況

    多晶硅薄膜太陽電池的研究重點有兩個方面，其一是電池襯底的選擇，其二是制備電池的工藝和方法，但無論是哪一方面的研究都應滿足制備多晶硅薄膜電池的一些基本要求：