１.前言

    如果問(wèn)人類在２１世紀(jì)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(gè)問(wèn)題已經(jīng)變成高懸在人類頭頂上的達(dá)摩克利斯利劍。人類在努力尋找解決這兩個(gè)問(wèn)題方法時(shí)發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)能的利用應(yīng)是解決這兩個(gè)問(wèn)題的最好方案。

    太陽(yáng)能是地球上取之不盡的能源。人類利用太陽(yáng)能的想法由來(lái)已久，最早是將它轉(zhuǎn)換為熱能加以利用，后來(lái)光伏效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)使太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能成為可能，以致使太陽(yáng)能利用領(lǐng)域更加廣闊。早在本世紀(jì)５０年代，第一個(gè)實(shí)用性的硅太陽(yáng)電池就在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)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(yáng)電池發(fā)電系統(tǒng)。盡管如此，太陽(yáng)電池在地面的應(yīng)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(jī)”，地面大規(guī)模應(yīng)用太陽(yáng)電池發(fā)電才被列上許多國(guó)家的議事日程。當(dāng)時(shí)太陽(yáng)能發(fā)電主要使用的是單晶硅太陽(yáng)電池。進(jìn)入８０年代中期，環(huán)境繼能源之后，又成為國(guó)際社會(huì)普遍關(guān)注的焦點(diǎn)之一，全人類又都把目光集中到解決這兩個(gè)問(wèn)題的交叉點(diǎn)---太陽(yáng)能光伏發(fā)電上，從而大大加速了開(kāi)發(fā)利用的步伐。此后，隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、技術(shù)的日益提高，單晶硅太陽(yáng)電池的成本也逐漸下降，１９９７年每峰瓦單晶硅太陽(yáng)電池的成本已經(jīng)降到５美元以下。單晶硅太陽(yáng)電池雖然在現(xiàn)階段的大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中占主導(dǎo)地位，但是也暴露了許多缺點(diǎn)，其主要問(wèn)題是成本過(guò)高。受單晶硅材料價(jià)格和單晶硅電池制備過(guò)程的影響，若要再大幅度地降低單晶硅太陽(yáng)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(yáng)電池，其中包括非晶硅薄膜太陽(yáng)電池，硒銦銅和碲化鎘薄膜電池，多晶硅薄膜太陽(yáng)電池。在這幾種薄膜電池中，最成熟的產(chǎn)品當(dāng)數(shù)非晶硅薄膜太陽(yáng)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(diǎn)是成本低，制備方便，但也存在嚴(yán)重的缺點(diǎn)，即非晶硅電池的不穩(wěn)定性，其光電轉(zhuǎn)換效率會(huì)隨著光照時(shí)間的延續(xù)而衰減，另外非晶硅薄膜太陽(yáng)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(méi)有效率衷減問(wèn)題，似乎是非晶硅薄膜電池的一種較好的替代品，在美國(guó)已有一些公司開(kāi)始建設(shè)這種電池的生產(chǎn)線。但是這種電池的原材料之一鎘對(duì)環(huán)境有較強(qiáng)的污染，與發(fā)展太陽(yáng)電池的初衷相背離，而且硒、銦、碲等都是較稀有的金屬，對(duì)這種電池的大規(guī)模生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生很大的制約。多晶硅薄膜電池由于所使用的硅量遠(yuǎn)較單晶硅少，又無(wú)效率衷減問(wèn)題，并用有可能在廉價(jià)底材上制備，其成本預(yù)期要遠(yuǎn)低于體單晶硅電池，實(shí)驗(yàn)室效率已達(dá)１８％，遠(yuǎn)高于非晶硅薄膜電池的效率。因此，多晶硅薄膜電池被認(rèn)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(yáng)電池，現(xiàn)在已經(jīng)成為國(guó)際太陽(yáng)能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

２、多晶硅薄膜太陽(yáng)電池的研究概況

    多晶硅薄膜太陽(yáng)電池的研究重點(diǎn)有兩個(gè)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(wú)論是哪一方面的研究都應(yīng)滿足制備多晶硅薄膜電池的一些基本要求：