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摘 要：为了降低电池生产成本，满足未来可再生能源利用要求，人们对太阳能电池材料的研究始终没有停止。硅基材料具有制造简单、生产成本低、光伏效应明显等特点受到了人们的广泛关注。该文以硅基太阳能电池材料的制备为例，探讨太阳能电池制造的相关技术，以期对我国可再生能源的研究提供有意义的参考。
关键词：太阳能；电池；制备
一、单晶硅电池
单晶硅电池是最早发展起来的硅基太阳能电池，以单品硅片为基底。早期，作为原料的高纯单晶硅片多是从电子工业半导体器件加工中退出的产品（次品和等外品），在市场上可用较便宜的价格得到，因此单品硅电池能够以相对便宜的成本来生产。但是，随若单晶硅片价格的不断上涨，单晶硅电池的制造成本也居高不下，正在逐渐被其他硅基太阳能电池取代。
单品硅太阳能电池通常是以p型Si为衬底，在其上某一面扩散n型杂质。为取出电流，p型衬底的整个下表面涂银Ag并烧结，而在受光面采用梳状银电极。在光照下接通两电极即能得到光生电流。
（一）单晶硅材料的制备
单晶硅是重要的晶体硅材料，根据晶体生长方式的不同可以分为，区熔单晶硅和直拉单晶硅两种，其中单晶硅是利用悬浮区域熔炼的方法制备的，直拉单晶硅是利用切氏法制备的，这两种单晶硅具有不同的特性和不同的器件应用领域。与区熔单晶硅相比，由于直拉单晶硅的制造成本相对较低，机械强度较高，易制备大直径单晶，所以，太阳能电池领域主要应用直拉单晶硅，而不是区熔单晶硅。
直拉单晶硅的制备工艺一般包括：多晶硅的装料、熔化、引晶、缩肩、放肩、等径和收尾等。
二、多晶硅电池
单晶硅太阳能电池的缺点是采用单晶硅片作衬底，制造过程复杂，材料和工艺成本较高。为解决这些问题，用浇铸法或品带法制造的多晶硅太阳能电池得到重视并获得了发展。与单晶硅电池相比，多晶电池的材料成本较低、生产率较高，转换效率虽然不如单晶硅电池，但也能达到较高的目标（10%～16%）。
（一）多晶硅薄膜材料的制备
凡是制备固态薄膜的技术，如真空蒸发，溅射，电化学沉积，化学气相沉积，液相外延和分子束外延等，都可以用来制备多晶硅薄膜材料。
（1）化学气相沉积制备多晶硅薄膜
①等离子增强化学气相沉积（PECVD）制备多晶硅薄膜
用等离子体增强化学气相沉积方法制备多晶硅薄膜，通常都是在反应室中通入SiH4和H2两者的混合气体作为气体源，然后在等離子体中进行化学气相分解。为了区别非晶硅薄膜生长，多晶硅薄膜的生长通常是通过改变气体源中稀释H2气体的浓度，来调整薄膜中的结晶晶粒比例。如果利用纯SiH4气体或低浓度H2稀释的SiH4作为气体源，那么，利用PECVD技术在衬底上沉积形成的基本上都是非晶硅薄膜。如果增加H2的浓度至90%～99%，就可以制备出多晶硅（微晶硅）薄膜。
②低压化学气相沉积（LPCVD）制各多晶硅薄膜
除PECVD技术以外，低压化学气相沉积（LPCVD）是在异质衬底上大面积制备多晶硅薄膜的另一种常用技术。与利用常规PECVD技术生长的多晶硅薄膜相比，少数载流子的迁移率更高、晶粒内部的应力更低，而且由于制各时间较长，薄膜的晶粒尺寸较大。除此之外，LPCVD技术制备的多晶硅薄膜的电学、光学性质和PECVD制备的多晶硅薄膜相仿，只是LPCVD技术制备的多晶硅薄膜的缺陷较多，因此，少数载流子的扩散长度较小，会影响其太阳能电池的转换效率。
（2）非晶硅薄膜晶化制备多晶硅薄膜
利用化学气相沉积直接制备多晶硅薄膜，工艺简单、操作方便。但是，利用化学气相沉积技术直接制备多晶硅薄膜，其衬底材料的选择受到很多限制。我们可以利用PECVD技术在低温下先制备出非晶硅薄膜，利用非晶硅薄膜的亚稳性质，通过适宜的后续热处理，由非品硅薄膜通过晶化转化得到多晶硅薄膜。
三、薄膜太阳能电池
硅基薄膜太阳能电池的研究和开发主要集中在提高非晶硅、微晶硅和非晶锗硅薄膜材料的质量。与此同时，以非晶硅或非品错硅薄膜为基础，以改进的纳米硅（也称为微晶硅）薄膜为补充，可以组成所谓的多结薄膜硅电池，并逐渐成为新一代硅基薄膜太阳电池产品的主流。
（一）非晶硅薄膜的制备
非晶硅薄膜的制备需要很快的冷却速率，所以，其制备通常利用物理和化学气相沉积技术。一般来讲，用物理气相沉积技术（如溅射）制备的非晶硅薄膜，含有大量的硅悬挂键缺陷，造成费米能级的钉扎，从而使非晶硅薄膜材料不具备掺杂的敏感效应，难以通过掺杂形成p型和n型，很少实用。近年来，也有在溅射成膜中通入掺杂气体，通过所谓的“反应溅射”工艺实现对非晶硅薄膜的掺杂改性。但是，制备非晶硅薄膜主要采用化学气相沉积（CVD）技术，包括：等离子增强化学气相沉积（PECVD）、微波等离子电子回旋共振化学气相沉积（ECR-MPCVD）、光化学气相沉积（photo-CVD）和热丝化学气相沉积（HE-CVD）等。但最常用的技术是PECVD，即辉光放电分解气相沉积技术。实际上，在1969年R.cChittick利用辉光放电分解硅烧制了氢化I晶硅（a-Si：H）薄膜后，通过氢补偿非晶硅中的悬挂键等缺陷，同时通过在成膜过程中实现气体掺杂制备不同导电类型的n型或p型非晶半导体材料，a-Si：H薄膜才被广泛应用于太阳能电池。
实际沉积薄膜时，首先将反应室预抽成真空状态并使其达到定的本底真空度，然后将用H2或Ar稀释的SiH4通入反应室；调节各种气体的流量，使反应室的气压显13.3～1333.3Pa；然后，在正、负电极之间加上电压，由阴极发射出电子，并在电场中得到能量后碰撞反应室内的气体分子或原子，使之分解、激发或电离，形成等离子体；持续稳定生成的等离子体，使气体分解的硅原子在衬底上沉积，形成非晶硅薄膜.
参考文献：
[1]李伟.太阳能电池材料及其应用[M].成都：2014.61-146.
[2]张翔.太阳能电池材料的制备与器件调研[J].科技创新导报，2013，（20）：50-51.
关键词：太阳能；电池；制备
一、单晶硅电池
单晶硅电池是最早发展起来的硅基太阳能电池，以单品硅片为基底。早期，作为原料的高纯单晶硅片多是从电子工业半导体器件加工中退出的产品（次品和等外品），在市场上可用较便宜的价格得到，因此单品硅电池能够以相对便宜的成本来生产。但是，随若单晶硅片价格的不断上涨，单晶硅电池的制造成本也居高不下，正在逐渐被其他硅基太阳能电池取代。
单品硅太阳能电池通常是以p型Si为衬底，在其上某一面扩散n型杂质。为取出电流，p型衬底的整个下表面涂银Ag并烧结，而在受光面采用梳状银电极。在光照下接通两电极即能得到光生电流。
（一）单晶硅材料的制备
单晶硅是重要的晶体硅材料，根据晶体生长方式的不同可以分为，区熔单晶硅和直拉单晶硅两种，其中单晶硅是利用悬浮区域熔炼的方法制备的，直拉单晶硅是利用切氏法制备的，这两种单晶硅具有不同的特性和不同的器件应用领域。与区熔单晶硅相比，由于直拉单晶硅的制造成本相对较低，机械强度较高，易制备大直径单晶，所以，太阳能电池领域主要应用直拉单晶硅，而不是区熔单晶硅。
直拉单晶硅的制备工艺一般包括：多晶硅的装料、熔化、引晶、缩肩、放肩、等径和收尾等。
二、多晶硅电池
单晶硅太阳能电池的缺点是采用单晶硅片作衬底，制造过程复杂，材料和工艺成本较高。为解决这些问题，用浇铸法或品带法制造的多晶硅太阳能电池得到重视并获得了发展。与单晶硅电池相比，多晶电池的材料成本较低、生产率较高，转换效率虽然不如单晶硅电池，但也能达到较高的目标（10%～16%）。
（一）多晶硅薄膜材料的制备
凡是制备固态薄膜的技术，如真空蒸发，溅射，电化学沉积，化学气相沉积，液相外延和分子束外延等，都可以用来制备多晶硅薄膜材料。
（1）化学气相沉积制备多晶硅薄膜
①等离子增强化学气相沉积（PECVD）制备多晶硅薄膜
用等离子体增强化学气相沉积方法制备多晶硅薄膜，通常都是在反应室中通入SiH4和H2两者的混合气体作为气体源，然后在等離子体中进行化学气相分解。为了区别非晶硅薄膜生长，多晶硅薄膜的生长通常是通过改变气体源中稀释H2气体的浓度，来调整薄膜中的结晶晶粒比例。如果利用纯SiH4气体或低浓度H2稀释的SiH4作为气体源，那么，利用PECVD技术在衬底上沉积形成的基本上都是非晶硅薄膜。如果增加H2的浓度至90%～99%，就可以制备出多晶硅（微晶硅）薄膜。
②低压化学气相沉积（LPCVD）制各多晶硅薄膜
除PECVD技术以外，低压化学气相沉积（LPCVD）是在异质衬底上大面积制备多晶硅薄膜的另一种常用技术。与利用常规PECVD技术生长的多晶硅薄膜相比，少数载流子的迁移率更高、晶粒内部的应力更低，而且由于制各时间较长，薄膜的晶粒尺寸较大。除此之外，LPCVD技术制备的多晶硅薄膜的电学、光学性质和PECVD制备的多晶硅薄膜相仿，只是LPCVD技术制备的多晶硅薄膜的缺陷较多，因此，少数载流子的扩散长度较小，会影响其太阳能电池的转换效率。
（2）非晶硅薄膜晶化制备多晶硅薄膜
利用化学气相沉积直接制备多晶硅薄膜，工艺简单、操作方便。但是，利用化学气相沉积技术直接制备多晶硅薄膜，其衬底材料的选择受到很多限制。我们可以利用PECVD技术在低温下先制备出非晶硅薄膜，利用非晶硅薄膜的亚稳性质，通过适宜的后续热处理，由非品硅薄膜通过晶化转化得到多晶硅薄膜。
三、薄膜太阳能电池
硅基薄膜太阳能电池的研究和开发主要集中在提高非晶硅、微晶硅和非晶锗硅薄膜材料的质量。与此同时，以非晶硅或非品错硅薄膜为基础，以改进的纳米硅（也称为微晶硅）薄膜为补充，可以组成所谓的多结薄膜硅电池，并逐渐成为新一代硅基薄膜太阳电池产品的主流。
（一）非晶硅薄膜的制备
非晶硅薄膜的制备需要很快的冷却速率，所以，其制备通常利用物理和化学气相沉积技术。一般来讲，用物理气相沉积技术（如溅射）制备的非晶硅薄膜，含有大量的硅悬挂键缺陷，造成费米能级的钉扎，从而使非晶硅薄膜材料不具备掺杂的敏感效应，难以通过掺杂形成p型和n型，很少实用。近年来，也有在溅射成膜中通入掺杂气体，通过所谓的“反应溅射”工艺实现对非晶硅薄膜的掺杂改性。但是，制备非晶硅薄膜主要采用化学气相沉积（CVD）技术，包括：等离子增强化学气相沉积（PECVD）、微波等离子电子回旋共振化学气相沉积（ECR-MPCVD）、光化学气相沉积（photo-CVD）和热丝化学气相沉积（HE-CVD）等。但最常用的技术是PECVD，即辉光放电分解气相沉积技术。实际上，在1969年R.cChittick利用辉光放电分解硅烧制了氢化I晶硅（a-Si：H）薄膜后，通过氢补偿非晶硅中的悬挂键等缺陷，同时通过在成膜过程中实现气体掺杂制备不同导电类型的n型或p型非晶半导体材料，a-Si：H薄膜才被广泛应用于太阳能电池。
实际沉积薄膜时，首先将反应室预抽成真空状态并使其达到定的本底真空度，然后将用H2或Ar稀释的SiH4通入反应室；调节各种气体的流量，使反应室的气压显13.3～1333.3Pa；然后，在正、负电极之间加上电压，由阴极发射出电子，并在电场中得到能量后碰撞反应室内的气体分子或原子，使之分解、激发或电离，形成等离子体；持续稳定生成的等离子体，使气体分解的硅原子在衬底上沉积，形成非晶硅薄膜.
参考文献：
[1]李伟.太阳能电池材料及其应用[M].成都：2014.61-146.
[2]张翔.太阳能电池材料的制备与器件调研[J].科技创新导报，2013，（20）：50-51.