如果效率和成本目標能夠實現，薄膜晶體硅太陽能電池有潛力替代目前在光伏市場上占主導地位的多晶硅太陽能電池。

　　目前在工業上，硅的成本大約占硅太陽能電池生產成本的一半。為減少硅的消耗量，光伏（PV）產業正期待著一些處于研究開發中的選擇方案。其中最顯然的一種就是轉向更薄的硅襯底。現在，用于太陽能電池生產的硅襯底厚度略大于200mm，而襯底厚度略小于100mm的技術正在開發中。為使硅有源層薄至5-20 mm，可以在成本較低的硅襯底上淀積硅有源層，這樣制得的電池被稱為薄膜晶體硅太陽能電池。為使其具有工業可行性，主要的挑戰是在適于大規模生產的工藝中，怎樣找到提高效率和降低成本之間的理想平衡。已經存在幾種制造硅有源層的技術1，本文將討論其中的三種。

　　薄膜PV基礎

　　第一種技術是制作外延（epitaxial）薄膜太陽能電池（圖1），從高摻雜的晶體硅片（例如優級冶金硅或廢料）開始，然后利用化學氣相淀積（CVD）方法來淀積外延層。除成本和可用性等優勢以外，這種方法還可以使硅太陽能電池從基于硅片的技術逐漸過渡到薄膜技術。由于具有與傳統體硅工藝類似的工藝過程，與其它的薄膜技術相比，這種技術更容易在
現有工藝線上實現。

　　第二種是基于層轉移（layer transfer）的薄膜太陽能電池技術，它在多孔硅薄膜上外延淀積單晶硅層，從而可以在工藝中的某一點將單晶硅層從襯底上分離下來。這種技術的思路是多次重復利用母襯底，從而使每個太陽能電池的最終硅片成本很低。正在研究中的一種有趣的選擇方案是在外延之前就分離出多孔硅薄膜，并嘗試無支撐薄膜工藝的可能性。

　　最后一種是薄膜多晶硅太陽能電池，即將一層厚度只有幾微米的晶體硅淀積在便宜的異質襯底上，比如陶瓷（圖2）或高溫玻璃等。晶粒尺寸在1-100mm之間的多晶硅薄膜是一種很好的選擇。我們已經證實，利用非晶硅的鋁誘導晶化可以獲得高質量的多晶硅太陽能電池。這種工藝可以獲得平均晶粒尺寸約為5 mm的很薄的多晶硅層。接著利用生長速率超過1 mm/min的高溫CVD技術，將種子層外延生長成幾微米厚的吸收層，襯底為陶瓷氧化鋁或玻璃陶瓷。選擇熱CVD是因為它的生長速率高，而且可以獲得高質量的晶體。然而這樣的選擇卻限定了只能使用陶瓷等耐熱襯底材料。這項技術還不像其它薄膜技術那樣成熟，但已經表現出使成本降低的巨大潛力。

　　采用薄膜PV技術已經能夠提高太陽能電池的效率或簡化其工藝，并將降低其成本。但目前還沒有人能夠同時將這兩方面結合起來。然而，最近的一些研究結果已經在正確的方向上又前進了必要的一步。

　　外延電池的改進

　　外延薄膜硅太陽能電池的效率不算太高（半工業化絲網印刷技術制作的電池約為12%），這限制了光伏業界對這種電池類型的關注程度。它可以獲得與體硅太陽能電池相當的開路電壓和填充因子（單晶硅太陽能電池為±77.8%）。然而，短路電流（Jsc ）受限于薄的光學有源層（<20mm）。穿透外延層的光會被高摻雜、低質量的襯底收集而損失掉。因此，這兩種太陽能電池技術之間的短路電流相差7 mA/cm2并不少見。體硅太陽能電池的Jsc典型值約為33 mA/cm2，而外延薄膜電池的平均值約為26 mA/cm2。

　　然而，兩項獨立的電池級開發成果已經使這種狀況有所改善2。通過增大薄的有源層內的光程長度，我們報導的絲網印刷外延電池的Jsc達到30 mA/cm2，效率達到13.8%。

　　對這些結果有貢獻的第一項改進是采用氟基等離子體粗糙處理得到的表面光散射（圖3）。理想情況下，這種經過粗糙處理的有源層表面會使光100%地漫射（即Lambertian折射器）。這使得光子能夠以60°的平均角穿過有源層，使光程長度增大為原來的2倍。換而言之，使20 mm薄層的光學表現相當于40mm厚的有源層。我們發現，通過去除僅僅1.75 mm的硅就可以獲得這種全光散射。等離子體粗糙處理的優點很多，包括更低的反射（從粗糙處理之前的35%下降到10%）、斜入射光耦合和更低的接觸電阻（因為硅襯底和銀電極之間的接觸面積更大）。我們觀察到1.0-1.5的Jsc絕對增長，而效率增加0.5-1.0%。

　　第二項改進是通過引入多孔硅布拉格反射器來進行內部光捕獲。為了降低長波長的光進入到襯底的透射，在襯底和外延層之間的界面上放置一個中間反射器。這樣一來，到達該界面的光子就會被反射而第二次穿過有源層。由于光在進入電池的瞬間就開始漫射（這是由等離體粗糙處理的Lambertian特性所決定的），很大比例的光子會以大于逃逸角的角度打在前表面上。因此，大部分的光子會再次向內反射而第三次穿過有源層。這種情況不斷地重復，使得光子