多晶硅电池与非晶硅电池的差异与应用

单晶硅光伏电池是硅电池中转换效率最高的，也是性能最稳定的一种，但是其生产加工过程能耗很高，单晶硅棒的切片和剪裁也还需要耗能并且材料损耗也很大。因此人们对其他类型硅电池的开发给予关注。目前多晶硅电池和非晶硅电池已投入工业化生产并大量进入市场。

1.多晶硅电池

多晶硅不像单晶硅具有整体一致的晶体结构，大量微细硅晶体在材料内无序排列。多晶硅电池的转换效率不如单晶硅电池，但是其生产过程消耗能源较少。

多晶硅材料的制作无需单晶硅拉制过程，采用的方法有坩埚生长（Crucible Growth）法和EFG（Edge-defined Film-fed Growth）法等。

坩埚生长法是将熔融硅浇注入坩埚并控制其冷却速率而得到多晶硅棒，其截面可以是方形。方形硅棒虽然还需要经过锯割来得到电池晶片，但避免了将圆形晶片剪裁成方形的工序，从而降低了光伏电池生产过程中的能耗和材料浪费。这种方法制作的多晶硅电池的转换效率可达到15%。

EFG法是从熔融硅中直接拉出一根断面为正八边形的多晶硅管，其壁厚为330μm并可长达6m。然后可用激光将八边形管子切割成单体电池晶片。据报道这种方法制作的多晶硅电池的转换效率已达到14%。

多晶硅电池仍然保持了晶体的基本特性，因此还是带隙为1.1eV的间接带隙材料，晶片制作的后续工艺与单晶硅电池相同。为了保证足够的光吸收，晶片同样需要较大的厚度。(https://www.xing528.com)

2.非晶硅电池

非晶硅没有具体的晶体结构，其硅原子的方向随机排列且彼此间距不一，导致材料中许多共价键是不完整的（悬挂键）。这种不完整的共价键在带隙中产生大量的缺陷态。非晶态特性导致材料中电子空穴的活动性很差，同时缺陷态会捕获载流子。因此人们在开始并不看好这种材料。直到1975年获得了a-si∶H材料，人们发现悬挂键可以被氢抑制从而大大减少带隙中的缺陷态，结果用n型和p型非晶硅同样可以形成pn结，如果在p和n型材料中插入一个本征半导体层，可形成一个有效的电子空穴对发生区。

非晶硅具有1.7eV的直接带隙，其吸收系数比晶体硅大一个数量级。非晶硅电池的厚度可仅为晶体硅电池的1%，这样就可以节约大量的纯硅材料。

早期的非晶硅电池在光照下有性能退化现象，通过设计和制作技术的发展，采用了诸如多pn结等技术，使得非晶硅电池的性能已得到稳定。非晶硅的理论最大转换效率是27%，商品化产品的转换效率为10%左右。

因为可采用沉积技术制作，而且材料厚度可做得很薄，非晶硅电池可制作于不锈钢和聚合物底材上形成柔性可卷的产品。

对间接带隙材料单晶硅来说，没有一定的厚度就不能保证高的转换效率，而非晶硅薄膜电池的优点是可以节约大量昂贵的纯硅材料，因此在制作薄膜电池上来说，非晶硅具有它的优势。