本文主要介紹硅基薄膜電池中非晶硅鍺電池的研究，總結國內外不同機構和單位研究方向及研究結論。結合對硅鍺電池的諸多研究介紹單結非晶硅鍺電池以及疊層電池的研究現(xiàn)狀。根據(jù)最新的研究問題分析預測硅鍺薄膜電池的發(fā)展方向。

　　太陽能電池主要以半導體材料為基礎，利用光電材料吸收光能后發(fā)生光電轉換反應從而產生電能�，F(xiàn)如今太陽能作為一個龐大的產業(yè)，根據(jù)所用光電材料的種類的不同可分為：1)硅太陽能電池;2)Ⅲ-Ⅴ化合物、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物電池;3) 功能高分子材料太陽能電池;4)納米晶太陽能電池等。真空技術網(wǎng)(http://www.lalazzu.cn/)認為諸多的太陽能電池材料具有相同的特點：如禁帶不能太寬、較高的光電轉換效率、材料無污染、便于工業(yè)化生產、材料性能穩(wěn)定等。

　　現(xiàn)如今薄膜電池的主流產品為硅基薄膜太陽電池，主要因其成本低、質量輕、轉換效率較高、便于大規(guī)模生產，成為國際上研究最多，發(fā)展最快的薄膜電池。為了提高薄膜電池的穩(wěn)定性以及電池效率，結合非晶硅鍺材料具有較低的帶隙，更寬的光譜響應范圍。早在20 世紀80 年代，人們就已經對其進行了廣泛的研究。進入20 世紀90 年代后，BP Solar，Sanyo，F(xiàn)uji Electric以及United Solar四個機構取得了很大的研究進展，且已經成功的實現(xiàn)了產業(yè)化轉變。在疊層電池的研究發(fā)展過程中，非晶硅鍺主要作為中間電池或底電池，在諸多的研究中都有報道。本文主要通過介紹不同研究機構的主要研究方向闡述非晶硅鍺電池的研究歷史、研究問題以及發(fā)展方向。

　　1、國外非晶硅鍺電池研究現(xiàn)狀

　　1.1、單結非晶硅鍺電池的制備及性能研究

　　迄今為止，在諸多科研機構的的研究中，Toeldo 大學Deng xunming等人成功的制備出全球效率最高的單結非晶硅鍺電池。其P 層采用nc-Si材料和hybrid 層結構方法，沉積溫度分別采用140 ℃和70 ℃。采用該結構及工藝參數(shù)制備的P層材料具有較高的光學帶隙，高的透過率，低的界面態(tài)密度。通過優(yōu)化工藝參數(shù)制備出全球效率最高的單結非晶硅鍺電池，效率為13.06%。

　　單結非晶硅鍺電池的研究重點在緩沖層及本征層結構設計上，國外很多的科研機構對此問題進行了研究。其中Ryuji Oshima等人通過在硅片上外延生長(MBE)異質結電池，制備出Si0.58Ge0.42的薄膜材料，通過漸變硅鍺的含量，研究了電學性能參數(shù)的變化。Liu Bofei等人本征層采用gradingprofile 制備出單結效率9.07%，疊層(a-Si:H/a-SiGe:H)效率達到12.03%的太陽能電池。Tae Yong Lee等人研究了三種本征層模型(本征a-Si：H 層，恒定帶隙的a-SiGe：H 層，漸變帶隙的a-SiGe：H layer+p/i界面的a-Si：H buffer 層)電池光學和電學性能的不同。研究發(fā)現(xiàn)第三種模型有效的降低了光學損耗，與第二種模型相比具有較高的Voc 和FF。Liaoxianbo等人采用AMPS 計算機模擬技術，研究P層和本征層之間加入本征a-Si 緩沖層對非晶硅鍺電池性能的影響。本征材料采用1.40~1.55 eV，通過調整非晶硅的帶隙以及厚度，有效地改善了Voc，但FF 和Eff 有明顯的降低。德國Jülich 研究機構的Dietmar Lundszien等人研究了非晶硅鍺緩沖層帶隙結構模型。通過調整工藝參數(shù)以及材料厚度，三者均以可制備出具有相同開路電壓、填充因子的非晶硅鍺電池。圖1 為三種緩沖層結構模型圖。

圖1 非晶硅鍺電池三種緩沖層結構模型對比圖

　　B.E. Pieters等人研究了本征層結構設計對電池性能的影響。通過對比傳統(tǒng)的U 型和新型的V 型結構，模擬發(fā)現(xiàn)V 型電池結構會有效的降低本征層的復合，增加光生載流子的收集。

　　3、研究新方向

　　3.1、納米硅鍺材料的研究

　　由于nc-Si：H 薄膜的量子尺寸效應，其表現(xiàn)出諸多不同于a-Si：H 和μc-Si：H 的特異性能，如光學能隙寬化、光致、電致發(fā)光、共振隧穿等。關于納米硅鍺的研究主要體現(xiàn)在以下方面：高氫稀釋，襯底溫度、RF 功率。對鍺薄膜材料的性能研究，主要從晶體結構以及晶體類型研究合適的制備工藝條件。Cao Xinmin等人研究了熱絲化學氣相沉積(HWCVD)制備出的納米硅鍺薄膜材料性能， 制備的納米硅鍺材料對600~900 nm 波段的光具有更高的吸收系數(shù)，厚度采用500 nm 時，上、中、下三層子電池電流匹配較好，有效降低了電池的厚度。

　　3.2、微晶硅鍺材料的制備

　　Tang zeguo等研究了微晶硅鍺材料，結果顯示材料具有更低的帶隙，對長波段有更好的光譜吸收。換用新型氣源采用H2/Ar 混合氣體，研究以不同比例下鍺含量對材料的性能影響。此外，T. Matsuia研究發(fā)現(xiàn)低溫制備工藝下微晶硅鍺本征層材料能改善載流子的收集性能;Hiromi Kawauchia等人研究了微晶硅鍺中氫自由基對材料性能的影響，發(fā)現(xiàn)Ar 對硅鍺薄膜電學性能有較好的改善作用。

　　4、結論

　　非晶硅鍺電池由于具有較低的光學帶隙，良好的光譜響應已經在越來越多的研究機構中引起重視。幾十年的發(fā)展使得非晶硅/ 非晶硅鍺/非晶硅鍺疊層電池的量產成為現(xiàn)實。全球最大的薄膜太陽能公司漢能集團已經成功的實現(xiàn)三疊層電池的量產化。隨著科技的發(fā)展，非晶硅鍺疊層電池在現(xiàn)實生活中有越來越多的應用。未來高速生長以及薄膜電池穩(wěn)定性成為產業(yè)化研究的重點。