掺铝氧化锌薄膜的光电特性及其在太阳能电池中的应用研究(2)
1.1 太阳能电池的发展
爱迪生早在1932年就说过，人们迟早将不得不从太阳直接获得能量作为主要能源供应[5]。中国的太阳能资源非常丰富， 理论储量达到每年17000 亿t 标准煤。20世纪50年代，第一个实用化的硅太阳能电池在美国贝尔实验室诞生了，不久，它即被用于人造卫星的发电系统。从1999年开始，光伏产业快速发展，最近十年中，光伏组件的产量增长近10倍，而价格下降了3/4，近5年世界光伏产品的年平均增长率更是超过30%。随着太阳能电池制作成本的降低和生产能力的提高，进一步降低成本的潜力使其完全有可能成为常规能源的替代能源[6]。
“十二五” 规划太阳能光伏发电装机总量目标已明确上调至1 000 万kW•h， 比该规划初稿中的目标翻了一番。2011 年6 月金家井1+10 MW 太阳能光伏电站成功并网发电， 投入商业运行， 并且是具备阳光跟踪系统的光伏电站。2011 年7 月5 日， 山东省最大的企业援藏项目———西藏日喀则太阳能光伏电站一期工程完工并网运行。我国对于太阳能光伏发电日趋重视， 太阳能电池也将迎来新的高峰[7]。
在太阳能电池的整个发展历程中，人们先后开发出各种不同结构和不同材料的电池。从结构方面分，主要有同质P-N结电池、肖特基电池、MIS电池等；从材料方面分，主要有晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池。其中，薄膜太阳能电池由于具有可制备在柔性衬底上，可采用印刷或打印的方式实现工业化生产，可大面积制备，较低的生产成本、绿色能源、无环境污染等优点而越来越被各国的研究单位、企业所重视[8]。
太阳能电池对掺铟氧化锡（TCO）镀膜玻璃的性能要求：
1 透光率
所谓透光率是指透过透明或半透明的光通量与其入射光通量的百分比。为了能够充分利用太阳光,提高转换效率，TCO镀膜玻璃一定要保持相对较高的透过率。
2 光陷阱
对于光面的太阳能电池，反射光强大约是入射光强的0.32倍，做光陷阱就是为了减少光的反射。光陷阱结构金字塔绒面、多孔硅、溶胶-凝胶等。
3 导电性能
制作薄膜太阳能电池，需要电阻率低、导电能力强的导电薄膜作为透明电极层。TCO导电薄膜的导电原理是在原本导电能力很弱的本征半导体中掺入微量的其他元素，使半导体的性能发生显著的变化，导电能力增强，电阻率降低。如果在氧化锌中加入Al、In等掺杂物，可将载流子浓度增加到1020-1021cm-3，是电阻率降低到10-3-10-4Ω•cm。
4 耐候性与耐久性
光伏电池安装上后，不适宜进行经常性的文修与更换，这就要求光伏电池具有良好的耐久性，一般在20年以上[9]。
1.2 透明导电薄膜
透明导电薄膜作为薄膜材料的重要分支，因其具有良好的光电特性，用途相当广泛。透明导电薄膜是指：对可见光（波长λ在380-760nm范围内）的透射率高且电导率高的薄膜。确切的说，可见光的平均透光率T>80%、电阻率在10-3Ω•cm 以下的薄膜才能称为透明导电薄膜[10]。透明导电氧化物薄膜在太阳能电池[11]、压电转换和液晶显示等诸多领域具有广泛飞应用。
由于ITO薄膜的原料价格昂贵、污染性强。从资源利用、环境保护、制造成本及性价比等角度考虑，由于铝离子掺杂氧化锌薄膜（ZAO）具有以下突出的优点[6]，将来会取代ITO薄膜成为透明导电氧化物薄膜中的主导：
（1） 锌和铝的自然资源丰富，是一种廉价并且丰富的原材料；
（2） In不但污染环境，而且对人体健康有危害。而Zn是人体成长的重要元素，对人体没有毒副作用；