日本开发出利用液体硅制造太阳能电池的技术

屋檐上的狗

日本北陆先端科学技术大学院大学（JAIST）于2011年2月7日宣布，该校世界首次采用“液体硅（Si）”涂覆工艺成功地制作出了非晶硅太阳能电池。据该校介绍，通过仅涂覆pin型i层的工艺制作的电池单元的转换效率为1.79％。今后，如果这一效率得到提高的话，则有望应用于采用卷对卷法制造硅类太阳能电池的量产用途。

此次负责开发的是JAIST Material Science（JAIST材料科学）研究科教授下田达也的研究小组。该研究小组称，此次采用的液体硅是由日本JSR公司开发的产品，氢键合在硅的5节环上而形成的CPS（环戊硅烷，Cyclopentasilane，化学式为Si5H10）为起始材料。

虽然JAIST没有公布液体硅的详细情况，但日本JSR于2006～2007年开发的是通过向碳氢溶媒中的CPS照射UV，使部分CPS发生聚合，从而生成聚硅烷（SiH2呈链状键合而成的高分子）。当时，日本JSR以及JAIST等机构从这种液体硅中制作出了非晶硅TFT。

此次JAIST等对液体硅的成分进行了优化，另外还采用了硅掺杂时使用的硼以及磷，开发出了分别具备p型、i型及n型半导体特性的“硅油墨”。将这种硅油墨涂覆在基板上并进行处理，则可形成聚硅烷膜。如果进一步对其进行加热，则氢元素便会从聚硅烷中脱离出来，从而形成固体的非晶硅。

过去在形成均匀的聚硅烷膜的阶段曾经存在着无法解决的难题，但JAIST等在详细调查了控制参数之后，解决了这一难题。另外，JAIST称，对聚硅烷膜的烧制条件也进行了优化，从而将同样是此前一大难题的悬空键（Dangling Bond）的密度降低到了1×1016/cm3。

JAIST采用此次开发的工艺，在玻璃基板上制作出了pin型非晶硅太阳能电池。此前仅对i层采用此次的涂覆工艺、对p层及n层采用CVD法制作的电池单元，其转换效率为1.79％。而对pin层全部采用涂覆工艺制作出的电池单元的转换效率则达到了0.51％。不过，此次的i层的膜厚为120nm，相对于已有非晶硅太阳能电池的250nm厚度来说还比较薄。如果能加大这一厚度，那么效率就有可能提高。（日经BP社 记者：野泽 哲生）