图4. 标准电池与减反层电池的结构；（A）：一般电池结构，（B）：带有TiO₂减反层的电池结构，（C）带有TiO₂-ZnO的电池结构示意图

图5. 上图4中三种结构的µc-Si电池的量子效率图比较

　　3．窗口层的研究

　　在薄膜硅太阳能电池中，p型和n型的掺杂层被称为“死区”，对光生电流没有贡献，为了提高电池的效率，应尽量降低掺杂层中的光吸收。除了使掺杂层的厚度尽可能降低外，研究人员常使用宽带隙材料作为窗口层来减少光的吸收。1981年，Tawada等使用a-SiC:H作为a-Si电池的窗口层实现电池的转化效率为7.1%。p型a-SiC:H的光学带隙大约为2.0eV，具有优良的导电性能与透光率，常用做a-Si薄膜电池的窗口层。Barua等人在a-Si电池中使用p型a-SiO:H作为窗口层也获得较好的电池效率。由于微晶硅比非晶硅易实现掺杂，p型的微晶硅薄膜具有高的电导率，同时对可见光的吸收系数远小于非晶硅的，被Hattori、Fujikake等人用做a-Si电池的窗口层。在µc-Si薄膜太阳能电池中，本征层对窗口层材料的表面性质比较敏感，直接使用a-SiC:H和a-SiO:H作为微晶硅电池的窗口层会导致本征层中有较厚的非晶孵化层。S.Klein、Huang等人使用热丝化学气相沉积技术在低温下制备了高电导、高透过率的c-SiC:H材料，霍尔系数测量发现c-SiC:H材料显n型。Huang等人使用c-SiC:H作为窗口层制备了从n面入射的n-i-p型微晶硅薄膜太阳能电池，获得了26.7mA/cm2的高短路电流与9.2%的电池效率，Huang认为高电导、高透过率的窗口层与本征层中高的空穴迁移率是影响电池性能的关键因素。图6为c-SiC:H的吸收系数，可以看到在高能端，c-SiC:H的吸收系数远小于n型微晶硅和非晶硅的吸收系数。

 图6  n型的a-Si、c-Si以及c-SiC:H的吸收系数比较

　　(二) 薄膜硅电池叠层技术

　　在单结薄膜电池中由于S-W效应的存在会使电池效率衰退15%-30%，同时在大面积产业化中非晶硅组件的效率只有5%-7%，严重影响了产业化的发展。提高非晶硅薄膜电池效率的一个有效途径是使用叠层电池技术。Fuji公司在1cm²的小面积上实现a-Si/a-Si叠层电池的稳定效率达到10.1%，使用a-Si/a-Si叠层电池有利一面是可以降低生产成本，不利的一面是电池的效率偏低，因此并不是叠层电池发展的方向。由于非晶硅的能带结构使其对长波光几乎没有响应，因此为了扩展太阳光谱的利用范围，从上世纪80年代开始，研究人员把比非晶硅带隙低的a-SiGe与a-Si叠在一起形成a-Si/a-SiGe双结或者a-Si/a-SiGe/a-SiGe三结叠层结构。目前，Sanyo公司的小面积（1cm²）a-Si/a-SiGe电池实现10.9%的稳定效率。USSC公司的小面积（0.25cm²）a-Si/a-SiGe/a-SiGe三结叠层电池的初始转换效率可达到14.6%，稳定效率为13.0%。但是由于制造能带小于1.5eV的器件级质量的a-SiGe比较困难，同时GeH₄的价格昂贵，研究人员开始选择另外的材料代替a-SiGe。1994年，Meier等人首次使用VHF技术沉积微晶硅薄膜太阳能电池，电池的转化效率超过7%，这证明了微晶硅薄膜可以用做电池的吸收层。同年，Meier等人还首次提出a-Si/mc-Si叠层电池概念，并使叠层电池的转化效率达到9.1%。图7的左图为a-Si/mc-Si的结构示意图，右图为a-Si/a-Si薄膜叠层电池与a-Si/mc-Si薄膜叠层电池的光谱响应图。由于微晶硅的能带是1.1eV，而非晶硅的能带是1.7eV左右，两者结合比较靠近理想的叠层电池结构。Shah通过计算给出了这种叠层电池的理论效率可达到30%以上。这种新型硅基薄膜太阳电池大大促进了对这种材料和电池的研究。目前大面积a-Si/mc-Si叠层电池作为下一代薄膜电池已经开始大规模产业化。