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引言
1976年卡爾松和路昂斯基報告了無定形硅（簡稱a一Si）薄膜太陽電他的誕生。當時、面積樣品的光電轉換效率為2．4％。時隔20多年，a一Si太陽電池現在已發展成為最實用廉價的太陽電池品種之一。非晶硅科技已轉化為一個大規模的產業，世界上總組件生產能力每年在50MW以上，組件及相關產品銷售額在10億美元以上。應用范圍小到手表、計算器電源大到10Mw級的獨立電站。涉及諸多品種的電子消費品、照明和家用電源、農牧業抽水、廣播通訊臺站電源及中小型聯網電站等。a一Si太陽電池成了光伏能源中的一支生力軍，對整個潔凈可再生能源發展起了巨大的推動作用。非晶硅太陽電他的誕生、發展過程是生動、復雜和曲折的，全面總結其中的經驗教訓對于進一步推動薄膜非晶硅太陽電池領域的科技進步和相關高新技術產業的發展有著重要意義。況且，由于從非晶硅材料及其太陽電池研究到有關新興產業的發展是科學技術轉化為生產力的典型事例，其中的規律性對其它新興科技領域和相關產業的發展也會有有益的啟示。本文將追述非晶硅太陽電他的誕生、發展過程，簡要評述其中的關鍵之點，指出進一步發展的方向。
1．非晶硅太陽電他的誕生
1．1社會需求催生a一Si太陽電池
太陽電池在70年代中期誕生，這是科學家力圖使自己從事的科研工作適應社會需求的一個范例。他們在報告中提出了發明非晶硅太陽電他的兩大目標：與昂貴的晶體硅太陽電池競爭；利用非晶硅太陽電池發電，與常規能源競爭。 70年代曾發生過有名的能源危機，這種背景催促科學家把對a-Si材料的一般性研究轉向廉價太陽電池應用技術創新，這種創新實際上又是非晶半導體向晶體半導體的第三次挑戰。太陽電池本來是晶體硅的應用領域，挑戰者稱，太陽電池雖然是高品位的光電子器件，但不一定要用昂貴的晶體半導體材料制造，廉價的非晶硅薄膜材料也可以勝任。
1．2非晶硅太陽電池的理論與技術基礎的確立
無定形材料第一次在光電子器件領域嶄露頭角是在1950年。當時人們在尋找適用于電視攝像管和復印設備用的光電導材料時找到了無定形硒（a一Se）和無定形三硫化銻（a一SbS3）。當時還不存在非晶材料的概念及有關的領域，而晶體半導體的理論基礎――能帶理論，早在30年代就已成熟，晶體管已經發明，晶體半導體光電特性和器件開發正是熱點。而a一Se和a一sbS3這類材料居然在沒有基礎理論的情況下發展成為產值在10億美元的大產業，非晶材料的這第一次挑戰十分成功，還啟動了對非晶材料的科學技術研究。1957年斯皮爾成功地測量了a一Se材料的漂移遷移率；1958年美國的安德松第一次在論文中提出，無定形體系中存在電子局域化效應：1960年，前蘇聯人約飛與熱格爾在題為“非晶態、無定形態及液態電子半導體”的文章中，提出了對非晶半導體理論有重要意義的論點，即決定固體的基本電子特性是屬于金屬還是半導體、絕緣體的主要因素是構成凝聚態的原子短程結構，即最近鄰的原子配位情況。從1960年起，人們開始致力于制備a一Si和a一Ge薄膜材料。早先采用的方法主要是濺射法。同時有人系統地研究了這些薄膜的光學特性。1965年斯特林等人第一次采用輝光放電（GD）或等離子體增強化學氣相沉積（簡為PECVD）制備了氫化無定形硅（a一Si：H）薄膜。這種方法采用射頻（直流）電磁場激勵低壓硅烷等氣體，輝光放電化學分解，在襯底上形成a七i薄膜。開始采用的是電感耦合方式，后來演變為電容耦合方式，這就是后來的太陽電池用a一Si材料的主要制備方法。
1960年發生了非晶半導體在器件應用領域向晶體半導體的第二次挑戰。這就是當年美國人歐夫辛斯基發現硫系無定形半導體材料具有電子開關存儲作用。這個發現在應用上雖然不算成功，但在學術上卻具有突破性的價值。諾貝爾獎獲得者莫特稱，這比晶體管的發明還重要。它把科學家的興趣從傳統的晶體半導體材料引向了非晶半導體材料，掀起了研究非晶半導體材料的熱潮。我國也正是在60年代末期開始從事該領域的研究的。從1966年到1969年有關科學家深入開展了基礎理論研究，解決了非晶半導體的能帶理論，提出了電子能態分布的Mott一CFO模型和遷移邊的思想。
電子能帶理論是半導體材料和器件的理論基礎。它可以指導半導體器件的設計和工藝，分析材料和器件的性能。盡管目前非晶硅能帶理論還不很完善，也存在爭議，但畢竟為非晶半導體器件提供了理論上的依據。
1．3半導體能帶結構簡介
固體能帶理論是把量子力學原理用于固態多體系統推算出來的。即，在特定的晶格和相應的電勢場分布下求解薛定愕方程，獲得體系中電子態按能量的分布。在晶體情況下，晶格結構具有空間的周期性，相應的電勢場也呈周期性分布。在晶格絕熱近似和單電子近似條件下，可以求得相當準確的電子能態分布，即電子能帶結構。晶體能帶的基本特征是，存在導帶與價帶以及隔開這兩者的禁帶，或者稱為帶隙。導帶底和價帶頂有單一的能量值，在導帶底以上的導帶態為擴展態，這些態上的電
1976年卡爾松和路昂斯基報告了無定形硅（簡稱a一Si）薄膜太陽電他的誕生。當時、面積樣品的光電轉換效率為2．4％。時隔20多年，a一Si太陽電池現在已發展成為最實用廉價的太陽電池品種之一。非晶硅科技已轉化為一個大規模的產業，世界上總組件生產能力每年在50MW以上，組件及相關產品銷售額在10億美元以上。應用范圍小到手表、計算器電源大到10Mw級的獨立電站。涉及諸多品種的電子消費品、照明和家用電源、農牧業抽水、廣播通訊臺站電源及中小型聯網電站等。a一Si太陽電池成了光伏能源中的一支生力軍，對整個潔凈可再生能源發展起了巨大的推動作用。非晶硅太陽電他的誕生、發展過程是生動、復雜和曲折的，全面總結其中的經驗教訓對于進一步推動薄膜非晶硅太陽電池領域的科技進步和相關高新技術產業的發展有著重要意義。況且，由于從非晶硅材料及其太陽電池研究到有關新興產業的發展是科學技術轉化為生產力的典型事例，其中的規律性對其它新興科技領域和相關產業的發展也會有有益的啟示。本文將追述非晶硅太陽電他的誕生、發展過程，簡要評述其中的關鍵之點，指出進一步發展的方向。
1．非晶硅太陽電他的誕生
1．1社會需求催生a一Si太陽電池
太陽電池在70年代中期誕生，這是科學家力圖使自己從事的科研工作適應社會需求的一個范例。他們在報告中提出了發明非晶硅太陽電他的兩大目標：與昂貴的晶體硅太陽電池競爭；利用非晶硅太陽電池發電，與常規能源競爭。 70年代曾發生過有名的能源危機，這種背景催促科學家把對a-Si材料的一般性研究轉向廉價太陽電池應用技術創新，這種創新實際上又是非晶半導體向晶體半導體的第三次挑戰。太陽電池本來是晶體硅的應用領域，挑戰者稱，太陽電池雖然是高品位的光電子器件，但不一定要用昂貴的晶體半導體材料制造，廉價的非晶硅薄膜材料也可以勝任。
1．2非晶硅太陽電池的理論與技術基礎的確立
無定形材料第一次在光電子器件領域嶄露頭角是在1950年。當時人們在尋找適用于電視攝像管和復印設備用的光電導材料時找到了無定形硒（a一Se）和無定形三硫化銻（a一SbS3）。當時還不存在非晶材料的概念及有關的領域，而晶體半導體的理論基礎――能帶理論，早在30年代就已成熟，晶體管已經發明，晶體半導體光電特性和器件開發正是熱點。而a一Se和a一sbS3這類材料居然在沒有基礎理論的情況下發展成為產值在10億美元的大產業，非晶材料的這第一次挑戰十分成功，還啟動了對非晶材料的科學技術研究。1957年斯皮爾成功地測量了a一Se材料的漂移遷移率；1958年美國的安德松第一次在論文中提出，無定形體系中存在電子局域化效應：1960年，前蘇聯人約飛與熱格爾在題為“非晶態、無定形態及液態電子半導體”的文章中，提出了對非晶半導體理論有重要意義的論點，即決定固體的基本電子特性是屬于金屬還是半導體、絕緣體的主要因素是構成凝聚態的原子短程結構，即最近鄰的原子配位情況。從1960年起，人們開始致力于制備a一Si和a一Ge薄膜材料。早先采用的方法主要是濺射法。同時有人系統地研究了這些薄膜的光學特性。1965年斯特林等人第一次采用輝光放電（GD）或等離子體增強化學氣相沉積（簡為PECVD）制備了氫化無定形硅（a一Si：H）薄膜。這種方法采用射頻（直流）電磁場激勵低壓硅烷等氣體，輝光放電化學分解，在襯底上形成a七i薄膜。開始采用的是電感耦合方式，后來演變為電容耦合方式，這就是后來的太陽電池用a一Si材料的主要制備方法。
1960年發生了非晶半導體在器件應用領域向晶體半導體的第二次挑戰。這就是當年美國人歐夫辛斯基發現硫系無定形半導體材料具有電子開關存儲作用。這個發現在應用上雖然不算成功，但在學術上卻具有突破性的價值。諾貝爾獎獲得者莫特稱，這比晶體管的發明還重要。它把科學家的興趣從傳統的晶體半導體材料引向了非晶半導體材料，掀起了研究非晶半導體材料的熱潮。我國也正是在60年代末期開始從事該領域的研究的。從1966年到1969年有關科學家深入開展了基礎理論研究，解決了非晶半導體的能帶理論，提出了電子能態分布的Mott一CFO模型和遷移邊的思想。
電子能帶理論是半導體材料和器件的理論基礎。它可以指導半導體器件的設計和工藝，分析材料和器件的性能。盡管目前非晶硅能帶理論還不很完善，也存在爭議，但畢竟為非晶半導體器件提供了理論上的依據。
1．3半導體能帶結構簡介
固體能帶理論是把量子力學原理用于固態多體系統推算出來的。即，在特定的晶格和相應的電勢場分布下求解薛定愕方程，獲得體系中電子態按能量的分布。在晶體情況下，晶格結構具有空間的周期性，相應的電勢場也呈周期性分布。在晶格絕熱近似和單電子近似條件下，可以求得相當準確的電子能態分布，即電子能帶結構。晶體能帶的基本特征是，存在導帶與價帶以及隔開這兩者的禁帶，或者稱為帶隙。導帶底和價帶頂有單一的能量值，在導帶底以上的導帶態為擴展態，這些態上的電
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