引言
      1976年卡爾松和路昂斯基報(bào)告了無(wú)定形硅（簡(jiǎn)稱(chēng)a一Si）薄膜太陽(yáng)電他的誕生。當(dāng)時(shí)、面積樣品的光電轉(zhuǎn)換效率為2．4％。時(shí)隔20多年，a一Si太陽(yáng)電池現(xiàn)在已發(fā)展成為最實(shí)用廉價(jià)的太陽(yáng)電池品種之一。非晶硅科技已轉(zhuǎn)化為一個(gè)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，世界上總組件生產(chǎn)能力每年在50MW以上，組件及相關(guān)產(chǎn)品銷(xiāo)售額在10億美元以上。應(yīng)用范圍小到手表、計(jì)算器電源大到10Mw級(jí)的獨(dú)立電站。涉及諸多品種的電子消費(fèi)品、照明和家用電源、農(nóng)牧業(yè)抽水、廣播通訊臺(tái)站電源及中小型聯(lián)網(wǎng)電站等。a一Si太陽(yáng)電池成了光伏能源中的一支生力軍，對(duì)整個(gè)潔凈可再生能源發(fā)展起了巨大的推動(dòng)作用。非晶硅太陽(yáng)電他的誕生、發(fā)展過(guò)程是生動(dòng)、復(fù)雜和曲折的，全面總結(jié)其中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)對(duì)于進(jìn)一步推動(dòng)薄膜非晶硅太陽(yáng)電池領(lǐng)域的科技進(jìn)步和相關(guān)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重要意義。況且，由于從非晶硅材料及其太陽(yáng)電池研究到有關(guān)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的典型事例，其中的規(guī)律性對(duì)其它新興科技領(lǐng)域和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也會(huì)有有益的啟示。本文將追述非晶硅太陽(yáng)電他的誕生、發(fā)展過(guò)程，簡(jiǎn)要評(píng)述其中的關(guān)鍵之點(diǎn)，指出進(jìn)一步發(fā)展的方向。
1．非晶硅太陽(yáng)電他的誕生
1．1社會(huì)需求催生a一Si太陽(yáng)電池
      太陽(yáng)電池在70年代中期誕生，這是科學(xué)家力圖使自己從事的科研工作適應(yīng)社會(huì)需求的一個(gè)范例。他們?cè)趫?bào)告中提出了發(fā)明非晶硅太陽(yáng)電他的兩大目標(biāo)：與昂貴的晶體硅太陽(yáng)電池競(jìng)爭(zhēng)；利用非晶硅太陽(yáng)電池發(fā)電，與常規(guī)能源競(jìng)爭(zhēng)。  70年代曾發(fā)生過(guò)有名的能源危機(jī)，這種背景催促科學(xué)家把對(duì)a-Si材料的一般性研究轉(zhuǎn)向廉價(jià)太陽(yáng)電池應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新，這種創(chuàng)新實(shí)際上又是非晶半導(dǎo)體向晶體半導(dǎo)體的第三次挑戰(zhàn)。太陽(yáng)電池本來(lái)是晶體硅的應(yīng)用領(lǐng)域，挑戰(zhàn)者稱(chēng)，太陽(yáng)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(dǎo)體材料制造，廉價(jià)的非晶硅薄膜材料也可以勝任。
1．2非晶硅太陽(yáng)電池的理論與技術(shù)基礎(chǔ)的確立
      無(wú)定形材料第一次在光電子器件領(lǐng)域嶄露頭角是在1950年。當(dāng)時(shí)人們?cè)趯ふ疫m用于電視攝像管和復(fù)印設(shè)備用的光電導(dǎo)材料時(shí)找到了無(wú)定形硒（a一Se）和無(wú)定形三硫化銻（a一SbS3）。當(dāng)時(shí)還不存在非晶材料的概念及有關(guān)的領(lǐng)域，而晶體半導(dǎo)體的理論基礎(chǔ)――能帶理論，早在30年代就已成熟，晶體管已經(jīng)發(fā)明，晶體半導(dǎo)體光電特性和器件開(kāi)發(fā)正是熱點(diǎn)。而a一Se和a一sbS3這類(lèi)材料居然在沒(méi)有基礎(chǔ)理論的情況下發(fā)展成為產(chǎn)值在10億美元的大產(chǎn)業(yè)，非晶材料的這第一次挑戰(zhàn)十分成功，還啟動(dòng)了對(duì)非晶材料的科學(xué)技術(shù)研究。1957年斯皮爾成功地測(cè)量了a一Se材料的漂移遷移率；1958年美國(guó)的安德松第一次在論文中提出，無(wú)定形體系中存在電子局域化效應(yīng)：1960年，前蘇聯(lián)人約飛與熱格爾在題為“非晶態(tài)、無(wú)定形態(tài)及液態(tài)電子半導(dǎo)體”的文章中，提出了對(duì)非晶半導(dǎo)體理論有重要意義的論點(diǎn)，即決定固體的基本電子特性是屬于金屬還是半導(dǎo)體、絕緣體的主要因素是構(gòu)成凝聚態(tài)的原子短程結(jié)構(gòu)，即最近鄰的原子配位情況。從1960年起，人們開(kāi)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(shí)有人系統(tǒng)地研究了這些薄膜的光學(xué)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(qiáng)化學(xué)氣相沉積（簡(jiǎn)為PECVD）制備了氫化無(wú)定形硅（a一Si：H）薄膜。這種方法采用射頻（直流）電磁場(chǎng)激勵(lì)低壓硅烷等氣體，輝光放電化學(xué)分解，在襯底上形成a七i薄膜。開(kāi)始采用的是電感耦合方式，后來(lái)演變?yōu)殡娙蓠詈戏绞剑@就是后來(lái)的太陽(yáng)電池用a一Si材料的主要制備方法。
    1960年發(fā)生了非晶半導(dǎo)體在器件應(yīng)用領(lǐng)域向晶體半導(dǎo)體的第二次挑戰(zhàn)。這就是當(dāng)年美國(guó)人歐夫辛斯基發(fā)現(xiàn)硫系無(wú)定形半導(dǎo)體材料具有電子開(kāi)關(guān)存儲(chǔ)作用。這個(gè)發(fā)現(xiàn)在應(yīng)用上雖然不算成功，但在學(xué)術(shù)上卻具有突破性的價(jià)值。諾貝爾獎(jiǎng)獲得者莫特稱(chēng)，這比晶體管的發(fā)明還重要。它把科學(xué)家的興趣從傳統(tǒng)的晶體半導(dǎo)體材料引向了非晶半導(dǎo)體材料，掀起了研究非晶半導(dǎo)體材料的熱潮。我國(guó)也正是在60年代末期開(kāi)始從事該領(lǐng)域的研究的。從1966年到1969年有關(guān)科學(xué)家深入開(kāi)展了基礎(chǔ)理論研究，解決了非晶半導(dǎo)體的能帶理論，提出了電子能態(tài)分布的Mott一CFO模型和遷移邊的思想。
     電子能帶理論是半導(dǎo)體材料和器件的理論基礎(chǔ)。它可以指導(dǎo)半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)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(zhēng)議，但畢竟為非晶半導(dǎo)體器件提供了理論上的依據(jù)。
1．3半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
     固體能帶理論是把量子力學(xué)原理用于固態(tài)多體系統(tǒng)推算出來(lái)的。即，在特定的晶格和相應(yīng)的電勢(shì)場(chǎng)分布下求解薛定愕方程，獲得體系中電子態(tài)按能量的分布。在晶體情況下，晶格結(jié)構(gòu)具有空間的周期性，相應(yīng)的電勢(shì)場(chǎng)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(dāng)準(zhǔn)確的電子能態(tài)分布，即電子能帶結(jié)構(gòu)。晶體能帶的基本特征是，存在導(dǎo)帶與價(jià)帶以及隔開(kāi)這兩者的禁帶，或者稱(chēng)為帶隙。導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂有單一的能量值，在導(dǎo)帶底以上的導(dǎo)帶態(tài)為擴(kuò)展態(tài)，這些態(tài)上的電