由於非晶矽結構是一種無規網絡結構,具有長程無序性,所以對載流子有極強的散射作用,導致載流子不能被有效地收集。為了提高非晶矽太陽能電池轉換效率和穩定性,一般不採取單晶矽太陽能電池的p-n結構。這是因為輕摻雜的非晶矽費米能級移動較小,如果兩邊都採取輕摻雜或一邊是輕摻雜另一邊用重摻雜材料,則能帶彎曲較小,電池開路電壓受到限制;如果直接用重摻雜的p+和n+ 材料形成p+ -n+ 結,由於重摻雜非晶矽材料中缺陷態密度較高,少子壽命低,電池性能會很差。因此,通常在兩個重摻雜層中澱積一層未摻雜非晶矽層(i層)作為有源集電區,即p-i-n結構。
非晶矽太陽能電池光生載流子主要產生於未摻雜的i層,與晶態矽太陽能電池載流子主要由於擴散而移動不同,在非晶矽太陽能電池中,光生載流子由於擴散長度小主要依靠電池內電場作用做漂移運動。當非晶矽電池採取pin結構以後,電池在光照下就可以工作了,但因存在光致衰退效應,電池性能不穩定,電池轉換效率隨光照時間逐漸衰退,所以電池的結構與工藝還要進一步優化。
影響非晶矽電池轉換效率和穩定性的主要因素有:透明導電膜、窗口層性質(包括窗口層光學帶隙寬度、窗口層導電率及摻雜濃度、窗口層激活能、窗口層的光透過率)、各層之間界面狀態(界面缺陷態密度)及能隙匹配、各層厚度(尤其i層厚度)以及太陽能電池結構等。非晶矽薄膜電池的結構一般採取疊層式或進行集成或構造異質結等形式。
非晶矽電池生產工藝簡單且溫度低、耗能小,其市場份額逐年提高。目前,一半以上薄膜太陽能電池公司採用非晶矽薄膜技術,預計幾年內,非晶矽薄膜在未來薄膜太陽能電池中將佔據主要份額。但光電轉換效率低和光致衰退效應是當前非晶矽薄膜電池存在的兩大主要問題,為提高效率和穩定性人們在新器件結構、新材料、新工藝和新技術等方面需要加強探索。
如在電池結構方面採取疊層式和集成式;在透明導電膜反方面採用不僅具有電阻率低而且具有阻擋離子汙染、增大入射光吸收和抗輻射效果的透明導電薄膜代替目前的ITO、ZnO、ZnO#Al等導電膜;在窗口層材料方面探索新型的寬光學帶隙和低電阻材料的窗口層材料,如非晶矽碳、非晶矽氧、微晶矽、微晶矽碳等;在非晶矽薄膜製備技術方面可以改進RF-PECVD、超高真空PECVD技術、甚高頻(VHF)PECVD技術和微波PECVD等技術,延長薄膜光子壽命、提高載流子輸運能力和薄膜的電子性能以及穩定性等;在界面處理方面可以採取如氫鈍化技術以及插入緩衝層減少界面複合損失,提高電池短路電流和開路電壓。
儘管目前效率低性能不穩定是阻礙非晶矽薄膜太陽能電池大規模工業化生產的主要障礙,然而優化非晶矽薄膜電池的各種技術都還是切實可行的,隨著科技的進一步發展,非晶矽薄膜太陽能電池將會得到大規模化應用。