在過去的幾十年中，人類經濟活動的持續高速發展使得電力需求迅速增加。太陽電池是一種利用光生伏特效應將太陽能能直接轉換為電能的半導體器件，很容易實現併網發電或作為獨立能源。眾所周知，太陽電池發電具有許多優點，如安全可靠，無噪聲，無汙染，能量隨處可得，不受無需消耗燃料、無機械轉動部件、故障率低、維護方便、可以無人值守、規模大小隨意、可以方便地與建築物相結合等，這些優點都是常規發電所不及的。
目前，太陽電池發電在航天、通訊及微電子領域已佔據了不可替代的位置，但在社會整體能源結構中所佔比例很小，主要原因是太陽電池成本較高，要使其真正成為能源體系的組成部分，必須大幅度降低成本。薄膜太陽電池在降低成本方面比晶體矽(單晶或多晶)太陽電池具有更大的優勢，一是實現薄膜化後，可極大地節省昂貴的半導體材料；二是薄膜電池的材料製備和電池同時形成，因此節省了許多工序；三是薄膜太陽電池採用低溫工藝技術，不僅有利於節能降耗，而且便於採用廉價襯底(玻璃、不鏽鋼等)。為此,自上世紀70年代以來，世界各國紛紛投入巨資，制定規劃，組織隊伍，掀起對薄膜太陽電池的研究熱潮，三十幾年來在研究和開發應用方面均取得了長足的進步。
薄膜太陽電池主要涉及非晶矽(a-Si：H)、銅銦鎵硒(Cu(In、Ga)Se2，CIGS)和碲化鎘(CdTe)光伏電池和集成組件，在本文中主要討論的是目前商業化最成熟的非晶矽太陽電池。薄膜太陽電池按襯底分為硬襯底和柔性襯底兩大類。所謂柔性襯底太陽電池是指在柔性材料(如不鏽鋼、聚酯膜)上製作的電池，與平板式晶體矽、玻璃襯底的非晶矽等硬襯底電池相比，其最大的特點是重量輕、可摺疊和不易破碎。以美國Uni-Solar公司採用不鏽鋼作襯底為例，不鏽鋼的厚度僅為127um，且具有極好的柔軟性，可以任意捲曲、裁剪、粘貼，既使彎成很小的半徑，作數百次捲曲，電池性能也不會發生變化。而以高分子聚合物聚醯亞胺為柔性襯底製備的非晶矽太陽電池，器件總厚度約100um左右(含封裝層)，功率重量比可達到500W/Kg以上，比不鏽鋼襯底非晶矽電池高出近十倍，是世界上最輕的太陽電池。從製備工藝上看，由於此結構電池採用卷對卷(roll to roll)工藝製造，便於大面積連續生產，降低成本的潛力很大，具有很強的競爭力。
柔性襯底太陽電池能被安置在流線型汽車的頂部、帆船、賽艇、摩託艇的船艙等不平整表面、房屋等建築物的樓頂與外牆面。另外由於柔性薄膜電池具有較高的質量比功率(500W/kg)，同時具有可彎曲性，非常適用於對地觀測的平流層飛艇表面，軍事上的利用前景光明。
近年來，國外推行的光伏與建築相結合(BIPV)，極大地推動了光伏併網系統的發展。在城鎮建築物上安裝的光伏系統，通常採用與公共電網併網的形式。併網光伏系統不需要配備蓄電池，既節省投資，又不受蓄電池荷電狀態的限制，可以充分利用光伏系統所發出的電力；光伏陣列一般安裝在閒置的屋頂或外牆上，無需額外佔用土地，這對於土地昂貴的城市建築尤其重要；夏天是用電高峰的季節，也正好是日照量最大，光伏系統發電量最多時期，對電網可以起到調峰作用；光伏陣列吸收太陽能轉化為電能，大大降低了室外綜合溫度，減少了牆體得熱和室內空調冷負荷，所以也可以起到建築節能作用。
BIPV的開發是目前世界上大規模利用光伏技術發電的一大研究熱點，西方發達國家都在作為重點項目積極進行。除了在屋頂安裝光伏電池板外，已推出了把光伏電池裝在瓦片內的產品。此外，國外還在研究光伏牆結構(PV WALL)，將光伏系統和建築物外牆相結合。可以預計，光伏與建築相結合是未來光伏應用中最重要的領域之一，其發展前景十分廣闊，並且有著巨大的市場潛力，柔性襯底薄膜電池無疑將在其中扮演重要角色。
二柔性襯底薄膜太陽電池的結構
柔性襯底太陽電池可採用單結或多結結構。單結結構因其穩定性差、效率低已較少採用，而穩定性好、效率高的多結、疊層太陽電池是柔性襯底太陽電池的發展方向，目前多採用三結太陽電池結構。三結太陽電池中，每一個電池都是由三個半導體結相互疊加而成：底電池吸收紅光；中間電池吸收綠光；頂電池吸收藍光；對陽光光譜的寬範圍響應是提高電池效率的關鍵。美國Uni-Solar公司的不鏽鋼襯底、三結非晶矽鍺太陽電池結構如圖3所示，其小面積電池效率目前達到14.6%。
三柔性襯底薄膜太陽電池的國內外現狀
當前商業化非晶矽電池的穩定效率，單結、雙結、三結分別為4%~5%，6%~7%，7%~8%。世界上從事柔性襯底薄膜太陽能電池的研製生產的主要單位是美國的聯合太陽能公司(United Solar)，歐洲的VHF-technologies公司，和日本的Sharp公司，Sanyo公司。
美國光伏計劃的重點是"Thin Film Partnership Program"，著重研究廉價高效薄膜太陽電池，預計到2020年左右，光伏發電的成本可望同燃油發電相競爭(相當於電池效率15%，每平方米成本≤50美元)。
美國United Solar Systems公司是Energy Conversion Devices,Inc.(ECD)和N.V.Bekaert S.A(BESS Europe)合資經營，2003年建立了一條同時沉積6卷不鏽鋼卷帶三結疊層非晶矽電池生產線，年產30MW，初始效率和穩定效率分別達到14.6%和12.6%。2006年為50MW，2007年達100MW，2010年的目標是300MW。
美國Toledo大學在柔性襯底非晶矽太陽電池領域的研究處於世界領先地位，其單結非晶矽鍺電池實驗室初始效率達到了13%，他們的技術團隊參與組建了MWOE和Xunlight公司，並在積極籌劃更大的產能。
日本在柔性襯底太陽電池的研究方面也走在世界前列。在日本，Sharp公司、Sanyo公司、TDK公司、Fuji公司都投入了大量人力、物力從事柔性襯底非晶矽太陽電池的研製，已經建成了多條兆瓦量級的聚酯膜柔性電池生產線。Sanyo公司最早在無人駕駛的太陽能飛機上採用了柔性襯底非晶太陽電池作為能源，完成了橫跨美洲大陸的飛行，顯示了柔性非晶薄膜太陽電池作為飛行器能源的巨大潛力。Sharp公司、TDK公司在聚酯膜上製備的非晶矽太陽電池目前已能生產面積為286cm2的組件，效率已達8.1%，小面積電池的效率已達11.1%。Fuji公司a-Si/a-SiGe疊層電池穩定效率達到9%，在日本Kumamoto建立了工廠，塑料襯底非晶矽電池的產量2006年達15MW。
歐盟則聯合其成員國的多個研究機構組織包括Neuchatel大學、VHF-technologies公司、RothRau公司等開展了聚酯膜襯底柔性電池的聯合攻關，目前已經實現了小批量的生產線。歐盟於2005年10月1日啟動了"FLEXCELLENCE"項目，為期3年，目標是開發出高效率薄膜電池組件卷對卷生產的設備和工藝，建成50兆瓦以上的柔性電池生產線，並希望將生產成本控制在每瓦0.5歐元。據2007年的報導，目前Neuchatel大學的聚酯膜襯底非晶矽疊層電池實驗室效率達到10.8%，VHF-technologies公司的年產能為25MW。
我國的柔性襯底薄膜電池的研究進展較慢。哈爾濱Chrona公司在90年代中期曾研製出柔性聚醯亞胺襯底上的非晶矽單結薄膜電池，電池初始效率為4.63%，功率重量比為231.5W/kg，但此後進展不大。近年來南開大學在柔性襯底非晶矽薄膜電池方面的研究取得了一定的進展，他們在0.115cm2的聚醯亞胺襯底上獲得單結薄膜電池的初始效率為4.84%，功率重量比為341W/kg。
柔性襯底電池的產業化方面，目前天津津能電池有限公司在建6MW非晶矽柔性電池生產線，30MW生產線已經開始了項目論證，新疆天富光伏光顯有限公司在建1MW非晶矽柔性電池生產線，未來準備建立8MW。這兩家公司都由於設備及技術由國外進口，預計電池成本偏高。總的來說，國內目前具備了非晶矽薄膜電池研製的技術基礎，但是在柔性襯底上的研究還處於剛剛起步的階段，和國外的差距較大。
四柔性襯底薄膜太陽電池的製備
下面以美國Uni-Solar公司的不鏽鋼柔性襯底三結非晶矽太陽電池為例簡單介紹卷對卷(roll to roll)生產過程。
將成卷不鏽鋼帶(帶磁性)裝入專用清洗機中，採用卷對卷方式進行鋼帶傳送，對鋼帶兩個表面同時進行清洗、乾燥。首先磁控濺射沉積金屬和金屬氧化層，以增強襯底的反射率。然後採用等離子體化學氣相沉積法(PECVD)沉積非晶矽層，以形成疊層太陽電池