柔性襯底太陽電池可采用單結或多結結構。單結結構因其穩(wěn)定性差、效率低已較少采用，而穩(wěn)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(fā)展方向，目前多采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;對陽光光譜的寬范圍響應是提高電池效率的關鍵。美國Uni-Solar公司的不銹鋼襯底、三結非晶硅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(nèi)外現(xiàn)狀
當前商業(yè)化非晶硅電池的穩(wěn)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制生產(chǎn)的主要單位是美國的聯(lián)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(fā)電的成本可望同燃油發(fā)電相競爭(相當于電池效率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(jīng)營，2003年建立了一條同時沉積6卷不銹鋼卷帶三結疊層非晶硅電池生產(chǎn)線，年產(chǎn)30MW，初始效率和穩(wěn)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硅太陽電池領域的研究處于世界領先地位，其單結非晶硅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，并在積極籌劃更大的產(chǎn)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硅太陽電池的研制，已經(jīng)建成了多條兆瓦量級的聚酯膜柔性電池生產(chǎn)線。Sanyo公司最早在無人駕駛的太陽能飛機上采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公司在聚酯膜上制備的非晶硅太陽電池目前已能生產(chǎn)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(wěn)定效率達到9%，在日本Kumamoto建立了工廠，塑料襯底非晶硅電池的產(chǎn)量2006年達15MW。
歐盟則聯(lián)合其成員國的多個研究機構組織包括Neuchatel大學、VHF-technologies公司、Roth&Rau公司等開展了聚酯膜襯底柔性電池的聯(lián)合攻關，目前已經(jīng)實現(xiàn)了小批量的生產(chǎn)線。歐盟于2005年10月1日啟動了"FLEXCELLENCE"項目，為期3年，目標是開發(fā)出高效率薄膜電池組件卷對卷生產(chǎn)的設備和工藝，建成50兆瓦以上的柔性電池生產(chǎn)線，并希望將生產(chǎn)成本控制在每瓦0.5歐元。據(jù)2007年的報道，目前Neuchatel大學的聚酯膜襯底非晶硅疊層電池實驗室效率達到10.8%，VHF-technologies公司的年產(chǎn)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年代中期曾研制出柔性聚酰亞胺襯底上的非晶硅單結薄膜電池，電池初始效率為4.63%，功率重量比為231.5W/kg，但此后進展不大。近年來南開大學在柔性襯底非晶硅薄膜電池方面的研究取得了一定的進展，他們在0.115cm2的聚酰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(chǎn)業(yè)化方面，目前天津津能電池有限公司在建6MW非晶硅柔性電池生產(chǎn)線，30MW生產(chǎn)線已經(jīng)開始了項目論證，新疆天富光伏光顯有限公司在建1MW非晶硅柔性電池生產(chǎn)線，未來準備建立8MW。這兩家公司都由于設備及技術由國外進口，預計電池成本偏高?？偟膩碚f，國內(nèi)目前具備了非晶硅薄膜電池研制的技術基礎，但是在柔性襯底上的研究還處于剛剛起步的階段，和國外的差距較大。
四柔性襯底薄膜太陽電池的制備
下面以美國Uni-Solar公司的不銹鋼柔性襯底三結非晶硅太陽電池為例簡單介紹卷對卷(roll to roll)生產(chǎn)過程。
將成卷不銹鋼帶(帶磁性)裝入專用清洗機中，采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、干燥。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。然后采用等離子體化學氣相沉積法(PECVD)沉積非晶硅層，以形成疊層太陽電池結構，這是整個制造過程中最關鍵的工藝步驟。對于三結非晶硅太陽電池來說，需要在已經(jīng)做好的背反射器的表面連續(xù)沉積9層硅基薄膜，包括3個P-I-N結子電池，各分離的反應室之間需要設計獨特的氣氛隔離室以防止相鄰反應室間的氣體交叉污染。硅基薄膜沉積完成之后，需在電池頂部沉積銦錫氧化物(ITO)，即透明導電氧化層作為入射光的減反射層。然后需要在光入射一面布置柵線，并根據(jù)最后電池的尺寸和形狀，進行切割、電極接合、電池切割和電池互聯(lián)，從而構成具有一定參數(shù)的電池組件。該生產(chǎn)線的年產(chǎn)量為30MW，造價為6000萬美元，90米長，3米高，以厚度127μm的不銹鋼(長2.6km，寬36cm)為襯底.
采用roll to roll技術來制備大面積柔性襯底非晶硅太陽電池，有以下關鍵技術問題需要解決：非晶硅薄膜的高速沉積;大面積薄膜生長時的均勻性;各反應室間氣體隔離裝置的開發(fā);實時監(jiān)控與診斷等等。整個roll to roll生產(chǎn)線的開發(fā)是一個國家綜合工業(yè)實力和基礎的體現(xiàn)。
五上海太陽能工程技術研究中心的工作
上海市太陽能工程技術研究中心目前擁有整套的柔性非晶薄膜電池研制線，太陽模擬器、QE測試設備等測試裝置，目前所研制的不銹鋼襯底非晶硅電池，電池效率達到8.4%(AM0，25℃);聚酰亞胺襯底非晶硅電池，電池效率達到6.4%(AM0，25℃)。