太阳能薄膜电池

电池

‌太阳能薄膜电池‌是一种将一层薄膜制备成太阳能电池的设备，其特点是用硅量极少，更容易降低成本，同时它既是一种高效能源产品，又是一种新型建筑材料，更容易与建筑结合。薄膜电池采用薄层材料，运用电子半导体和光学原理，通过光电效应将光能转化为电能‌。

简介

薄膜太阳电池的主要优点有：质量小、厚度极薄（几个微米）、可弯曲、制造工艺简单等。

传统晶体硅太阳电池由于由硅组成,电池主要部分易碎,易产生隐形裂纹,大多有一层钢化玻璃作为防护,造成重量大,携带不便,抗震能力差,造价高,效率或多或少降低。

薄膜太阳电池克服了上述缺点,前些年由于技术落后，薄膜太阳电池的光电转化效率并没有传统晶体硅电池转化效率高。薄膜太阳电池的转化效率之提升是太阳能科技界正在不断研究的主方向。截止2015年年中，实验室中碲化镉薄膜太阳电池的光电转化效率已达21.5%。First Solar公司是全球最大的碲化镉太阳能电池组件生厂商，其计划在2015年内实现相关组件的效率达到16%。目前，铜铟镓硒薄膜太阳电池的效率也超过21%，相关组件的效率也将达到15%。

当前已经实现商业化的薄膜太阳电池主要有:碲化镉薄膜太阳电池、铜铟镓硒薄膜太阳电池、非晶体硅薄膜太阳电池。

主要缺点：

易潮解：薄膜材料的生长机制决定薄膜太阳电池易潮解，故封装时要求封装薄膜太阳电池的含氟材料阻水性需比晶体硅电池的材料强9倍左右。

光致衰减性：衰减约30%。

定义

非晶硅(a-Si)太阳电池是在玻璃(glass)衬底上沉积透明导电膜(TCO)，然后依次用等离子体反应沉积p型、i型、n型三层a-Si，接着再蒸镀金属电极铝(Al)。光从玻璃面入射，电池电流从透明导电膜和铝引出，其结构可表示为glass/TCO/pin/Al，还可以用不锈钢片、塑料等作衬底。硅材料是太阳电池的主导材料，在成品太阳电池成本份额中，硅材料占了将近40%，而非晶硅太阳电池的厚度不到1μm，不足晶体硅太阳电池厚度的1/100，这就大大降低了制造成本，又由于非晶硅太阳电池的制造温度很低(～200℃)、易于实现大面积等优点，使其在薄膜太阳电池中占据首要地位，在制造方法方面有电子回旋共振法、光化学气相沉积法、直流辉光放电法、射频辉光放电法、溅射法和热丝法等。特别是射频辉光放电法由于其低温过程(～200℃)，易于实现大面积和大批量连续生产，现成为国际公认的成熟技术。在材料研究方面，先后研究了a-SiC窗口层、梯度界面层、μC-SiC p层等，明显改善了电池的短波光谱响应.这是由于a-Si太阳电池光生载流子的生成主要在i层，入射光到达i层之前部分被p层吸收，对发电是无效的。而a-SiC和μC-SiC材料比p型a-Si具有更宽的光学带隙，因此减少了对光的吸收，使到达i层的光增加；加之梯度界面层的采用，改善了a-SiC/a-Si异质结界面光电子的输运特性。在增加长波响应方面，采用了绒面TCO膜、绒面多层背反射电极(ZnO/Ag/Al)和多带隙叠层结构，即glass/TCO/p1i1n1/p2i2n2/p3i3n3/ZnO/Ag/Al结构。绒面TCO膜和多层背反射电极减少了光的反射和透射损失，并增加了光在i层的传播路程，从而增加了光在i层的吸收。多带隙结构中，i层的带隙宽度从光入射方向开始依次减小，以便分段吸收太阳光，达到拓宽光谱响应、提高转换效率之目的。在提高叠层电池效率方面还采用了渐变带隙设计、隧道结中的微晶化掺杂层等，以改善载流子收集。

制造工艺简易比较

传统晶体硅电池：加热融化无规则晶体硅块→生成原子排列有序的硅锭→切割成四方形薄片。

需经过多次高温过程，耗能大。

薄膜太阳电池：在衬底上（一般用玻璃）使用镀膜技术直接制成。

简易，成本低。

效率比较

*表中数据为已得到应用的薄膜太阳电池的效率，与实验室中最新研究成果有出入。

生产量

截止2013年，全球范围内，生产碲化镉薄膜太阳电池1660MW，铜铟镓硒薄膜太阳电池1500MW,非晶硅薄膜太阳电池500MW。

产业发展

已经能进行产业化大规模生产的薄膜电池主要有3种：非晶体硅薄膜太阳电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池（CIGS）、碲化镉薄膜太阳电池（CdTe）。

薄膜太阳能电池虽然在20世纪80年代就已出现，但由于早期科学技术相对落后致其光电转换效率低，加之衰减率（光致衰退率）较高等问题，早年未引起业界（主要是应用领域）的足够关注。统计数据显示，2013年薄膜太阳电池的市场份额约为1.1%。但随着学界技术的不断进步，薄膜太阳电池光电转换效率得到迅速提高。目前实验室数据显示，已有种类的薄膜太阳能电池光电转换效率已经逼近甚至部分超过传统的晶体硅太阳电池。其用料少、工艺简单、能耗低，成本低等因素使其具有一定优势，越来越被业界所接受。因此,薄膜太阳能电池产业得到较快发展。相信随着国家在新能源领域的投入加大以及社会可持续发展的需要，薄膜太阳电池会得到更加广泛的应用。

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