薄膜太陽能電池的進展和展望

王慶（龍焱能源科技（杭州）有限公司，浙江 杭州310016）

隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展，各個國家都意識到傳統(tǒng)能源在其經(jīng)濟發(fā)展上的局限性，隨之加大了在新能源發(fā)展領(lǐng)域的人力物力投入力度，其中對太陽能電池的發(fā)展尤為重視。我國的薄膜太陽能電池是近幾年才開始大范圍投入生產(chǎn)及使用的，但是由于各方面的原因，許多核心技術(shù)都是依賴于國外，尚沒有完全形成本國獨自自主研發(fā)的核心競爭力。

1 薄膜太陽能電池的研究進展

目前，市場上的薄膜太陽能電池主要有以下三類，分別是硅基、碲化鎘和銅銦鎵硒薄膜太陽能電池。而這三類電池都有他們各自的優(yōu)勢及劣勢，首先是硅基薄膜太陽能電池，目前它的市場化程度較高，起步比較早，制造成本連年逐漸降低，能耗也較少，但由于其光學(xué)帶隙與太陽光光譜不匹配，使其光電轉(zhuǎn)化率偏低，因此在可預(yù)測的未來將會被大多數(shù)的企業(yè)所拋棄。其次是碲化鎘薄膜太陽能電池，這種電池制作過程比較簡單，這也使得它的制造成本較低，這一點也讓它在市面上的占有率一定程度上得到了提升。但它生產(chǎn)所需要的原材料在目前世界上來說是比較稀缺的，另外它的使用會造成極大的鎘污染問題，在強調(diào)健康、環(huán)保、節(jié)能發(fā)展的當今社會，這成為它可能被逐漸淘汰使用的原因之一。最后一種銅銦鎵硒薄膜太陽能電池，它的光電轉(zhuǎn)化率目前已經(jīng)超過了20%，足以媲美當下非常受歡迎的單晶硅太陽能電池，另外它的抗輻射能力極強，使之無論是在地表大面積的發(fā)電還是空中應(yīng)用小衛(wèi)星的驅(qū)動能源，都有著其它太陽能電池不可比擬的優(yōu)勢，而且非常適合光伏建筑一體化(BIPV),也適合于建筑物曲面屋頂?shù)忍幨褂茫€可以做成折疊式電源，方便攜帶。但它的弊端也很突出，首先是它的緩沖層CdS 中存在一種有毒元素，另外它的制作工藝也很復(fù)雜，使之相應(yīng)的固定資產(chǎn)投資較高，許多企業(yè)也無法承擔(dān)較高的生產(chǎn)成本，這可能導(dǎo)致逐步放棄使用。總之，當前市場上流通的三種薄膜太陽能電池都有它各自的優(yōu)缺點。

2 薄膜太陽能電池的研究展望

2.1 增強內(nèi)建電場，提高電池效率

根據(jù)對以上三種薄膜太陽能電池的調(diào)查研究我們可以發(fā)現(xiàn)，市場對當前薄膜太陽能電池的共同需求是希望能夠提高它的穩(wěn)定性，以及它在實際使用中的轉(zhuǎn)化效率。多數(shù)研究人員實驗以提高電池穩(wěn)定效率的時候，都是通過采用提高晶化技術(shù)來實現(xiàn)的。通過在非晶硅太陽能電池中摻雜其它的微晶氧化硅使他們的器件效率提升。但是經(jīng)過相關(guān)實驗，我們可以發(fā)現(xiàn)，通過紅外波段進行光轉(zhuǎn)換吸收的波段光更明顯。除此之外，我們還可以通過改善非晶硅電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)界面，進而減少晶體分子的復(fù)合。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，技術(shù)人員可以通過改變薄膜太陽能電池內(nèi)，電池性能中各結(jié)構(gòu)的關(guān)系，進而提高器件的性能。其主要是抑制p型層相關(guān)鍵的形成與融合，通過增強內(nèi)建電場的方式來提高電池效率，使電池效率能在最大程度上得到提高。

2.2 增加陽光捕獲，提高續(xù)航能力

為了進一步的提高薄膜太陽能電池的使用效率，以及續(xù)航能力，相關(guān)技術(shù)人員從充分利用和捕獲太陽光的角度去進行探索。當前，許多研究者有意識的從原來的單結(jié)電池，轉(zhuǎn)化為制造雙結(jié)或者三結(jié)電池。因為電池的結(jié)也在一定程度上影響了電池的轉(zhuǎn)化率和穩(wěn)定性，進而影響續(xù)航能力。相關(guān)研究得出，一個能夠被太陽光照射1000 h的電板，它的三結(jié)電池效率只會降低15%左右，而單結(jié)電池的使用效率則會降低到35%左右，所以為了延長太陽能組件的使用壽命，我們可以采用增加太陽能電池的結(jié)數(shù)，以提高他們實際的續(xù)航能力。當前最新的技術(shù)是利用新的疊層組件，即非微晶微基雙結(jié)電池結(jié)構(gòu)，通過對它的結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)的改變，使它能夠增加對光的吸收程度，擴大對太陽光的吸收范圍，進而減少光吸收的減弱效應(yīng)，并且根據(jù)市場調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)在規(guī)模化生產(chǎn)后，它的光衰減化率也達到了8.2%。

2.3 更換電池材料，實現(xiàn)多元發(fā)展

我國主要的薄膜太陽能電池材料主要是銅銦鎵硒、碲化鎘、硅基薄膜。這些材料我們之前已經(jīng)說過了，他們各有利弊，但是還有其他材料可以作為薄膜太陽能電池的基礎(chǔ)成分，只是這些材料由于它本身開發(fā)的難度，以及在實際運用中的效益問題，還沒有得到大規(guī)模的開發(fā)。例如，多元化合物的薄膜太陽能電池，這種薄膜電池與我們在前面提到的碲化鎘和銅銦鎵硒薄膜太陽能電池是類似的，他們都是通過化合物晶體的轉(zhuǎn)換反應(yīng)，進而改變材料間帶的寬度，產(chǎn)生對薄膜電池的影響。其實對于納米晶太陽能電池，這是一種在國內(nèi)外都備受科研人員重視的薄膜太陽能電池材料。科研人員看中其在電池內(nèi)部易于制造的新工藝及簡單結(jié)構(gòu)，使其成為了新型光伏器件，另外它在生產(chǎn)過程中能耗較少，無毒無污染。由于對納米技術(shù)的研究本身是很成熟的，因此在對太陽能電池內(nèi)部進行相關(guān)改造時，這是很好的選擇。還有一種有機薄膜太陽能電池，是由有機材料構(gòu)成核心部分，其主要是作為半導(dǎo)體材料中的光伏器件進行運作。它的整個工作過程分為三步，首先是通過采集光產(chǎn)生激子，其次讓激子給太陽能界面進行分裂，最后由分裂出來的電子和空穴漂移在各電極實現(xiàn)最終的收集，這項研究能夠?qū)Ρ∧ぬ柲茈姵氐奈磥戆l(fā)展起到突飛猛進的推進效果。

2.4 研究結(jié)合需求，順應(yīng)市場趨勢

當前針對薄膜太陽能電池的研究有很多，并且他們的研究領(lǐng)域也在逐步地擴大，但是研究一定要與市場的需求相結(jié)合。盡管現(xiàn)有的薄膜太陽能電池的種類是多種多樣的，但他們各自的缺優(yōu)點也是并存的。不過企業(yè)可以根據(jù)市場的實際情況及自身的技術(shù)、物質(zhì)條件，有取舍地對現(xiàn)有的薄膜太陽能電池進行綜合利用，在實現(xiàn)自己利益最大化的同時也起到對環(huán)境最大程度的保護。不可否認的是，薄膜太陽能電池的使用是一種未來的發(fā)展趨勢，各企業(yè)對它的需求只會增加，因此它具有良好的發(fā)展前景。

3 結(jié)語

就當前市場來說，雖然薄膜太陽能電池的發(fā)展還有很大的挑戰(zhàn)，轉(zhuǎn)換效率也還有待提高。但是不可否認的是，薄膜太陽能電池仍然是當前市場上最具有競爭力的可再生資源。隨著人工智能時代的到來，薄膜太陽能電池現(xiàn)有的轉(zhuǎn)化效率低、生產(chǎn)成本高、使用壽命短等缺點都會在未來的技術(shù)革新中得到弱化，因此它的未來有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>