一、硅基類薄膜太陽(yáng)能電池

    硅基類薄膜太陽(yáng)能電池根據(jù)材料具體可以分為非晶硅、多晶硅以及微晶硅薄膜太陽(yáng)能電池。其中,非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池因以玻璃、不銹鋼等為襯底而研制出來(lái)的,所以被認(rèn)為是現(xiàn)階段環(huán)保性能最好的電池。它的研究開(kāi)始于1976年,隨后在全世界范圍內(nèi)引起了重要影響。

    非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池具有質(zhì)量輕,光吸收好,耐高溫等特點(diǎn),其中, Villar.F等通過(guò) HWCVD方法制備了效率為4.6%的非晶硅薄膜電池;日本三菱重工也研制出面積達(dá)到1.4米*1.1米、效率為8%的高效太陽(yáng)能電池;現(xiàn)階段,非晶硅薄膜太陽(yáng)能光電效率最高可達(dá)9.5%。國(guó)內(nèi)對(duì)其進(jìn)行研究則開(kāi)始于上世紀(jì)八十年代,研制出面積分別為0.01米*0.01米與0.3米*0.3米的單結(jié)非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池。但非晶硅材料也存在一些不足,如轉(zhuǎn)換效率低、光照穩(wěn)定性差等,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)可通過(guò)采用多帶隙多結(jié)疊層、減少 i層厚度以及減少光反射率等方法,來(lái)提高了光照穩(wěn)定性及轉(zhuǎn)換效率。

    多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池不僅具有晶體硅太陽(yáng)能電池的高效率及穩(wěn)定性,而且具有材料用量少,生產(chǎn)成本低的優(yōu)勢(shì)。日本 Kaneka公司利用 PECVD工藝在玻璃基板上制備了厚約2μm的 p-i-n型多晶硅太陽(yáng)能電池,效率為12%;日本京工陶瓷公司在后來(lái)研制出面積為0.15米*0.15米的電池,效率達(dá)到17%。國(guó)內(nèi)對(duì)其研究開(kāi)始于1996年,效率目前達(dá)到了13.6%。

    微晶硅薄膜太陽(yáng)能電池具有制備工藝與非晶硅薄膜電池兼容、光譜響應(yīng)寬及基本沒(méi)有光致衰退的特點(diǎn)。1994年 Meier等通過(guò) VHFPECVD工藝研制出厚約1.7μm、面積約0.25cm2的微晶硅電池,效率達(dá)到4.6%。國(guó)內(nèi)南開(kāi)大學(xué)通過(guò) VHF-PECVD技術(shù),研制出沉積速率為1.2nm/s的電池,效率可達(dá)6.3%。但目前微晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的沉積速率較低,因此需要作進(jìn)一步研究。

    二、化合物類薄膜太陽(yáng)能電池

    化合物半導(dǎo)體材料大多為直接帶隙,而且禁帶寬度大,因此采用化合物制備的薄膜太陽(yáng)能電池具有光吸收系數(shù)大、抗輻射性能良好以及溫度系數(shù)小等特點(diǎn)?;衔镱惐∧ぬ?yáng)能電池主要包括砷化鎵、碲化鎘以及銅銦硒三種薄膜太陽(yáng)能電池。其中以銅銦硒薄膜太陽(yáng)能電池最具代表性,對(duì)其研究開(kāi)始于上世紀(jì)70年代,波音公司通過(guò)真空蒸發(fā)研制出銅銦硒薄膜太陽(yáng)能電池,效率達(dá)到9%。研究發(fā)現(xiàn),往銅銦硒薄膜太陽(yáng)能電池里摻入鎵、硫等材料,能調(diào)節(jié)禁帶寬度,從而提高轉(zhuǎn)換效率。美國(guó) NREL基于三步共蒸發(fā)法,獲得了19.9%的效率,并一直保持世界紀(jì)錄;直到2010年,德國(guó) ZSW基于蒸發(fā)法,將效率提高到20.3%。國(guó)內(nèi)南開(kāi)大學(xué)通過(guò)蒸發(fā)硒化法也獲得了14%的效率。但是,所用的銦和硒均是稀有元素,難以滿足大規(guī)模生產(chǎn),因此尋找廉價(jià)的替代元素成為了研究熱點(diǎn)。

    三、染料敏化薄膜太陽(yáng)能電池

    染料敏化薄膜太陽(yáng)能電池是模仿光合作用所研制出的光電化學(xué)電池,具有成本低、工藝簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕及效率高等特點(diǎn)。1991年,M.Gr?tzel的研究小組研制出了效率為7.1%的染料敏化電池;在2005年, M.Gr?tzel等人又將效率提高到12.3%。國(guó)內(nèi)在染料敏化薄膜太陽(yáng)能電池上的研究也已接近世界先進(jìn)水平,小面積電池效率為11%,同時(shí),長(zhǎng)春應(yīng)化所開(kāi)發(fā)出的 C101染料可獲得9%的效率。但是在轉(zhuǎn)換效率、耐久性及穩(wěn)定性方面還有很大的發(fā)展空間,因此,尋找低成本、性能好的染料仍然為當(dāng)前研究重點(diǎn)。

    四、總結(jié)

    綜上所述,以上三種薄膜太陽(yáng)能電池都有各自的特點(diǎn),相信隨著研究的廣泛開(kāi)展,在不久的將來(lái),這些薄膜太陽(yáng)能電池都會(huì)有新的技術(shù)突破,獲得更高的轉(zhuǎn)換效率,并被廣泛應(yīng)用到人們?nèi)粘I钪校瑴p少環(huán)境污染的同時(shí)也減少不可再生能源的消耗。
 
不可再生能源 薄膜太陽(yáng)能電池
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