鋰電世界  隨著不可再生能源減少，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，人們逐漸加大了對(duì)可再生能源的需求。太陽(yáng)能屬于可再生能源的一種，具有資源豐富、環(huán)保清潔的優(yōu)勢(shì)，使得太陽(yáng)能電池研究成為重點(diǎn)。而薄膜太陽(yáng)能電池以其生產(chǎn)成本低、輕型化、耗材少、弱光響應(yīng)良好等特點(diǎn)倍受研究者關(guān)注，其中主要有硅基類、化合物類以及染料敏化三種薄膜太陽(yáng)能電池。接下來本文將對(duì)這三種薄膜太陽(yáng)能電池的特點(diǎn)進(jìn)行綜合評(píng)述，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行展望。

    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 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)寬及基本沒有光致衰退的特點(diǎn)。1994年 Meier等通過 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)南開大學(xué)通過 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)。化合物類薄膜太陽(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)其研究開始于上世紀(jì)70年代，波音公司通過真空蒸發(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)南開大學(xué)通過蒸發(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展，在不久的將來，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?，減少環(huán)境污染的同時(shí)也減少不可再生能源的消耗。