隨著不可再生能源減少，環(huán)境污染日益嚴重，人們逐漸加大了對可再生能源的需求。太陽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，使得太陽能電池研究成為重點。而薄膜太陽能電池以其生產(chǎn)成本低、輕型化、耗材少、弱光響應良好等特點倍受研究者關注，其中主要有硅基類、化合物類以及染料敏化三種薄膜太陽能電池。接下來本文將對這三種薄膜太陽能電池的特點進行綜合評述，并對其發(fā)展前景進行展望。
一、硅基類薄膜太陽能電池
硅基類薄膜太陽能電池根據(jù)材料具體可以分為非晶硅、多晶硅以及微晶硅薄膜太陽能電池。其中，非晶硅薄膜太陽能電池因以玻璃、不銹鋼等為襯底而研制出來的，所以被認為是現(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。
非晶硅薄膜太陽能電池具有質(zhì)量輕，光吸收好，耐高溫等特點，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到 1.4米 *1.1 米、效率為 8% 的高效太陽能電池；現(xiàn)階段，非晶硅薄膜太陽能光電效率最高可達9.5%。國內(nèi)對其進行研究則開始于上世紀八十年代，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。
多晶硅薄膜太陽能電池不僅具有晶體硅太陽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。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，效率達到 17%。國內(nèi)對其研究開始于 1996 年，效率目前達到了13.6%。
微晶硅薄膜太陽能電池具有制備工藝與非晶硅薄膜電池兼容、光譜響應寬及基本沒有光致衰退的特點。 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，效率達到 4.6%。國內(nèi)南開大學通過 VHF-PECVD 技術，研制出沉積速率為1.2nm/s 的電池，效率可達 6.3%。但目前微晶硅薄膜太陽能電池的沉積速率較低，因此需要作進一步研究。
二、化合物類薄膜太陽能電池
化合物半導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。化合物類薄膜太陽能電池主要包括砷化鎵、碲化鎘以及銅銦硒三種薄膜太陽能電池。其中以銅銦硒薄膜太陽能電池最具代表性，對其研究開始于上世紀 70 年代，波音公司通過真空蒸發(fā)研制出銅銦硒薄膜太陽能電池，效率達到 9%。研究發(fā)現(xiàn)，往銅銦硒薄膜太陽能電池里摻入鎵、硫等材料，能調(diào)節(jié)禁帶寬度，從而提高轉(zhuǎn)換效率。美國 NREL 基于三步共蒸發(fā)法，獲得了 19.9% 的效率，并一直保持世界紀錄；直到 2010 年，德國 ZSW 基于蒸發(fā)法，將效率提高到 20.3%。國內(nèi)南開大學通過蒸發(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)，因此尋找廉價的替代元素成為了研究熱點。
三、染料敏化薄膜太陽能電池
染料敏化薄膜太陽能電池是模仿光合作用所研制出的光電化學電池，具有成本低、工藝簡單、質(zhì)量輕及效率高等特點。 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%。國內(nèi)在染料敏化薄膜太陽能電池上的研究也已接近世界先進水平，小面積電池效率為 11%，同時，長春應化所開發(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前研究重點。
四、總結(jié)
綜上所述，以上三種薄膜太陽能電池都有各自的特點，相信隨著研究的廣泛開展，在不久的將來，這些薄膜太陽能電池都會有新的技術突破，獲得更高的轉(zhuǎn)換效率，并被廣泛應用到人們?nèi)粘Ｉ钪校瑴p少環(huán)境污染的同時也減少不可再生能源的消耗。
來源：光伏標準及技術
