薄膜太陽能電池的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

　　CIGS薄膜太陽能電池

　　銅銦鎵硒薄膜太陽能電池是第三代太陽能電池的首選，并且是單位重量輸出功率最高的太陽能電池。所謂第三代太陽能電池就是高效/低成本/可大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的銅銦鎵硒（CIGS）等化合物薄膜太陽能電池。

　　CIGS具有非常優(yōu)良的抗干擾、耐輻射能力，因而沒有光輻射引致性能衰退效應(yīng)，使用壽命長。CIGS是直接帶隙的半導體材料，因此電池中所需的CIGS薄膜厚度很?。ㄒ话阍?um左右）。它的吸收系數(shù)非常高達10-5cm-1，同時還具有很好的非常大范圍的太陽光譜的響應(yīng)特性。通過調(diào)節(jié)Ga/（In+Ga）可以改變CIGS的帶隙，調(diào)節(jié)范圍為1.04eV~1.72eV。CIGS系電池可以很方便地做成多結(jié)系統(tǒng)，在四個結(jié)的情況下，從光線入射方向按禁帶寬度由大到小順序排列，太陽能電池的理論轉(zhuǎn)換效率極限可以超過50%。

　　CIGS薄膜在高于500℃的溫度下沉積在涂有Mo的玻璃襯底上，并且與通過化學沉積形成的CdS層，組成CdS／CIGS異質(zhì)結(jié)太陽能電池。以摻鎵的CIS（CIGS）和以CdS為緩沖層制成的太陽能電池效率已高達21．5％。

　　目前大多數(shù)CIGS電池組件都含有CdS緩沖層，但使用CdS緩沖層也存在一些缺點。從恢復短波光生電流的觀點來看，應(yīng)該使用禁帶寬度更寬的緩沖層，從環(huán)境的觀點來看，鎘的毒性將對環(huán)境產(chǎn)生負面影響。因此近年來研究使用的緩沖層材料有ZnS、In2S3、ZnSe、ZnO、SnO2、ZnIn2Se等，以取代CdS作為緩沖層，實現(xiàn)制備綠色無鎘高效CIGS薄膜太陽電池，同時為了節(jié)約原材料和能源，還應(yīng)該考慮盡可能地減小薄膜厚度。

　　有機薄膜太陽能電池

　　有機薄膜太陽能電池主要有：單層結(jié)構(gòu)的肖特基電池、雙層p-n異質(zhì)結(jié)電池以及P型和n型半導體網(wǎng)絡(luò)互穿結(jié)構(gòu)的體相異質(zhì)結(jié)電池。目前認為有機薄膜太陽能電池的作用過程分為3個步驟：光激發(fā)產(chǎn)生激子、激子在給體／受體（D／A）界面的分裂、電子和空穴的漂移及其在各自電極的收集。有機薄膜太陽能電池具有材料潛在的低價格、加工容易、可大面積成膜、分子及薄膜性質(zhì)可設(shè)計性、質(zhì)輕、柔性等顯著優(yōu)點，但目前有機薄膜太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率很低、穩(wěn)定性差，只有將光電轉(zhuǎn)換效率提高到5％以上才可能大規(guī)模應(yīng)用。

　　綜上所述，薄膜太陽能電池因為低成本、低材料消耗、不斷提高的轉(zhuǎn)換效率，在未來光伏電池技術(shù)發(fā)展中占有越來越重要的位置，很多研究人員都在致力于薄膜太陽能的研究和開發(fā)。不同類型的薄膜太陽能電池具備各自的優(yōu)缺點。a-Si薄膜太陽能電池成本較單晶Si太陽能電池低，但由于存在光致衰退效應(yīng)，目前很難發(fā)展為具有穩(wěn)定高效率的太陽能電池。而poly-Si薄膜太陽能電池兼具單晶Si和a-Si的優(yōu)點，制備工藝相對簡單，適合產(chǎn)業(yè)化大面積生產(chǎn)。CIGS薄膜太陽能電池效率較高，性能優(yōu)越，建議科研工作者給予更多的關(guān)注。有機薄膜太陽能電池對于實現(xiàn)低能耗、低成本、無污染具有重要的意義，但轉(zhuǎn)換效率低、長期穩(wěn)定性差，想實現(xiàn)商用需要較長的研究過程?？梢栽O(shè)想在不久的將來，隨著科研工作的不斷深入，薄膜太陽能電池目前面臨的問題將逐一得到解決，性能將不斷得到改善和提高，從而滿足未來消費者對于能源的迫切需求。