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透 视 INSIGHT 薄膜太阳电池介绍及应用发展 ■ 文/王恩忠 河北东旭投资集团公司太阳能研究所 目前，虽然晶体硅太阳电池被广 较小，若组成光伏系统，要用数十个相 （CIGS）薄膜电池、砷化镓（GaAs）薄膜 泛应用，占据太阳电池的主要市场，但 同的硅太阳电池连接起来，造成系统 电池、染料敏化太阳电池（DSSC）等。 是晶体硅太阳电池存在着固有弱点 ： 的成本较高。 1.硅基薄膜电池 其禁带宽度为 1.12eV，太阳能光电转 因此，薄膜电池就引起了人们的 硅基薄膜电池包括非晶硅薄膜 换理论效率相对较低 ；晶硅材料是间 兴趣。薄膜电池的厚度一般只有1 ～ 电池、微晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电 接带隙材料，在可见光范围内，硅的吸 10μm，制备在玻璃、不锈钢等廉价的 池，而目前市场上主要是非晶硅薄膜 收系数远低于其他材料，比如，同样 衬底支撑材料上，可以实现低成本、大 电池产品。非晶硅（a-Si）太阳电池一 吸收95%的太阳光，砷化镓（GaAs）薄 面积的工业化生产，于是各大厂商纷 般是通过高频等离子体辉光放电等 膜电池只需5 ～10μm的厚度，而晶 纷转向薄膜太阳电池产业。 方法使硅烷（SiH）气体分解沉积而 4 硅则需150μm以上的厚度，因此在制 成的。非晶硅的禁带宽度为 1.7eV，通 备晶硅电池时，硅片的厚度在150 ～ 一、薄膜太阳电池的种类 过掺硼或磷可得到p型或n型a-Si。然 200μm以上，才能有效吸收太阳能 ； 太阳电池是利用光生伏特效应， 而由于非晶硅原子排列的不规则性， 晶硅材料需要多次提纯，且在冶炼和 将太阳辐射能直接转换为电能的一种 单纯的非晶硅p-n结中隧道电流占主 提纯过程中能耗极大，环境污染严重， 器件。薄膜电池可分为硅基薄膜电池、 导地位，无整流特性，不能制作太阳电 相对成本高 ；硅太阳电池的尺寸相对 碲化镉（CdTe）薄膜电池、铜铟镓硒 池。为得到良好的二极管整流特性， 48 Advanced Materials Industry INSIGHT 透 视 一般要在p层和n层之间加入较厚的 5.染料敏化太阳电池 二、薄膜太阳电池的优势 本征层i，以遏制其隧道电流，所以非 染料敏化太阳电池是太阳电池 1.成本优势 晶硅太阳电池一般具有p-i-n结构。 中相当新颖的技术产品，由透明导电 薄膜太阳电池使用的硅材料很 为了提高效率和改善稳定性，发展了 基板、二氧化钛(TiO2)纳米微粒薄膜、 少，相对于高昂的晶体硅材料来说，这 p-i-n/p-i-n双层或多层结构式的 染料(光敏化剂)、电解质和氧化铟锡 给其成本控制带来很大的下降空间。 叠层电池 ；美国联合太阳能（United (ITO)电极所组成。目前，染料敏化太 据测算，即使在5MW的生产规模下， Solar）还做出了a-Si/a-SiGe/ 阳电池研究仍停留在实验室阶段，实 非晶硅薄膜太阳电池组件的生产成本 a-SiGe三层堆叠硅锗电池，使吸收光 验室最高效率在11%左右。 也在2美元/W以下 ；而单线产能达 谱更广。 通过太阳电池转换效率提升示意 到40 ～60MW甚至更高的全自动化 2.碲化镉薄膜电池 图（图1），