薄膜太陽能電池這個名字就是根據(jù)其厚度特征定義出來的。硅晶太陽能電池有350微米左右厚的吸光層,但是薄膜太陽能電池的吸光層只有1微米厚。1微米也就是1米的百萬分之一。
1.非晶硅
非晶硅薄膜是太陽能電池核心原材料之一,也稱微晶硅。按照材料的不同,當(dāng)前硅太陽能電池可分為三類:單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和薄膜太陽能電池三種。非晶硅薄膜就是相對于單晶硅和多晶硅來說的。薄膜太陽電池作為一種新型太陽能電池,由于其原材料來源廣泛、生產(chǎn)成本低、便于大規(guī)模生產(chǎn),因而具有廣闊的市場前景。薄膜電池基本上分為:非/微晶硅薄膜電池、CIGS薄膜電池和CdTe薄膜電池三種。
其中,GIGS的轉(zhuǎn)換效率最高,約為10%~12%,CdTe的轉(zhuǎn)換效率次之,約為8.5%~10.5%,非/微晶電池最低,一般為6%~8%;但從原材料的可獲取性來看,非/微晶電池的原材料為硅烷,最為普遍,而另外兩種電池的原材料中均包含稀有元素化合物,可獲取性較低。近年來,非晶硅薄膜太陽電池逐漸從各種類型的太陽電池中脫穎而出,在全球范圍內(nèi)掀起了一股投資熱潮。大尺寸玻璃基板薄膜太陽電池投入市場,必將極大地加速光伏建筑一體化、屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)以及光伏電站等的推廣和普及。同時,非晶硅薄膜電池在高氣溫條件下衰減微弱,所以也適合高溫、荒漠地區(qū)建設(shè)電站。
2.銅銦鎵硒電池板
CIGS是太陽能薄膜電池CuInxGa(1-x)Se2的簡寫,其具有穩(wěn)定性好、抗輻照性能好、成本低、效率高等優(yōu)點。小樣品CIGS薄膜太陽能電池的最高轉(zhuǎn)化效率2014年12月刷新為21.7%,由德國太陽能和氫能研究機構(gòu)ZSW采用共蒸鍍法制備。
大面積電池組件轉(zhuǎn)化效率及產(chǎn)量根據(jù)各公司制備工藝不同而有所不同,一般在10%~15%范圍內(nèi)。銅銦鎵硒薄膜太陽電池具有生產(chǎn)成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等特點,光電轉(zhuǎn)換效率居各種薄膜太陽能電池之首,接近晶體硅太陽電池,而成本則是晶體硅電池的三分之一,被國際上稱為“下一時代非常有前途的新型薄膜太陽電池”。
此外,該電池具有柔和、均勻的黑色外觀,是對外觀有較高要求場所的理想選擇,如大型建筑物的玻璃幕墻等,在現(xiàn)代化高層建筑等領(lǐng)域有很大市場。
雖然CIGS電池具有高效率和低材料成本的優(yōu)勢,但他也面臨三個主要的問題:
(1)制程復(fù)雜,投資成本高
(2)關(guān)鍵原料的供應(yīng)不足
(3)緩沖層CdS具有潛在的毒性。
3.碲化鎘
CdTe是Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體,帶隙1.5eV,與太陽光譜非常匹配,最適合于光電能量轉(zhuǎn)換,是一種良好的PV材料,具有很高的理論效率(28%),性能很穩(wěn)定,一直被光伏界看重,是技術(shù)上發(fā)展較快的一種薄膜電池。碲化鎘容易沉積成大面積的薄膜,沉積速率也高。CdTe薄膜太陽電池是太陽能電池中最容易制造的,因而它向商品化進展最快。提高效率就是要對電池結(jié)構(gòu)及各層材料工藝進行優(yōu)化,適當(dāng)減薄窗口層CdS的厚度,可減少入射光的損失,從而增加電池短波響應(yīng)以提高短路電流密度,較高轉(zhuǎn)換效率的CdTe電池就采用了較薄的CdS窗口層而創(chuàng)了最高紀錄。要降低成本,就必須將CdTe的沉積溫度降到550℃以下,以適于廉價的玻璃作襯底;實驗室成果走向產(chǎn)業(yè),必須經(jīng)過組件以及生產(chǎn)模式的設(shè)計、研究和優(yōu)化過程。
4.有機薄膜太陽能電池
有機太陽能電池,顧名思義,就是由有機材料構(gòu)成核心部分的太陽能電池。主要是以具有光敏性質(zhì)的有機物作為半導(dǎo)體的材料,以光伏效應(yīng)而產(chǎn)生電壓形成電流,實現(xiàn)太陽能發(fā)電的效果。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)的可設(shè)計性、質(zhì)輕、柔性等顯著優(yōu)點,但有機半導(dǎo)體的載流子遷移率較無機半導(dǎo)體低、穩(wěn)定性差。目前有機太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率很低,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。
原標(biāo)題:薄膜太陽能電池有哪些?薄膜太陽能電池的種類介紹