鉅大鋰電 | 點(diǎn)擊量：0次 | 2024年01月06日
詳解太陽(yáng)能電池及分類(lèi)和工作原理
太陽(yáng)能是一種輻射能，它必須借助予能量轉(zhuǎn)換器才能變換成為電能。這個(gè)把太陽(yáng)能（或其他光能）變換成電能的能量轉(zhuǎn)換器，就叫做太陽(yáng)能電池。
太陽(yáng)能電池的基本工作原理
太陽(yáng)能電池的工作原理基礎(chǔ)是半導(dǎo)體p-n結(jié)的光生伏打效應(yīng)。所謂光生伏打效應(yīng)，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是當(dāng)物體受到光照時(shí)，其體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)和電流的一種效應(yīng)。
當(dāng)太陽(yáng)光或其他光照射半導(dǎo)體的PN結(jié)時(shí)，出現(xiàn)電子--空穴對(duì)，在半導(dǎo)體內(nèi)部P-N結(jié)附近生成的載流子沒(méi)有被復(fù)合而到達(dá)空間電荷區(qū)，受內(nèi)部電場(chǎng)的吸引，電子流入n區(qū)，空穴流入p區(qū)，結(jié)果使n區(qū)儲(chǔ)存了過(guò)剩的電子，p區(qū)有過(guò)剩的空穴。它們?cè)趐-n結(jié)附近形成與勢(shì)壘方向相反的光生電場(chǎng)。
光生電場(chǎng)除了部分抵消勢(shì)壘電場(chǎng)的用途外，還使p區(qū)帶正電，n區(qū)帶負(fù)電，在n區(qū)和p區(qū)之間的薄層就出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)，這就是光生伏特效應(yīng)。當(dāng)把能量加到純硅中時(shí)（比如以熱的形式），它會(huì)導(dǎo)致幾個(gè)電子脫離其共價(jià)鍵并離開(kāi)原子。
每有一個(gè)電子離開(kāi)，就會(huì)留下一個(gè)空穴。然后，這些電子會(huì)在晶格周?chē)奶幱问帲瑢ふ伊硪粋€(gè)空穴來(lái)安身。這些電子被稱(chēng)為自由載流子，它們可以運(yùn)載電流。
這個(gè)電場(chǎng)相當(dāng)于一個(gè)二極管，允許（甚至推動(dòng)）電子從p側(cè)流向n側(cè)，而不是相反。當(dāng)光以光子的形式撞擊太陽(yáng)能電池時(shí)，其能量會(huì)使電子空穴對(duì)釋放出來(lái)。每個(gè)攜帶足夠能量的光子通常會(huì)正好釋放一個(gè)電子，從而出現(xiàn)一個(gè)自由的空穴。
假如這發(fā)生在離電場(chǎng)足夠近的位置，或者自由電子和自由空穴正好在它的影響范圍之內(nèi)，則電場(chǎng)會(huì)將電子送到N側(cè)，將空穴送到P側(cè)。這會(huì)導(dǎo)致電中性進(jìn)一步被破壞，假如我們供應(yīng)一個(gè)外部電流通路，則電子會(huì)經(jīng)過(guò)該通路，流向它們的原始側(cè)（P側(cè)），在那里與電場(chǎng)發(fā)送的空穴合并，并在流動(dòng)的過(guò)程中做功。從而形成從N型區(qū)到P型區(qū)的電流。然后在PN結(jié)中形成電勢(shì)差，這就形成了電源。
由于半導(dǎo)體不是電的良導(dǎo)體，電子在通過(guò)p－n結(jié)后假如在半導(dǎo)體中流動(dòng)，電阻非常大，損耗也就非常大。但假如在上層全部涂上金屬，陽(yáng)光就不能通過(guò)，電流就不能出現(xiàn)，因此一般用金屬網(wǎng)格覆蓋p－n結(jié)（如圖梳狀電極），以新增入射光的面積。
另外硅表面非常光亮，會(huì)反射掉大量的太陽(yáng)光，不能被電池利用。為此，科學(xué)家們給它涂上了一層反射系數(shù)非常小的保護(hù)膜，將反射損失減小到5％甚至更小。一個(gè)電池所能供應(yīng)的電流和電壓畢竟有限，于是人們又將很多電池并聯(lián)或串聯(lián)起來(lái)使用，形成太陽(yáng)能光電板。
太陽(yáng)能電池發(fā)電是根據(jù)特定材料的光電性質(zhì)制成的。黑體（如太陽(yáng)）輻射出不同波長(zhǎng)（對(duì)應(yīng)于不同頻率）的電磁波，如紅外線、紫外線、可見(jiàn)光等等。當(dāng)這些射線照射在不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體上，光子與導(dǎo)體或半導(dǎo)體中的自由電子用途出現(xiàn)電流。
射線的波長(zhǎng)越短，頻率越高，所具有的能量就越高，例如紫外線所具有的能量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于紅外線。但是并非所有波長(zhǎng)的射線的能量都能轉(zhuǎn)化為電能，值得注意的是光電效應(yīng)于射線的強(qiáng)度大小無(wú)關(guān)，只有頻率達(dá)到或超越可出現(xiàn)光電效應(yīng)的閾值時(shí)，電流才能出現(xiàn)。
太陽(yáng)電池發(fā)電是一種可再生的環(huán)保發(fā)電方式，發(fā)電過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)二氧化碳等溫室氣體，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。
太陽(yáng)能電池的種類(lèi)
太陽(yáng)能電池按形態(tài)可分為剛性太陽(yáng)能電池和柔性太陽(yáng)能電池；按結(jié)晶狀態(tài)可分為結(jié)晶系薄膜式和非結(jié)晶系薄膜式兩大類(lèi)，而前者又分為單結(jié)晶形和多結(jié)晶形；按材料可分為硅薄膜形、化合物半導(dǎo)體薄膜形和有機(jī)膜形；根據(jù)所用材料的不同，還可分為：硅太陽(yáng)能電池、多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池、聚合物多層修飾電極型太陽(yáng)能電池、納米晶太陽(yáng)能電池、有機(jī)太陽(yáng)能電池。其中硅太陽(yáng)能電池是目前發(fā)展最成熟的，在應(yīng)用中居主導(dǎo)地位。
硅太陽(yáng)能電池
硅太陽(yáng)能電池分為單晶硅太陽(yáng)能電池、多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池和非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池三種。
單晶硅太陽(yáng)能電池
單晶硅太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)重要包括正面梳狀電極、減反射膜、N型層、PN結(jié)、P型層、背面電極等。單晶硅太陽(yáng)能電池廣泛用于空間和地面，這種太陽(yáng)能電池以高純的單晶硅棒為原料。將單晶硅棒切成片，經(jīng)過(guò)一系列的半導(dǎo)體工藝形成PN結(jié)。
然后采用絲網(wǎng)印刷法做成柵線，經(jīng)過(guò)燒結(jié)工藝制成背電極，單晶硅太陽(yáng)能電池的單體片就制成了。單體片即可按所要的規(guī)格用串聯(lián)和并聯(lián)的方法組裝成太陽(yáng)能電池組件(太陽(yáng)能電池板)，構(gòu)成一定的輸出電壓和電流。最后用框架進(jìn)行封裝，將太陽(yáng)能電池組件組成各種大小不同的太陽(yáng)能電池陣列。
硅系列太陽(yáng)能電池中，單晶硅大陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。高性能單晶硅電池是建立在高質(zhì)量單晶硅材料和相關(guān)的成熱的加工處理工藝基礎(chǔ)上的。
現(xiàn)在單晶硅的電地工藝己近成熟，在電池制作中，一般都采用表面織構(gòu)化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術(shù)，開(kāi)發(fā)的電池重要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電極單晶硅電池。
提高轉(zhuǎn)化效率重要是靠單晶硅表面微結(jié)構(gòu)處理和分區(qū)摻雜工藝。目前單晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為15%左右，實(shí)驗(yàn)室成果也有20%以上的。
單晶硅太陽(yáng)能電池的特點(diǎn)
單晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率無(wú)疑是最高的，在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，雖然其轉(zhuǎn)換效率高，但是制作單晶硅太陽(yáng)能電池要大量的高純度硅材料，且工藝復(fù)雜，電耗很大池工藝影響，且太陽(yáng)能電池組件平面利用率低，致使單晶硅成本價(jià)格居高不下。要想大幅度降低其成本是非常困難的。
為了節(jié)省高質(zhì)量材料，尋找單晶硅電池的替代產(chǎn)品，現(xiàn)在發(fā)展了薄膜太陽(yáng)能電池，其中多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池和非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池就是典型代表。
多晶硅太陽(yáng)能電池
多晶硅薄膜太陽(yáng)電池是將多晶硅薄膜生長(zhǎng)在低成本的襯底材料上，用相對(duì)薄的晶體硅層作為太陽(yáng)電池的激活層，不僅保持了晶體硅太陽(yáng)電池的高性能和穩(wěn)定性，而且材料的用量大幅度下降，明顯地降低了電池成本。多晶硅薄膜太陽(yáng)電池的工作原理與其它太陽(yáng)電池相同，是基于太陽(yáng)光與半導(dǎo)體材料的用途而形成光伏效應(yīng)。
多晶硅太陽(yáng)能電池芯片是具有光電效應(yīng)的半導(dǎo)體器件，半導(dǎo)體的PN結(jié)被光照后出現(xiàn)電流，當(dāng)光直射太陽(yáng)能電池芯片，其中一部分被反射，一部分被吸收。一部分透過(guò)電池芯片、被吸收的光激發(fā)被束縛的高能級(jí)狀態(tài)下的電子，使之成為自由電子，這些自由電子在晶體內(nèi)向各方向移動(dòng)，余下空穴（電子以前的位置）。空穴也圍繞晶體飄移，自由電子（－）在N結(jié)聚集，空穴（＋）在P結(jié)聚集，當(dāng)外部環(huán)路被閉合，電流出現(xiàn)。
太陽(yáng)能電池使用的多晶硅材料多半是含有大量單晶顆粒的集合體，或用廢次單晶硅料和冶金級(jí)硅材料熔化，然后注入石墨鑄模中，即得多晶硅錠。這種硅錠鑄成立方體，以便切片加工成方形電池片。
多晶硅太陽(yáng)能電池板的制作工藝與單晶硅太陽(yáng)能電池板差不多，其光電轉(zhuǎn)換效率約12%左右，稍低于單晶硅太陽(yáng)能電池，但是材料制造簡(jiǎn)便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大量發(fā)展。
多晶硅太陽(yáng)能電池的特點(diǎn)
1、具有穩(wěn)定高效的光電轉(zhuǎn)換效率。
2、表面覆深藍(lán)色氮化硅減反膜,顏色均勻美觀。
3、高品質(zhì)的銀和銀鋁漿料，確保良好的導(dǎo)電性、可靠的附著力和很好的電極可焊性。
4、高精度的絲網(wǎng)印刷圖形和高平整度，使得電池易于自動(dòng)焊接和激光切割。
非晶硅太陽(yáng)能電池
非晶硅太陽(yáng)能電池由透明氧化物薄膜(TCO)層、非晶硅薄膜P-I-N層(I層為本征吸收層)、背電極金屬薄膜層組成，基底可以是鋁合金、不銹鋼、特種塑料等。它與單晶硅和多晶硅太陽(yáng)能電池的制作方法完全不同，硅材料消耗很少，電耗更低。
制造方法有多種，最常見(jiàn)的是用輝光放電法得到N型或P型的非晶硅膜。襯底材料一般用玻璃或不銹鋼板。非晶硅太陽(yáng)能電池很薄，可以制成疊層式，或采用集成電路的方法制造，可一次制作多個(gè)串聯(lián)電池，以獲得較高的電壓。
非晶態(tài)硅，其原子結(jié)構(gòu)不像晶體硅那樣排列得有規(guī)則，而是一種不定形晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。非晶硅屬于直接帶系材料，對(duì)陽(yáng)光吸收系數(shù)高，只要1ùm厚的薄膜就可以吸收80%的陽(yáng)光。
非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)。由于硅原料不足和價(jià)格上漲，促進(jìn)了高效使用硅的技術(shù)和非晶硅薄膜系太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)。非晶硅薄膜電池低廉的成本彌補(bǔ)了其在光電轉(zhuǎn)換效率上的不足，未來(lái)將在光伏發(fā)電上占據(jù)越來(lái)越重要的位置。
但是由于非晶硅缺陷較多，制備的太陽(yáng)能電池效率偏低，且其效率還會(huì)隨著光照衰減，導(dǎo)致非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的應(yīng)用受到限制。
目前非晶硅薄膜電池研究的重要方向是與微晶硅結(jié)合，生成非晶硅/晶硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池，這種電池不僅繼承了非晶硅電池的優(yōu)點(diǎn)，而且可以延緩非晶硅電池的效率隨光照衰減的速度，目前單純非晶硅薄膜電池的最高轉(zhuǎn)換效率為17.4%。
非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的特點(diǎn)
非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池與晶體硅太陽(yáng)能電池相比，具有重量輕、工藝簡(jiǎn)單、成本低、耗能少和便于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因此受到人們重視，并得到迅速的發(fā)展。非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池首先實(shí)現(xiàn)商品化，也是目前產(chǎn)業(yè)規(guī)模最大的薄膜電池。
雖然非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池得到了廣泛的研究和應(yīng)用。但是，依然存在著很多問(wèn)題要去解決：
1、y光學(xué)禁帶寬度為1.7eV，使得材料本身對(duì)太陽(yáng)輻射光譜的長(zhǎng)波區(qū)域吸收不敏感，限制了其光電轉(zhuǎn)換效率;
2、光電轉(zhuǎn)換效率隨著光照時(shí)間的上升而衰弱，即所謂的光致衰退（SW）效應(yīng)，使得電池性能不穩(wěn)定;
3、制備過(guò)程中，非晶硅的沉積速率較低，影響了非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的商業(yè)化生產(chǎn);
4、電池組件的后續(xù)加工困難，如Ag電極的處理問(wèn)題;
5、在薄膜沉積過(guò)程中存在大量的負(fù)面雜質(zhì)，如Oz，Nz和C等，影響薄膜的質(zhì)量和電池的穩(wěn)定性。
多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池
多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池材料為無(wú)機(jī)鹽，其重要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅錮硒薄膜電池等。硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但由于鎘有劇毒，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。
因此，并不是晶體硅太陽(yáng)能電池最理想的替代產(chǎn)品。砷化鎵（GaAs）III-V化合物電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光學(xué)帶隙以及較高的吸收效率，抗輻照能力強(qiáng)，對(duì)熱不敏感，適合于制造高效單結(jié)電池。但是GaAs材料的價(jià)格不菲，因而在很大程度上限制了用GaAs電池的普及。
CIS銅銦硒薄膜電池（簡(jiǎn)稱(chēng)CIS）適合光電轉(zhuǎn)換，不存在光致衰退問(wèn)題，轉(zhuǎn)換效率和多晶硅相同。具有價(jià)格低廉、性能良好和工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，將成為今后發(fā)展太陽(yáng)能電池的一個(gè)重要方向。唯一的問(wèn)題是材料的來(lái)源，由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類(lèi)電池的發(fā)展又必然受到限制。
聚合物多層修飾電極型太陽(yáng)能電池
在太陽(yáng)能電池中以聚合物代替無(wú)機(jī)材料是剛剛開(kāi)始的一個(gè)太陽(yáng)能電池制爸的研究方向。其原理是利用不同氧化還原型聚合物的不同氧化還原電勢(shì)，在導(dǎo)電材料（電極）表面進(jìn)行多層復(fù)合，制成類(lèi)似無(wú)機(jī)P－N結(jié)的單向?qū)щ娧b置。
其中一個(gè)電極的內(nèi)層由還原電位較低的聚合物修飾，外層聚合物的還原電位較高，電子轉(zhuǎn)移方向只能由內(nèi)層向外層轉(zhuǎn)移；另一個(gè)電極的修飾正好相反，并且第一個(gè)電極上兩種聚合物的還原電位均高于后者的兩種聚合物的還原電位。
當(dāng)兩個(gè)修飾電極放入含有光敏化劑的電解波中時(shí)．光敏化劑吸光后出現(xiàn)的電子轉(zhuǎn)移到還原電位較低的電極上，還原電位較低電極上積累的電子不能向外層聚合物轉(zhuǎn)移，只能通過(guò)外電路通過(guò)還原電位較高的電極回到電解液，因此外電路中有光電流出現(xiàn)。
由于有機(jī)材料柔性好，制作容易，材料來(lái)源廣泛，成本底等優(yōu)勢(shì)，從而對(duì)大規(guī)模利用太陽(yáng)能，供應(yīng)廉價(jià)電能具有重要意義。但以有機(jī)材料制備太陽(yáng)能電池的研究?jī)H僅剛開(kāi)始，不論是使用壽命，還是電池效率都不能和無(wú)機(jī)材料特別是硅電池相比。能否發(fā)展成為具有實(shí)用意義的產(chǎn)品，還有待于進(jìn)一步研究探索
納米晶化學(xué)太陽(yáng)能電池
在太陽(yáng)能電池中硅系太陽(yáng)能電池?zé)o疑是發(fā)展最成熟的，但由于成本居高不下，遠(yuǎn)不能滿足大規(guī)模推廣應(yīng)用的要求。為此，人們一直不斷在工藝、新材料、電池薄膜化等方面進(jìn)行探索，而這當(dāng)中新近發(fā)展的納米TiO2晶體化學(xué)能太陽(yáng)能電池受到國(guó)內(nèi)外科學(xué)家的重視。
納米晶化學(xué)太陽(yáng)能電池（簡(jiǎn)稱(chēng)NPC電池）是由一種在禁帶半導(dǎo)體材料修飾、組裝到另一種大能隙半導(dǎo)體材料上形成的，窄禁帶半導(dǎo)體材料采用過(guò)渡金屬Ru以及Os等的有機(jī)化合物敏化染料，大能隙半導(dǎo)體材料為納米多晶TiO2并制成電極，此外NPC電池還選用適當(dāng)?shù)难趸贿€原電解質(zhì)。
納米晶TiO2工作原理：染料分子吸收太陽(yáng)光能躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，電子快速注入到緊鄰的TiO2導(dǎo)帶，染料中失去的電子則很快從電解質(zhì)中得到補(bǔ)償，進(jìn)入TiO2導(dǎo)帶中的電于最終進(jìn)入導(dǎo)電膜,然后通過(guò)外回路出現(xiàn)光電流。
納米晶TiO2太陽(yáng)能電池的優(yōu)點(diǎn)在于它廉價(jià)的成本和簡(jiǎn)單的工藝及穩(wěn)定的性能。其光電效率穩(wěn)定在10％以上，制作成本僅為硅太陽(yáng)電池的1/5－1/10．壽命能達(dá)到2O年以上。
鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池
2015年，日本、我國(guó)和瑞士研究人員借助薄膜摻雜技術(shù)，制造出一種面積為1平方厘米的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其公證效率為15％，研究人員給鈣鈦礦電池的無(wú)機(jī)界面層氧化鎳薄膜重?fù)诫s鋰與鎂，將其導(dǎo)電性提高了10倍左右。
鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池，是利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽(yáng)能電池，即是將染料敏化太陽(yáng)能電池中的染料作了相應(yīng)的替換。
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由上到下分別為玻璃、FTO、電子傳輸層（ETM）、鈣鈦礦光敏層、空穴傳輸層（HTM）和金屬電極。
其中，電子傳輸層一般為致密的TiO2納米顆粒，以阻止鈣鈦礦層的載流子與FTO中的載流子復(fù)合。通過(guò)調(diào)控TiO2的形貌、元素?fù)诫s或使用其它的n型半導(dǎo)體材料如ZnO等手段來(lái)改善該層的導(dǎo)電能力，以提高電池的性能。
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的物理過(guò)程
在接受太陽(yáng)光照射時(shí)，鈣鈦礦層首先吸收光子出現(xiàn)電子-空穴對(duì)。由于鈣鈦礦材激子束縛能的差異，這些載流子或者成為自由載流子，或者形成激子。而且，因?yàn)檫@些鈣鈦礦材料往往具有較低的載流子復(fù)合幾率和較高的載流子遷移率，所以載流子的擴(kuò)散距離和壽命較長(zhǎng)。這就是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池優(yōu)異性能的來(lái)源。
然后，這些未復(fù)合的電子和空穴分別別電子傳輸層和空穴傳輸層收集，即電子從鈣鈦礦層傳輸?shù)絋iO2等電子傳輸層，最后被FTO收集；空穴從鈣鈦礦層傳輸?shù)娇昭▊鬏攲樱詈蟊唤饘匐姌O收集。
當(dāng)然，這些過(guò)程中總不免伴隨著一些使載流子的損失，如電子傳輸層的電子與鈣鈦礦層空穴的可逆復(fù)合、電子傳輸層的電子與空穴傳輸層的空穴的復(fù)合（鈣鈦礦層不致密的情況）、鈣鈦礦層的電子與空穴傳輸層的空穴的復(fù)合。要提高電池的整體性能，這些載流子的損失應(yīng)該降到最低。最后，通過(guò)連接FTO和金屬電極的電路而出現(xiàn)光電流。
薄膜太陽(yáng)能電池
薄膜太陽(yáng)能電池就是根據(jù)其厚度特點(diǎn)含義出來(lái)的。硅晶太陽(yáng)能電池有350微米左右厚的吸光層，但是薄膜太陽(yáng)能電池的吸光層只有1微米厚。
薄膜太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)者們開(kāi)始減少吸光材料的層數(shù)，比如基體上的半導(dǎo)體、涂層玻璃等。用作半導(dǎo)體的材料不要很厚，因?yàn)樗鼈兾仗?yáng)能非常高效。所以，薄膜太陽(yáng)能電池輕質(zhì)、耐用、簡(jiǎn)單。
根據(jù)所用半導(dǎo)體的類(lèi)型，薄膜太陽(yáng)能電池重要有以下三類(lèi)：非晶硅、碲化鎘和銅銦鎵硒。
非晶硅是傳統(tǒng)硅晶太陽(yáng)能電池的改進(jìn)版，它們被廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電子器件中，但是非晶硅也存在著一些缺點(diǎn)和不足。
非晶硅太陽(yáng)能電池最大的問(wèn)題之一就是其半導(dǎo)體所用的材料，硅在市場(chǎng)上并不容易找到，往往是供小于求；而非晶硅的效率又不夠高。因此，這種電池正經(jīng)歷著顯著的沒(méi)落。
更薄的非晶硅電池克服了這一缺點(diǎn)，但是厚度減小后的電池吸收光能的效率更低了。非晶硅電池適用于小尺寸器件，比如說(shuō)計(jì)算器，但不適用于大尺寸器件，比如靠太陽(yáng)能供電的建筑物。
無(wú)硅薄膜光電技術(shù)的良好發(fā)展開(kāi)始克服非晶硅存在的問(wèn)題，如碲化鎘電池和銅銦鎵硒電池。
基于玻璃的銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池
基于箔條的銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池
薄膜太陽(yáng)能電池背后的基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)與傳統(tǒng)的硅晶電池還是相同的。光電轉(zhuǎn)換電池要依賴(lài)于半導(dǎo)體。半導(dǎo)體以純物質(zhì)存在時(shí)是絕緣體，但是被加熱或和其他材料結(jié)合時(shí)便能夠?qū)щ姟．?dāng)半導(dǎo)體材料被混合或摻雜磷后，就有了額外的自由電子，這就是我們所熟知的N型半導(dǎo)體。當(dāng)半導(dǎo)體以其他材料摻雜（如硼），就有了額外的空位能夠接收電子，這就是P型半導(dǎo)體。
薄膜太陽(yáng)能電池通過(guò)一層膜將N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體連接起來(lái)，這就是連接面。即使在沒(méi)有光的情況下，少量的電子能夠從N型半導(dǎo)體穿過(guò)連接面到達(dá)P型半導(dǎo)體，出現(xiàn)一個(gè)小電壓。在有光的條件下，光子能夠擊出大量的電子，這些電子流過(guò)連接面形成電流。
傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體中加入硅，而最新一代的薄膜太陽(yáng)能電池使用碲化鎘或銅銦鎵硒薄層替代硅。以納米粒子的形式存在，銅銦鎵硒四種元素在均勻分配系統(tǒng)中進(jìn)行自裝配，以確保這四種元素的比例永遠(yuǎn)是正確的。
銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池有兩種基本的外形。玻璃態(tài)的電池要用鉬制造正電極，但是在箔條狀電池中不要鉬薄層，因?yàn)椴瓧l可以作為電極。氧化鋅薄膜在銅銦鎵硒電池中扮演另一電極的角色。在正負(fù)電極之間插入的是半導(dǎo)體材料和硫化鎘，這兩個(gè)薄層扮演了N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的角色，用于傳到電極之間出現(xiàn)的電流。
碲化鎘電池和銅銦鎵硒電池有著相似的結(jié)構(gòu)。它的一個(gè)電極由一層滲了銅的碳膠制成，另以電極由氧化錫或錫酸鎘制成。所用的半導(dǎo)體是碲化鎘，和硫化鎘一起扮演了N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的角色。
太陽(yáng)能電池的未來(lái)發(fā)展方向
薄膜太陽(yáng)能電池是最富前途的下一代太陽(yáng)能電池技術(shù),它節(jié)省了硅原料的使用和硅片制造工藝?與目前常見(jiàn)的硅片太陽(yáng)能電池相比,硅薄膜太陽(yáng)能電池用硅量?jī)H為前者的1%左右,可使每瓦太陽(yáng)能電池成本從2.5美元降至1.2美元?此外,這種高科技新產(chǎn)品可與建筑物屋頂?墻體材料如玻璃幕墻融為一體,既可并網(wǎng)發(fā)電又能節(jié)約建筑材料?美化環(huán)境?
第三代聚光太陽(yáng)能(CPV)發(fā)電方式,正逐漸成為太陽(yáng)能領(lǐng)域的焦點(diǎn)?光伏發(fā)電經(jīng)歷了第一代晶硅電池和第二代薄膜電池,目前產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程正逐漸轉(zhuǎn)向高效的CPV系統(tǒng)發(fā)電?
與前兩代電池相比,CPV采用多結(jié)的III-V族化合物電池,具有大光譜吸收?高轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點(diǎn)。而且所需的電池面積不大,以相對(duì)廉價(jià)的聚光器件替代昂貴的半導(dǎo)體材料,在大規(guī)模應(yīng)用于發(fā)電時(shí)可有效降低成本?降低生產(chǎn)量耗?
太陽(yáng)能作為一種持久?普遍?巨大的能源,可以說(shuō)是取之不盡用之不竭?相比于其他能源,太陽(yáng)能的利用是潔凈?無(wú)污染的,利用太陽(yáng)能不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染?當(dāng)人類(lèi)面對(duì)能源與環(huán)境危機(jī)時(shí),迫切的要找到一種清潔,高效且相對(duì)充足的能源形勢(shì)來(lái)滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,而太陽(yáng)能則是最好的選擇之一?
