【摘 要】作為一種新生代的能源，是緩解能源危機的新型光伏器件，薄膜太陽能電池正得到不斷的研究與發(fā)展，并取得了很大的進展。本文綜述了硅基薄膜太陽電池中非晶硅薄膜太陽電池、多晶硅薄膜太陽電池；多元化合物薄膜太陽電池里薄膜太陽能電池、薄膜太陽電池；納米晶薄膜太陽電池中納米晶薄膜太陽電池、基薄膜太陽電池及有機薄膜太陽電池的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢。

【關(guān)鍵詞】薄膜太陽電池；硅基薄膜；多元化合物薄膜；納米晶薄膜；有機薄膜

隨著煤、石油、天然氣等能源日益枯竭和環(huán)境污染日益加劇，人們迫切需要尋找清潔可再生新能源。作為地球無限可再生的無污染能源。太陽能的應(yīng)用日益引起人們的關(guān)注，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的太陽能電池的研制得到了迅速發(fā)展。目前以商品化的晶體硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率最高，但受材料純度和制備工藝限制，成本高，很難再提高轉(zhuǎn)化效率或降低成本。薄膜太陽能電池只需幾um的厚度就能實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，是降低成本和提高光子循環(huán)的理想材料[1]。本文綜述了各種薄膜太陽能電池的研究現(xiàn)狀及生產(chǎn)現(xiàn)狀，對薄膜太陽能電池的發(fā)展趨勢進行了展望。

一、薄膜太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

在目前多晶硅原材料成本居高不下的情況下，各廠商紛紛轉(zhuǎn)而尋求技術(shù)創(chuàng)新，而近期薄膜技術(shù)領(lǐng)域的突破使其成為太陽能電池產(chǎn)業(yè)新的熱點。以目前的技術(shù)水平來說，在非晶硅薄膜太陽能電池應(yīng)用方面，還存在一些問題：

（1）效率低

單晶硅太陽能電池，單體效率為14%-17%（AMO），而柔性基體非晶硅太陽電池組件（約1000平方厘米）的效率為10-12%，還存在一定差距。

（2）穩(wěn)定性差

其不穩(wěn)定性集中體現(xiàn)在其能量轉(zhuǎn)換效率隨輻照時間的延長而變化，直到數(shù)百或數(shù)千小時后才穩(wěn)定。這個問題一定程度上影響了這種低成本太陽能電池的應(yīng)用。

（3）相同的輸出電量所需太陽能電池面積增加

與晶體硅電池相比，每瓦的電池面積會增加約一倍，在安裝空間和光照面積有限的情況下限制了它的應(yīng)用。

薄膜技術(shù)的進步給廠商帶來了新的發(fā)展思路，也正是看到2007年First Solar在薄膜太陽能電池領(lǐng)域的出色表現(xiàn)，各廠商紛紛投產(chǎn)進軍薄膜領(lǐng)域。2005年4月夏普開始正式受理薄膜太陽能電池定單。2007年11月底建設(shè)新生產(chǎn)線，并于2008年10月夏普舉行了供貨儀式，將薄膜硅太陽能電池的年生產(chǎn)能力從15MW提高到160MW。國內(nèi)廠商如津能、南通、孚日股份、金太陽等廠商已經(jīng)制定投產(chǎn)或擴產(chǎn)計劃[3]。

二、薄膜太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

CdTe（碲化鎘）薄膜、CIS（銅銦硒）/CIGS（銅銦硒鎵）薄膜和硅基薄膜廣泛用于光伏發(fā)電，將占據(jù)市場主流，成為薄膜太陽能電池中的佼佼者。其發(fā)展趨勢分別如下：

CdTe太陽能電池具有技術(shù)成熟、轉(zhuǎn)換效率高、發(fā)電量高、成本低等優(yōu)勢，在2007年其全球出貨量約180MW（僅次于硅基薄膜，在薄膜領(lǐng)域排名第二），目前CdTe電池商業(yè)化產(chǎn)品效率已超過12﹪。截至2008年1月，美國部分企業(yè)實驗室CdTe組件的轉(zhuǎn)換率高達16.5%，具體到商業(yè)化生產(chǎn)中，短時間內(nèi)很難達到這個水平[4]。

CIGS在高光電效率低材料成本的好處下（在實驗室完成的CIGS光電池，光電效率最高可達約19﹪，就模塊而言，最高亦可達約13﹪）。面臨三個主要困難要克服：

（1）制程復(fù)雜，投資成本高；

（2）關(guān)鍵原料的供應(yīng)；

（3）緩沖層CdS潛在毒害。

截至2008年2月，全球CIS/CIGS電池的實驗室最高轉(zhuǎn)換率達19.5%，具體到商業(yè)化生產(chǎn)中，短時間內(nèi)很難達到這個水平。

截至2008年2月，全球硅基薄膜組件主要有三種：單結(jié)非晶硅和雙結(jié)非晶硅組件轉(zhuǎn)換率5%-8%，雙結(jié)非晶硅/微晶硅組件轉(zhuǎn)換率8%-10%，三結(jié)非晶硅組件轉(zhuǎn)換率8%左右。不過由于硅基薄膜的基數(shù)比較大，就算到2013年依然是薄膜中的霸主。而目前新上的項目主要是單結(jié)非晶硅、雙結(jié)非晶硅和非晶/微晶硅。其中亞太地區(qū)（中國臺灣地區(qū)等）主要是單結(jié)、雙結(jié)非晶硅日本地區(qū)主要是非晶/微晶硅。歐洲主要是雙結(jié)非晶硅和非晶/微晶硅。美國三結(jié)非晶硅占據(jù)不錯的地位，同時其他非晶薄膜也有涉及。從成本的角度來看，非晶/微晶的成本在硅基薄膜中最高，其次就是三結(jié)非晶硅，雙結(jié)非晶硅，成本最低的就是單結(jié)非晶硅，非晶硅薄膜設(shè)備投資占據(jù)主要成本，而轉(zhuǎn)換率數(shù)據(jù)除了跟設(shè)備有關(guān)系外，自己的調(diào)試和開發(fā)能力也有一定的重要性。

目前，國內(nèi)外廠商的紛紛投產(chǎn)促進了薄膜電池市場的快速增長，未來兩年伴隨各廠商投產(chǎn)產(chǎn)能的釋放，薄膜電池市場將穩(wěn)步提升，2012年其市場份額有望達到25%。

薄膜技術(shù)的興起帶動了國內(nèi)新一輪太陽能光伏產(chǎn)業(yè)投資熱潮，未來3-5年隨著薄膜技術(shù)的日趨成熟，碲化鎘（CdTe）和CIGS等技術(shù)將會有新的突破，卷式（Roll-to-roll）設(shè)備和可印刷銅/銦/鎵/硒（CIGS）墨水等設(shè)備應(yīng)用的技術(shù)創(chuàng)新也會取得新進展。這將有望進一步帶動中國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)新一輪增長[5]。

特別是2008年由于美國應(yīng)用材料，瑞士Oerlikon，日本ULVAC等頂級的設(shè)備廠商大量推出標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，同時韓國Jusung，美國XsunX等設(shè)備企業(yè)的介入促使全球范圍大規(guī)模生產(chǎn)非晶硅成為可能，另外一些小尺寸的非晶硅設(shè)備企業(yè)（比如中國國內(nèi)的普樂新能源，上海思博露科技，北京的北儀創(chuàng)新，美國的EPVNano PV，香港的華基光電，匈牙利的EnergoSolar，歐洲的STF等相繼推出低成本的5兆瓦生產(chǎn)線也獲得了客戶的青睞，設(shè)備的驅(qū)動及大量資本的進入促使2007年和2008年稱為非晶硅大規(guī)模應(yīng)用的元年，也因此導(dǎo)致晶硅和非晶硅的格局將會因此而改變。

三、結(jié)語

薄膜太陽能電池是緩解能源危機的新型光伏器件。太陽能電池開發(fā)和制備過程中必須考慮的兩個因素是提高轉(zhuǎn)化率和降低成本。而電池的薄膜化無疑是降低成本的有效途徑。目前所開發(fā)研制的薄膜太陽能電池中硅基薄膜和多元化合物薄膜太陽能電池效率較高，并部分實現(xiàn)了商品化，但受材料制約，與其他薄膜太陽能電池相比成本相對較高。納米晶薄膜太陽能電池和有機薄膜太陽能電池原料易得、成本低，但目前轉(zhuǎn)化效率和穩(wěn)定性不夠好，所以研制新的低成本光電材料、開發(fā)新的大面積薄膜電池制備工藝以提高納米晶薄膜太陽能電池和有機薄膜太陽能電池的穩(wěn)定性和光電轉(zhuǎn)換效率仍是未來薄膜太陽能電池的研究熱點.

【參考文獻】

[1]BonnetD.Cadmium-telluride-materialforthinfilmsalarcella，[J].MaterRec.1998.13（10）.2740～2753

[2]梁宗存，沈輝，李戢洪.太陽能電池及材料研究[J].材料導(dǎo)報2000，14（8）：38-40.

[3]StaeblerDL，WroskiCR.，eta.lReversibleconduc2tivitychangesindischarge2producedamorphousSilicon[J].ApplPhysLett，1977，31：292.

[4]鐘迪生.硅薄膜太陽能電池研究進展[J].應(yīng)用學(xué)，2001，22（3）：34-40.

[5]王孔嘉，戴松元.染料敏化太陽電池及其進展[J].物理，2007，36（11）：853-861.

[6]孔凡太，戴松元.染料敏化太陽電池研究進展[J].新材料業(yè)，2007（7）：32-35.