学文网摘要：社会经济发展对于环保要求的提升使得对于太阳能使用的关注度越来越高，而这也催生了太阳能电池相关技术的持续创新，薄膜太阳能电池就是最为重要的太阳能利用技术之一。本文基于对太阳能电池相关理念的概述，综合探讨了薄膜太阳能电池的发展状况及其特征，并从三个角度入手，对薄膜太阳能电池的相关种类进行了介绍，以求为薄膜太阳能电池发展提供必要的借鉴与参考。
关键词：薄膜太阳能电池；发展状况；特征；种类
中***分类号：TM914.4 文献标识码：A 文章编号：1007—9599 （2012） 14—0000—02
一、太阳能电池概述
伴随着经济社会的不断快速发展，经济增长对于环境污染的问题也变得越来越严重，因此基于可持续发展理念来进行工业生产、服务提供等成为当今世界经济发展的主旋律，而这也使得经济环保技术与工业生产相结合的理念深入人心。另一方面，在资源有限的情况下，如何有效利用现有资源，并不断开发出对新资源的运用也是摆在可持续发展理念上的重要考虑对象。基本看来，目前人们普遍认为对于太阳能的有效运用是解决能源危机、环境问题的最有效的途径。太阳能资源不仅具有清洁型能源的特征，而且其存在的长期性也能够解决人们对于能源的需求问题，太阳能电池是对于太阳能运用的最有效工具之一。太阳能电池已经经历了多个阶段的发展，其基本原理在于对半导体二极管的运用，将太阳所辐射过来的光波经由光伏作用转变为电能，为人们所用。半导体二极管能够在太阳光照射到其表面时，将太阳光加以吸收，并转化为光子能量，将自身所带的电子激发到导电带部分，最终形成具有正的电极的空穴，从而演进为光生载流子。在形成光生载流子之后，其能够在二级管内发生分离，而电子也相应的发生位置变化，最终带来空穴发生变化，产生具有负极的电极。正负极电荷的不断聚集，就演变为光伏效应，产生电压。因此，太阳能用的半导体二极管秩序在已经形成的两极进行线路连接，就可以将形成的电能导出。尽管太阳能的发展种类很多，但却普遍存在光电转化效率不高的状况，而这在***事领域、航天领域发展当中难以起到自身应有的作用，而提升光电转化率也成为太阳能研究的焦点所在。光电转化效率的研究多聚焦于太阳能材质的改革、对于元器件进行创新等方面，以增加太阳能电池对于阳光的吸收力度，减少阳光在太阳能电池中的传播距离等，最终提升光转电效率。当然，关于太阳能电池的研究十分广泛，而薄膜太阳能电池也逐步发展成为当今太阳能电池研究的最重要区域。
二、薄膜太阳能电池的发展及特性
（一）薄膜太阳能电池的发展
薄膜太阳能电池，顾名思义，其是在塑胶、玻璃或是金属基板上形成可产生光电效应的薄膜，厚度仅需数μm，因此在同一受光面积之下比硅晶圆太阳能电池大幅减少硅原料的用量。薄膜太阳能电池并非是新概念的产品，实际上人造卫星就早已经普遍採用砷化镓（GaAs）所制造的高转换效率薄膜太阳能电池板（以单晶硅作为基板，转换效能在30%以上）。不过，一方面因为制造成本相当高昂，另一方面除了太空等特殊领域之外，应用市场并不多，因此直到近几年因为太阳能发电市场快速兴起后，发现硅晶圆太阳电池在材料成本上的局限性，才再度引起为产业研发的关注，目标则是发展出材料成本低廉，又有利于大量生产的薄膜型太阳能电池。自2006下半年以来，因全球太阳能市场需求成长，造成硅原料供应不足、硅晶太阳能电池及模组生产成本水涨船高。而薄膜太阳能电池因具有轻薄、低成本、可挠曲、多种外观设计等优点，成为继硅晶太阳能电池之后，被认为是当前最具发展潜力的太阳能技术。
（二）薄膜太阳能电池发电原理
薄膜太阳能电池，是以pn半导体接面作为光吸收及能量转换的主体结构。在基板上分别涂上二种具不同导电性质的p型半导体及n型半导体，当太阳光照射在pn接面，部份电子因而拥有足够的能量，离开原子而变成自由电子，失去电子的原子因而产生空穴。透过p型半导体及n型半导体分别吸引空穴与电子，把正电和负电分开，在pn接面两端因而产生电位差。在导电层接上电路，使电子得以通过，并与在 pn 接面另一端的空穴再次结合，电路中便产生电流，再经由导线传输至负极。从光产生电的过程当中可知，薄膜太阳能电池的能量转换效率，与材料的能隙大小、光吸收系数及载子传输特性相关，因此厂商就提升转换效率的研发方向出发，往往也从材料选用、镀膜方面著手。
（三）薄膜太阳能电池发展的特征
首先是较高的生产成本。除了转换效率造成薄膜太阳能电池无法普及外，昂贵的建厂成本，往往也是令厂商却步的原因。以建一座30MW的太阳电池工厂为例，硅晶太阳电池的投资成本约4000～6000万人民币，而薄膜太阳能电池则为其成本的5～10倍不等，价格差别如此之大，在没有雄厚资金注入的情况下，特别是在目前全球经济不景气的环境下，厂商更难获取充裕的资金，因此无法建立相应的厂房设备。
其次是原料供应充足。在镀膜部分，非晶硅太阳能电池所需的硅镀膜亦只需1～2μm，厚度仅为硅晶圆的1/100，当硅料短缺时，可节省较多的材料费。而CIGS所需的硒、铟及CdTe的碲虽为稀有金属，但因全球对此类原料的需求量仍低，故不存在缺料问题。
最后是与载体做造型整合。由于薄膜电池非使用结晶硅做基板，因此不会受到晶圆尺寸大小限制，故容易进行大面积及客制化生产。加上有些基板具有轻薄、可透光且可挠的特色，因而增加薄膜太阳能电池造型设计的弹性空间及应用范围，例如，可结合商业设施、大楼及住宅，融入遮阳板、玻璃帷幕及屋顶等进行相关设计。
三、薄膜太阳能电池种类
（一）硅薄膜太阳能电池
首先是非晶硅太阳电池。硅薄膜类中的非晶硅太阳电池，为各类薄膜太阳电池中发展时间最长，也是目前薄膜太阳能电池中量产最多的一种。硅薄膜太阳能电池所使用的硅原料量，约为结晶类太阳能电池的1/100左右，利用化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，简称CVD）或溅镀法（sputtering），形成仅有数μm厚度的硅薄膜，具有轻薄、省材料的优点。然而，由于非晶硅薄膜有照光稳定度问题（即电池长期在强光照射下，转换效率会降低的光劣化现象），一直难以扩大普及率。但随著二层（Tandem）或多层接合太阳能电池（Multijunction）技术的发展，硅薄膜电池透过不同能隙材料的堆叠，增加光吸收能力，可达到转换效率提升的目的。