学文网【摘 要】作为一种新生代的能源，是缓解能源危机的新型光伏器件，薄膜太阳能电池正得到不断的研究与发展，并取得了很大的进展。本文综述了硅基薄膜太阳电池中非晶硅薄膜太阳电池、多晶硅薄膜太阳电池；多元化合物薄膜太阳电池里薄膜太阳能电池、薄膜太阳电池；纳米晶薄膜太阳电池中纳米晶薄膜太阳电池、基薄膜太阳电池及有机薄膜太阳电池的发展现状及趋势。
【关键词】薄膜太阳电池；硅基薄膜；多元化合物薄膜；纳米晶薄膜；有机薄膜
随着煤、石油、天然气等能源日益枯竭和环境污染日益加剧，人们迫切需要寻找清洁可再生新能源。作为地球无限可再生的无污染能源。太阳能的应用日益引起人们的关注，将太阳能转化为电能的太阳能电池的研制得到了迅速发展。目前以商品化的晶体硅太阳能电池的光电转化效率最高，但受材料纯度和制备工艺限制，成本高，很难再提高转化效率或降低成本。薄膜太阳能电池只需几um的厚度就能实现光电转换，是降低成本和提高光子循环的理想材料[1]。本文综述了各种薄膜太阳能电池的研究现状及生产现状，对薄膜太阳能电池的发展趋势进行了展望。
一、薄膜太阳能光伏产业发展现状
在目前多晶硅原材料成本居高不下的情况下，各厂商纷纷转而寻求技术创新，而近期薄膜技术领域的突破使其成为太阳能电池产业新的热点。以目前的技术水平来说，在非晶硅薄膜太阳能电池应用方面，还存在一些问题：
（1）效率低
单晶硅太阳能电池，单体效率为14%-17%（AMO），而柔性基体非晶硅太阳电池组件（约1000平方厘米）的效率为10-12%，还存在一定差距。
（2）稳定性差
其不稳定性集中体现在其能量转换效率随辐照时间的延长而变化，直到数百或数千小时后才稳定。这个问题一定程度上影响了这种低成本太阳能电池的应用。
（3）相同的输出电量所需太阳能电池面积增加
与晶体硅电池相比，每瓦的电池面积会增加约一倍，在安装空间和光照面积有限的情况下限制了它的应用。
薄膜技术的进步给厂商带来了新的发展思路，也正是看到2007年First Solar在薄膜太阳能电池领域的出色表现，各厂商纷纷投产进***薄膜领域。2005年4月夏普开始正式受理薄膜太阳能电池定单。2007年11月底建设新生产线，并于2008年10月夏普举行了供货仪式，将薄膜硅太阳能电池的年生产能力从15MW提高到160MW。国内厂商如津能、南通、孚日股份、金太阳等厂商已经制定投产或扩产计划[3]。
二、薄膜太阳能光伏产业发展趋势
CdTe（碲化镉）薄膜、CIS（铜铟硒）/CIGS（铜铟硒镓）薄膜和硅基薄膜广泛用于光伏发电，将占据市场主流，成为薄膜太阳能电池中的佼佼者。其发展趋势分别如下：
CdTe太阳能电池具有技术成熟、转换效率高、发电量高、成本低等优势，在2007年其全球出货量约180MW（仅次于硅基薄膜，在薄膜领域排名第二），目前CdTe电池商业化产品效率已超过12。截至2008年1月，美国部分企业实验室CdTe组件的转换率高达16.5%，具体到商业化生产中，短时间内很难达到这个水平[4]。
CIGS在高光电效率低材料成本的好处下（在实验室完成的CIGS光电池，光电效率最高可达约19，就模块而言，最高亦可达约13）。面临三个主要困难要克服：
（1）制程复杂，投资成本高；
（2）关键原料的供应；
（3）缓冲层CdS潜在毒害。
截至2008年2月，全球CIS/CIGS电池的实验室最高转换率达19.5%，具体到商业化生产中，短时间内很难达到这个水平。
截至2008年2月，全球硅基薄膜组件主要有三种：单结非晶硅和双结非晶硅组件转换率5%-8%，双结非晶硅/微晶硅组件转换率8%-10%，三结非晶硅组件转换率8%左右。不过由于硅基薄膜的基数比较大，就算到2013年依然是薄膜中的霸主。而目前新上的项目主要是单结非晶硅、双结非晶硅和非晶/微晶硅。其中亚太地区（中国台湾地区等）主要是单结、双结非晶硅日本地区主要是非晶/微晶硅。欧洲主要是双结非晶硅和非晶/微晶硅。美国三结非晶硅占据不错的地位，同时其他非晶薄膜也有涉及。从成本的角度来看，非晶/微晶的成本在硅基薄膜中最高，其次就是三结非晶硅，双结非晶硅，成本最低的就是单结非晶硅，非晶硅薄膜设备投资占据主要成本，而转换率数据除了跟设备有关系外，自己的调试和开发能力也有一定的重要性。
目前，国内外厂商的纷纷投产促进了薄膜电池市场的快速增长，未来两年伴随各厂商投产产能的释放，薄膜电池市场将稳步提升，2012年其市场份额有望达到25%。
薄膜技术的兴起带动了国内新一轮太阳能光伏产业投资热潮，未来3-5年随着薄膜技术的日趋成熟，碲化镉（CdTe）和CIGS等技术将会有新的突破，卷式（Roll-to-roll）设备和可印刷铜/铟/镓/硒（CIGS）墨水等设备应用的技术创新也会取得新进展。这将有望进一步带动中国太阳能光伏产业新一轮增长[5]。
特别是2008年由于美国应用材料，瑞士Oerlikon，日本ULVAC等顶级的设备厂商大量推出标准设备，同时韩国Jusung，美国XsunX等设备企业的介入促使全球范围大规模生产非晶硅成为可能，另外一些小尺寸的非晶硅设备企业（比如中国国内的普乐新能源，上海思博露科技，北京的北仪创新，美国的EPVNano PV，香港的华基光电，匈牙利的EnergoSolar，欧洲的STF等相继推出低成本的5兆瓦生产线也获得了客户的青睐，设备的驱动及大量资本的进入促使2007年和2008年称为非晶硅大规模应用的元年，也因此导致晶硅和非晶硅的格局将会因此而改变。
三、结语
薄膜太阳能电池是缓解能源危机的新型光伏器件。太阳能电池开发和制备过程中必须考虑的两个因素是提高转化率和降低成本。而电池的薄膜化无疑是降低成本的有效途径。目前所开发研制的薄膜太阳能电池中硅基薄膜和多元化合物薄膜太阳能电池效率较高，并部分实现了商品化，但受材料制约，与其他薄膜太阳能电池相比成本相对较高。纳米晶薄膜太阳能电池和有机薄膜太阳能电池原料易得、成本低，但目前转化效率和稳定性不够好，所以研制新的低成本光电材料、开发新的大面积薄膜电池制备工艺以提高纳米晶薄膜太阳能电池和有机薄膜太阳能电池的稳定性和光电转换效率仍是未来薄膜太阳能电池的研究热点.
【参考文献】
[1]BonnetD.Cadmium-telluride-materialforthinfilmsalarcella，[J].MaterRec.1998.13（10）.2740～2753
[2]梁宗存，沈辉，李戢洪.太阳能电池及材料研究[J].材料导报2000，14（8）：38-40.
[3]StaeblerDL，WroskiCR.，eta.lReversibleconduc2tivitychangesindischarge2producedamorphousSilicon[J].ApplPhysLett，1977，31：292.
[4]钟迪生.硅薄膜太阳能电池研究进展[J].应用学，2001，22（3）：34-40.
[5]王孔嘉，戴松元.染料敏化太阳电池及其进展[J].物理，2007，36（11）：853-861.
[6]孔凡太，戴松元.染料敏化太阳电池研究进展[J].新材料业，2007（7）：32-35.
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