(整理)薄膜太阳能电池种类
薄膜太阳能电池分类
薄膜太阳能电池分类21世纪初之前，太阳能电池主要以硅系太阳能电池为主，超过89%的光伏市场由硅系列太阳能电池所占领，但自2003年以来，晶体硅太阳能电池的主要原料多晶硅价格快速上涨，因此，业内人士自热而然将目光转向了成本较低的薄膜电池。
薄膜太阳电池可以使用在价格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金属片等不同材料当基板来制造，形成可产生电压的薄膜厚度仅需数μm，目前转换效率最高可达13%以上。
薄膜电池太阳电池除了平面之外，也因为具有可挠性可以制作成非平面构造其使用范围大，可和建筑物结合或是变成建筑体的一部份，使用非常广泛。
1.硅基薄膜电池硅基薄膜电池包括非晶硅薄膜电池、微晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电池，而目前市场主要是非晶硅薄膜电池产品。
非晶硅的禁带宽度为1.7eV，通过掺硼或磷可得到p型或n型a-Si。
为了提高效率和改善稳定性，还发展了p-i-n/p-i-n双层或多层结构式的叠层电池。
2.碲化镉（CdTe）薄膜电池碲化镉薄膜电池是最早发展的太阳电池之一，由于其工艺过程简单，制造成本低，实验室转换效率已超过16%，大规模效率超过12%，远高于非晶硅电池。
不过由于镉元素可能对环境造成污染，使用受到限制。
近年来美国FirstSolar公司采取了独特的蒸气输运法沉积等特殊措施，解决了污染问题，开始大规模生产，并为德国建造世界最大的光伏电站提供40MW 碲化镉太阳电池组件。
3.铜铟镓硒(CIGS)薄膜电池铜铟镓硒薄膜电池是近年来发展起来的新型太阳电池，通过磁控溅射、真空蒸发等方法，在基底上沉积铜铟镓硒薄膜，薄膜制作方法主要有多元分布蒸发法和金属预置层后硒化法等。
基底一般用玻璃，也可用不锈钢作为柔性衬底。
实验室最高效率已接近20%，成品组件效率已达到13%，是目前薄膜电池中效率最高的电池之一。
4.砷化镓（GaAs）薄膜电池砷化镓薄膜电池是在单晶硅基板上以化学气相沉积法生长GaAs薄膜所制成的薄膜太阳电池，其直接带隙1.424eV，具有30%以上的高转换效率，很早就被使用于人造卫星的太阳电池板。
薄膜太阳能电池种类
薄膜太阳能电池种类薄膜太阳能电池是一种新型的太阳能电池技术，相比传统的硅基太阳能电池，薄膜太阳能电池具有更轻薄、柔性、低成本等优点。
随着科技的不断进步，薄膜太阳能电池也在不断发展和演进。
本文将介绍几种常见的薄膜太阳能电池种类。
1. 铜铟镓硒薄膜太阳能电池（CIGS）铜铟镓硒薄膜太阳能电池是目前应用最广泛的薄膜太阳能电池之一。
它是由铜（Copper）、铟（Indium）、镓（Gallium）和硒（Selenium）等元素组成的薄膜材料。
CIGS薄膜太阳能电池具有高光电转换效率、良好的低光照性能和较高的稳定性。
此外，CIGS 薄膜太阳能电池制造工艺简单，可采用卷绕式生产，适用于大规模生产。
2. 钙钛矿薄膜太阳能电池钙钛矿薄膜太阳能电池是近年来兴起的一种新型薄膜太阳能电池。
钙钛矿材料具有优异的光电转换效率，可以达到甚至超过传统硅基太阳能电池的效率。
钙钛矿薄膜太阳能电池制作工艺相对简单，可以采用喷涂、印刷等低成本制备技术。
然而，钙钛矿薄膜太阳能电池的稳定性仍然是一个挑战，需要进一步的研究和改进。
3. 有机薄膜太阳能电池有机薄膜太阳能电池是一种利用有机半导体材料制作的薄膜太阳能电池。
有机薄膜太阳能电池具有柔性、轻薄、透明等特点，可以应用于更广泛的场景，如可穿戴设备、建筑外墙等。
有机薄膜太阳能电池的制备工艺相对简单，可以采用印刷、喷涂等低成本的大面积制备技术。
然而，有机薄膜太阳能电池的光电转换效率相对较低，稳定性也有待提高。
4. 硒化镉薄膜太阳能电池硒化镉薄膜太阳能电池是一种利用硒化镉材料制作的薄膜太阳能电池。
硒化镉薄膜太阳能电池具有高光电转换效率和较好的稳定性。
硒化镉薄膜太阳能电池的制备工艺相对简单，可以采用蒸镉、蒸硒等方法制备。
然而，硒化镉薄膜太阳能电池的环境友好性存在争议，因为镉元素对环境有一定的污染风险。
总结一下，薄膜太阳能电池是太阳能电池技术的重要分支，具有轻薄、柔性、低成本等优点。
铜铟镓硒薄膜太阳能电池、钙钛矿薄膜太阳能电池、有机薄膜太阳能电池和硒化镉薄膜太阳能电池是其中的几种常见类型。
CIGS薄膜太阳能电池
二、铜铟硒（CIS）薄膜太阳能电池(diànchí)介绍 三、铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池(diànchí)介绍
精品文档
一、第三代太阳能电池(diànchí) 学术界和产业界普遍认为太阳能电池(diànchí)的发展已经进入了
第三代。第一代为单晶硅太阳能电池(diànchí)，第二代为多晶硅、非晶 硅等太阳能电池(diànchí)，第三代太阳能电池(diànchí)就是铜铟镓硒 CIGS(CIS中掺入Ga)等化合物薄膜太阳能电池(diànchí)及薄膜Si系太阳能 电池(diànchí)。
铜铟镓硒薄膜太阳能电池(diànchí)是多元化合物薄膜电池 (diànchí)的重要一员，由于其优越的综合性能，已成为全球光伏领域研 究热点之一。
按
硅基太阳能电池 主要:GaAs CdS CIGS
制
备
多元化合物薄膜
材
太阳能电池
料 的
有机聚合物太阳
目前,综合性能最好 的薄膜太阳能电池
不
能电池
同
纳米晶太阳能电池
• 大规模地成本发电站
• 1996年美国APS公司在美国加州建了一个400千瓦的 非晶硅电站,引起光伏产业振动。
• Mass公司(欧洲第三大太阳能系统(xìtǒng)公司)去 年从中国进口约5MWp的非晶硅太阳能电池。
• 日本CANECA公司年产25MWp的非晶硅太阳能电池大部 分输往欧洲建大型发电站(约每座500KWp-1000KWp)。
• 上海尤力卡公司曾在中国甘肃省酒泉市安装(ānzhuāng) 一套6500瓦非晶硅太阳能电站，其每千瓦发电量为 1300KWh，而晶体硅太阳电池每千瓦的年发电量约为 1100-1200KWh。非晶硅太阳电池显示出其极大的使用 优势。下图为该电站的现场照片，第一代非晶硅太阳 电池的以上优点已被人们所接受。2003年以来全世界 太阳能市场需求量急剧上升，非晶硅太阳电池也出现 供不应求的局面。
铜铟镓硒
铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池技术综述一、薄膜太阳电池概术铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池由于效率高、无衰退、抗辐射、寿命长、成本低廉等特点，是备受人们关注的一种新型光伏电池产品，经过近30年的研究和发展，其光电转化效率为所有已知薄膜太阳能电池中最高的。
而且其光谱响应范围宽，在阴雨天条件下输出功率高于其他任何种类太阳电池，因而成为最有前途的光伏器件之一。
铜铟镓硒CuInSe2（简称CIS）薄膜材料是属于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2族化合物直接带隙半导体，光吸收系数达到105量级，薄膜厚度约为1-2μm就能吸收太阳光，其禁带宽度为1.02eV。
通过掺入适量的Ga元素以代替部分的In，成为CuInSe2与CuGaSe2（简称CGS）的固溶半导体CuIn1-xGaxSe2（简称CIGS）。
CIGS电池在制作过程中，通过控制不同的Ga掺入量，其禁带宽度可在1.02-1.67eV范围内调整，这就为太阳能电池的带隙优化提供了很好的途径。
二、国内外研究现状（一）国外研究进展CIGS薄膜太阳电池材料与器件的实验室技术在发达国家趋于成熟，大面积电池组件和量产化开发是CIGS电池目前发展的总体趋势，而柔性电池和无镉电池是近几年的研究热点。
美国国家可再生能源实验室（NREL）在玻璃衬底上利用共蒸发三步工艺制备出最高效率达19.9%的电池。
这种柔性衬底CIGS太阳电池在军事上很有应用前景。
近期，CIGS小面积电池效率又创造了新的记录，达到了20.1%，与主流产品多晶硅电池效率相差无几。
美国NREL和日本松下电器公司在不锈钢衬底上制备的CIGS电池效率均超过17.5%；瑞士联邦材料科学与技术实验室（Empa）的科学家AyodhyaN.Tiwari领导的小组经过多年努力，完善了之前开发的柔性不锈钢衬底太阳能电池，实现了18.7%的效率。
由美国能源部国家光伏中心与日本“新能源和工业技术开发机构（NEDO）”联合研制的无镉CIGS电池效率达到18.6％。
薄膜太阳能电池及制造工艺
05
制造工艺的应用与发展趋势
在光伏产业中的应用
薄膜太阳能电 池的应用：在 光伏发电、建 筑一体化、便 携式电子设备 等领域的应用
制造工艺的发 展趋势：提高 转换效率、降 低成本、提高 稳定性和可靠
性
薄膜太阳能电 池的优势：轻 便、柔性、可 弯曲、易于安
装和维护
制造工艺的创 新：采用新型 材料、改进生 产工艺、提高 生产效率和降
封装材料：选择 耐高温、耐腐蚀 、密封性好的封 装材料
基底处理
清洗：去除基底表面的灰尘、油污等杂质 打磨：使基底表面平整，提高附着力 活化：增加基底表面的活性，提高薄膜太阳能电池的性能 镀膜：在基底表面沉积薄膜太阳能电池所需的功能层
薄膜制备
薄膜沉积：采用化学气相沉积、 物理气相沉积等方法，在基底
特点：轻便、柔性、可弯曲、 易于安装和携带
分类：硅基薄膜太阳能电池、 铜铟镓硒薄膜太阳能电池、钙 钛矿太阳能电池等
应用领域：建筑、汽车、电子 设备、航天等领域
工作原理
薄膜太阳能电池 主要由半导体材 料制成，如硅、 砷化镓等。
太阳光照射到半 导体材料上，产 生电子-空穴对。
电子-空穴对在半 导体材料内部运 动，形成电流。
电流通过外部电 路，产生电能。
优缺点
优点：轻便、可弯曲、可折叠、 可粘贴
优点：易于安装和维护
缺点：能量转换效率较低
缺点：对环境敏感，易受温度、 湿度等环境因素影响
03
制造工艺流程
原材料选择
硅片：选择高质 量的硅片，保证 电池性能
导电浆料：选择 导电性好、稳定 性高的导电浆料
背电极材料：选 择导电性好、耐 腐蚀的背电极材 料
所需的图案
薄膜钝化：采用化学气相沉积、 物理气相沉积等方法，在半导 体薄膜表面沉积钝化层，以提
薄膜电池介绍1
薄膜太阳能电池种类为了寻找单晶硅电池的替代品，人们除开发了多晶硅，非晶硅薄膜太阳能电池外，又不断研制其它材料的太阳能电池。
其中主要包括砷化镓III-V族化合物，硫化镉，碲化镉及铜锢硒薄膜电池等。
上述电池中，尽管硫化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。
砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。
砷化镓太阳能电池GaAs属于III-V族化合物半导体材料，其能隙为1.4eV，正好为高吸收率太阳光的值，与太阳光谱的匹配较适合，且能耐高温，在250℃的条件下，光电转换性能仍很良好，其最高光电转换效率约30%，特别适合做高温聚光太阳电池。
砷化镓生产方式和传统的硅晶圆生产方式大不相同，砷化镓需要采用磊晶技术制造，这种磊晶圆的直径通常为4—6英寸，比硅晶圆的12英寸要小得多。
磊晶圆需要特殊的机台，同时砷化镓原材料成本高出硅很多，最终导致砷化镓成品IC成本比较高。
磊晶目前有两种，一种是化学的MOCVD，一种是物理的MBE。
GaAs等III-V化合物薄膜电池的制备主要采用MOVPE和LPE技术，其中MOVPE方法制备GaAs薄膜电池受衬底位错，反应压力，III-V比率，总流量等诸多参数的影响。
GaAs(砷化镓)光电池大多采用液相外延法或MOCVD技术制备。
用GaAs作衬底的光电池效率高达29.5%(一般在19.5%左右) ，产品耐高温和辐射，但生产成本高，产量受限，目前主要作空间电源用。
以硅片作衬底，MOCVD技术异质外延方法制造GaAs电池是降用低成本很有希望的方法。
已研究的砷化镓系列太阳电池有单晶砷化镓，多晶砷化镓，镓铝砷--砷化镓异质结，金属-半导体砷化镓，金属--绝缘体--半导体砷化镓太阳电池等。
砷化镓材料的制备类似硅半导体材料的制备，有晶体生长法，直接拉制法，气相生长法，液相外延法等。
薄膜太阳能电池材料
薄膜太阳能电池是一种相对传统的太阳能电池技术，采用薄膜材料作为光电转换层。
以下是几种常用的薄膜太阳能电池材料：
1. 硅薄膜太阳能电池（a-Si）：硅薄膜太阳能电池使用非晶硅（amorphous silicon）作为光电转换层。
它具有较低的成本和较高的灵活性，可适应多种形状和表面。
然而，它的转换效率相对较低。
2. 铜铟镓硒薄膜太阳能电池（CIGS）：铜铟镓硒薄膜太阳能电池使用铜（Cu）、铟（In）、镓（Ga）和硒（Se）等元素的化合物作为光电转换层。
它具有较高的转换效率和较好的光吸收性能，但制造过程较复杂。
3. 铜铟硒薄膜太阳能电池（CIS）：铜铟硒薄膜太阳能电池使用铜（Cu）、铟（In）和硒（Se）等元素的化合物作为光电转换层。
它与CIGS材料相似，但在元素比例和晶体结构上略有不同。
4. 钙钛矿薄膜太阳能电池（Perovskite）：钙钛矿薄膜太阳能电池使用钙钛矿材料作为光电转换层。
这种材料具有良好的光吸收性能和较高的转换效率，并且制造成本较低。
然而，
稳定性和耐久性是目前钙钛矿太阳能电池面临的挑战之一。
这些薄膜太阳能电池材料具有不同的特点和应用情况，选择适当的材料取决于具体的需求和预算。
此外，还有其他一些薄膜太阳能电池材料正在研究和开发中，以提高转换效率和降低成本。
多元化合物薄膜太阳能电池的分类
多元化合物薄膜太阳能电池的分类多元化合物薄膜太阳能电池可根据其结构和材料的不同进行分类。
本文将介绍几种常见的多元化合物薄膜太阳能电池，并对其特点和应用进行详细阐述。
一、有机-无机杂化太阳能电池有机-无机杂化太阳能电池是一种采用有机半导体和无机半导体材料相结合的太阳能电池。
这种电池的有机半导体材料可实现低成本、可溶性和柔性加工，而无机半导体材料能够提供较高的载流子迁移率和稳定性。
有机-无机杂化太阳能电池的光电转换效率较高，可达到10%以上。
此外，由于其材料的可溶性和柔性加工性，该电池可以在柔性器件上实现大面积的制备，具有很大的应用潜力。
二、全无机薄膜太阳能电池全无机薄膜太阳能电池是指电池中所有材料均为无机材料的太阳能电池。
常见的全无机薄膜太阳能电池有硒化铜铟镓(CIGS)太阳能电池和硒化铅(PbS)太阳能电池。
CIGS太阳能电池具有高光电转换效率和较好的稳定性，是目前较为成熟的太阳能电池技术之一。
而PbS太阳能电池则具有较宽的光谱响应范围和较高的光电转换效率。
全无机薄膜太阳能电池在低成本、高效率和长寿命等方面具有优势，是未来太阳能电池的发展方向之一。
三、有机薄膜太阳能电池有机薄膜太阳能电池是一种采用有机分子材料作为光吸收层的太阳能电池。
有机薄膜太阳能电池具有制备简单、柔性加工、低成本等优点。
然而，由于有机材料的载流子迁移率较低，因此其光电转换效率较低，目前一般在5%左右。
有机薄膜太阳能电池的研究重点主要集中在提高光电转换效率和稳定性方面，以期实现商业化应用。
四、钙钛矿太阳能电池钙钛矿太阳能电池是一种新兴的太阳能电池技术。
钙钛矿材料具有良好的光吸收特性和较高的电子迁移率，使得钙钛矿太阳能电池具有较高的光电转换效率。
此外，钙钛矿材料制备方法简单，成本较低。
然而，钙钛矿太阳能电池的稳定性仍然是一个挑战，需要进一步的研究和改进。
多元化合物薄膜太阳能电池具有不同的分类。
有机-无机杂化太阳能电池、全无机薄膜太阳能电池、有机薄膜太阳能电池和钙钛矿太阳能电池都是目前研究较为活跃的领域。
太阳能电池板种类
太阳能电池板种类1. 单晶硅太阳能电池板（Monocrystalline Silicon Solar Panels）：单晶硅太阳能电池板是目前市场上最常见的太阳能电池板之一、它由单晶硅材料制成，因其高效率和相对较高的耐久性而受到广泛应用。
单晶硅太阳能电池板的外观通常呈现出均匀的黑色，并具有较高的光电转换效率。
2. 多晶硅太阳能电池板（Polycrystalline Silicon Solar Panels）：多晶硅太阳能电池板是由多晶硅材料制成的。
与单晶硅太阳能电池板相比，多晶硅电池板的生产成本更低，但其效率较低。
多晶硅太阳能电池板的外观通常呈现出深蓝色，并且相对较大。
3. 薄膜太阳能电池板（Thin-Film Solar Panels）：薄膜太阳能电池板是一种基于薄膜半导体材料的太阳能电池板。
与晶体硅太阳能电池板相比，薄膜电池板具有较低的制造成本和较高的柔韧性。
薄膜太阳能电池板的外观通常呈现出深黑色或蓝黑色，并且相对较薄。
4. 背钝化太阳能电池板（Back Contact Solar Panels）：背钝化太阳能电池板是一种特殊类型的太阳能电池板。
与传统的太阳能电池板不同，背钝化电池板的电池的正负极接触部分位于背面，这样可以提高光电转换效率。
背钝化太阳能电池板的外观通常呈现出光滑的黑色表面。
5. 高效太阳能电池板（High-Efficiency Solar Panels）：高效太阳能电池板是指具有较高光电转换效率的太阳能电池板。
这些电池板通常采用优化的设计和制造工艺，以最大化吸收太阳能并将其转换为电能。
高效太阳能电池板可以提供更高的输出功率，适用于空间有限或对功率要求较高的应用。
6. 柔性太阳能电池板（Flexible Solar Panels）：柔性太阳能电池板是一种具有较高柔韧性的太阳能电池板。
与传统的玻璃封装电池板不同，柔性电池板可以弯曲或弯折，因此适用于复杂表面或弯曲形状的应用。
它们通常采用薄膜太阳能电池技术制造。
太阳能电池的种类
太阳能电池的种类太阳能电池的种类有如下几种：（一）、硅系太阳能电池1、单晶硅太阳能电池硅系列太阳能电池中，单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。
高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成热的加工处理工艺基础上的。
现在单晶硅的电地工艺己近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。
提高转化效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。
在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。
该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。
并在表面把一13nm。
厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合．通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的电池转化效率超过23%，是大值可达23．3％。
Kyocera 公司制备的大面积（225cm2）单晶硅太阳能电池转换效率为19．44%，国内北京太阳能研究所也积极进行高效晶体硅太阳能电池的研究和开发，研制的平面高效单晶硅电池（2cmX2cm）转换效率达到19.79%，刻槽埋栅电极晶体硅电池（5cmX5cm）转换效率达8.6%。
单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。
为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池的替代产品，现在发展了薄膜太阳能电池，其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表。
2、多晶硅薄膜太阳能电池通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350～450μm的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。
因此实际消耗的硅材料更多。
为了节省材料，人们从70年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但由于生长的硅膜晶粒大小，未能制成有价值的太阳能电池。
为了获得大尺寸晶粒的薄膜，人们一直没有停止过研究，并提出了很多方法。
非晶硅薄膜太阳能电池
一、引言太阳能光电转换电池主要分为两类，一类是晶体硅电池，包括单晶硅(sc—si)电池、多晶硅(mc—si)电池两种，它们占据约93％的市场份额；另一类是薄膜电池，主要包括非晶体硅(a—Si，使用的是硅，但以不同的形态表现)太阳能电池、铜铟镓硒(cICS)太阳能电池和碲化镉(cdTe)太阳能电池，这类电池占据7％的市场份额。
晶体硅太阳能电池一直是主流产品，其中多晶硅太阳能电池自l998年开始成为世界光伏市场的主角。
但是由于晶体硅太阳能电池所需的高纯多晶硅价格飙升，使得晶体硅电池价格上涨，为非晶硅太阳能电池带来了行业机会。
制造晶体硅类太阳能电池成本高、能耗大、有污染，要解决这些问题，使太阳能行业真正变成最环保的产业，只能大力发展非晶硅太阳能电池。
二、优点1.非晶硅具有较高的光吸收系数.特别是在0.3-0.75um的可见光波段,它的吸收系数比单晶硅要高出一个数量级.因而它比单晶硅对太阳能辐射的吸收率要高40倍左右,用很薄的非晶硅膜(约1um厚)就能吸收90%有用的太阳能.这是非晶硅材料最重要的特点,也是它能够成为低价格太阳能电池的最主要因素.2.非晶硅的禁带宽度比单晶硅大,随制备条件的不同约在1.5-2.0eV的范围内变化,这样制成的非晶硅太阳能电池的开路电压高.3.制备非晶硅的工艺和设备简单,淀积温度低,时间短,适于大批生产.制作单晶硅电池一般需要1000度以上的高温,而非晶硅电池的制作仅需200度左右.4.由于非晶硅没有晶体硅所需要的周期性原子排列,可以不考虑制备晶体所必须考虑的材料与衬底间的晶格失配问题.因而它几乎可以淀积在任何衬底上,包括廉价的玻璃衬底,并且易于实现大面积化.5.制备非晶硅太阳能电池能耗少,约100千瓦小时,能耗的回收年数比单晶硅电池短很多三、原理非晶硅电池的工作原理是基于半导体的光伏效应。
当太阳光照射到电池上时，电池吸收光能产生光生电子—空穴对，在电池内建电场Vb的作用下，光生电子和空穴被分离，空穴漂移到P边，电子漂移到N边，形成光生电动势VL,VL与内建电势Vb相反，当VL=Vb时，达到平衡;IL=0,VL达到最大值，称之为开路电压Voc;当外电路接通时，则形成最大光电流，称之为短路电流Isc，此时VL=0;当外电路加入负载时，则维持某一光电压VL 和光电流IL。
薄膜太阳能电池研究综述
薄膜太阳能电池研究的现状及前景综述摘要：介绍了薄膜太阳能电池在光伏产业中的地位，并分别概述CIGS CdTe 多晶硅非晶硅染料敏化等薄膜太阳能电池的研究现状及前景。
通过分析这几种薄膜太阳能电池发展现状及各自的特点，找出有待解决的问题，展望薄膜太阳能电池研究的前景。
关键词：薄膜太阳能电池CIGS CdTe 多晶硅非晶硅染料敏化1.引言太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、水能等都来源于太阳能。
太阳能电池是是一种通过光伏效应将太阳能转变为电能的一种装置，是利用太阳能的一种重要形式。
目前，人们根据所选用的半导体材料将太阳能电池应用技术分为晶硅和薄膜两大类。
晶硅太阳能电池在现阶段的大规模应用和工业生产中占据主导地位，但由于其成本过高，限制了其发展。
相比晶硅等其它太阳能电池，薄膜太阳能电池具有生产成本低、原材料消耗少、弱光性能优良等优势。
随着世界能源紧缺，薄膜太阳能电池作为一种光电功能薄膜，可以有效地解决能源短缺问题，而且无污染，还可以实现光伏建筑一体化，易于大面积推广。
本文主要综述CIGS、CdTe、多晶硅、非晶硅、染料敏化和有机薄膜太阳能电池等的研究现状及前景。
2.CIGS薄膜太阳能电池铜铟镓硒薄膜太阳能电池是20世纪80年代后期开发出来的新型太阳能电池,典型结构为如下的多层膜结构!金属栅/减反膜/透明电极/窗口层/过渡层/光吸收层/背电极/玻璃。
铜铟镓硒薄膜太阳能电池是第三代太阳能电池的首选,并且是单位重量输出功率最高的太阳能电池。
所谓第三代太阳能电池就是高效/低成本/可大规模工业化生产的铜铟镓硒(CIGS)等化合物薄膜太阳能电池。
CIGS具有非常优良的抗干扰、耐辐射能力，因而没有光辐射引致性能衰退效应，使用寿命长。
CIGS是直接带隙的半导体材料，因此电池中所需的CIGS薄膜厚度很小(一般在2um左右)。
它的吸收系数非常高达10-5cm-1，同时还具有很好的非常大范围的太阳光谱的响应特性。
薄膜电池文档
薄膜电池什么是薄膜电池？薄膜电池又称为薄型电池，是一种非常薄且具有较高柔性的电池。
与传统的电池相比，薄膜电池具有更轻薄、更高效、更安全等优势。
薄膜电池主要由薄膜形成的电解质和电极材料组成，通常由多层结构组成。
薄膜电池在科技发展中具有广泛的应用前景，可以应用于电子设备、智能穿戴设备、医疗设备、太阳能电池板等领域。
薄膜电池的类型根据不同的材料和结构，薄膜电池可以分为多种类型。
以下是一些常见的薄膜电池类型：1. 锂离子薄膜电池锂离子薄膜电池是目前最常见的薄膜电池类型。
它具有高能量密度、长循环寿命和低自放电率等优势。
锂离子薄膜电池由锂离子导电的聚合物电解质和锂离子嵌入电极材料组成。
这种电池常用于智能手机、平板电脑、笔记本电脑等便携设备。
2. 柔性太阳能薄膜电池柔性太阳能薄膜电池是一种可以弯曲和卷曲的薄膜电池。
它使用薄膜材料作为电极和光电转换材料，以将太阳能转化为电能。
相比传统的硅基太阳能电池板，柔性太阳能薄膜电池更轻薄灵活，可以应用于曲面物体上，具有更广阔的应用前景。
3. 有机太阳能薄膜电池有机太阳能薄膜电池是利用有机材料作为光电转换层的薄膜电池。
它具有低成本、易制备、可弯曲等优点，适用于大面积、柔性太阳能电池应用。
然而，有机太阳能薄膜电池的效率相对较低，仍在不断改进中。
薄膜电池的应用薄膜电池具有广泛的应用前景，在多个领域都可以发挥重要作用。
以下是一些薄膜电池的应用实例：1. 便携设备由于薄膜电池具有轻薄柔性的特点，它们非常适合于便携设备，如智能手机、平板电脑和笔记本电脑。
便携设备需要电池具有高能量密度和长续航时间，同时还需要轻薄柔性的特点，以适应用户的携带需求。
2. 智能穿戴设备薄膜电池也可以应用于智能穿戴设备，如智能手表、智能眼镜和智能耳机等。
这些设备通常需要小尺寸和柔性的电池来适应用户的舒适度和使用场景。
薄膜电池可以灵活地集成到这些设备的设计中，提供所需的电力支持。
3. 医疗设备在医疗设备领域，薄膜电池也具有重要的应用价值。
薄膜太阳能电池(thin film solar cell)
Dye-Sensitized Solar Cell
数据源：BP 2002、World Nuclear Association
微晶硅(nc-Si，uc-Si)
微晶硅其实是非晶硅的改良材料，其结构介于非晶硅和晶 体硅之间，主要是在非晶体结构中具有微小的晶体粒子， 因此同时具有非晶硅容易薄膜化，制程便宜的特性，以及 晶体硅吸收光谱广，且不易出现光劣化效应的优点，转换 效率也较高。目前已有将a-Si和nc-Si迭层后制成的薄膜太 阳能电池商品(由日本Sanyo研发成功)，可镀膜在一般窗户 玻璃上，透光的同时仍可发电，因此业界广泛看好将是未 來非晶硅材料薄膜太阳电池的的发展主流。
High absorption
“Light trapping” arrangement with rough interfaces and dielectric mirrors
Need of raw material
Thin-film solar cells
非晶硅薄膜太阳电池制造流程
非晶硅薄膜太阳电池制造流程 (玻璃基材)
太阳能电池市场现况
太阳能电池效率演进
非晶硅(Amorphus Silicon, a-Si)
是发展最完整的薄膜式太阳能电池。其结构通常为p-i-n（或 n-i-p）偶及型式，p层跟n层主要座为建立内部电场，I层则由 非晶系硅构成。非晶硅的优点在于对于可见光谱的吸光能力很 强，而且利用溅镀或是化学气相沉积方式生成薄膜的生产方式 成熟且成本低廉，材料成本相对于其他化合物半导体材料也便 宜许多；不过缺点则有转换效率低(约5~7%)，以及会产生严重 的光劣化现象的问题，因此无法打入太阳能发电市场，而多应 用于小功率的消费性电子产品市场。不过在新一代的非晶硅多 接面太阳能电池(MultijuctionCell)已经能够大幅改善纯非晶 硅太阳电池的缺点，转换效率可提升到6~8%，使用寿命也获得 提升。未來在具有成本低廉的优势之下，仍将是未來薄膜太阳 能电池的主流之一。
太阳能电池的分类
太阳能电池的分类太阳能电池根据所用材料的不同，太阳能电池还可分为：晶硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池等。
1.晶硅太阳能电池晶硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。
（1）单晶硅太阳能电池目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为19%左右，最高的达到24％，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的技术也最为成熟但制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。
由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。
单晶硅太阳能电池的构造和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。
这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料。
（2）多晶硅太阳能电池板多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约17％左右。
从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。
此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。
多晶硅太阳能电池的生产需要消耗大量的高纯硅材料，而制造这些材料工艺复杂，电耗很大，在太阳能电池生产总成本中己超二分之一。
（3）非晶体薄膜太阳能电池非晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同，工艺过程大大简化，硅材料消耗很少，电耗更低，成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，它的主要优点是在弱光条件也能发电，有极大的潜力。
但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，目前国际先进水平为10％左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减，直接影响了它的实际应用。
如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。
2．多元化合物薄膜太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。
硅基薄膜电池的种类
硅基薄膜电池的种类1.非晶硅薄膜太阳能电池：非晶硅薄膜太阳能电池是利用非晶硅材料制成的薄膜电池。
非晶硅材料具有较高的吸收系数，可以吸收较宽波长范围的太阳能辐射。
这种电池的制造工艺简单、成本低，而且可以实现大面积生产，因此具有很大的潜力。
2.微晶硅薄膜太阳能电池：微晶硅薄膜太阳能电池在非晶硅的基础上加入一定比例的晶体硅材料，通过控制制造工艺，可使得薄膜中形成大约10-30纳米的微晶硅颗粒。
微晶硅的晶体结构比非晶硅更有序，因此具有更好的光吸收和电子传输性能，提高了电池的效率。
此外，微晶硅材料还具有较高的稳定性和较低的光衰减率。
3.多结薄膜太阳能电池：多结薄膜太阳能电池是通过堆叠多层不同材料的薄膜形成的。
常见的多结薄膜电池包括硅薄膜太阳能电池与硒化镉薄膜太阳能电池的结合。
通过优化不同材料的能带结构和光学特性，可以实现更高的光吸收和电荷分离效率，提高电池的转化效率。
4.染料敏化薄膜太阳能电池：染料敏化薄膜太阳能电池是利用染料分子吸收光子并将其转化为电子的原理制成的电池。
染料敏化层通常由半导体纳米颗粒组成，染料分子通过与纳米颗粒的接触来实现电荷的分离。
这种电池具有制造成本低、制作工艺简单、使用灵活等优势，适用于各种类型的表面。
在硅基薄膜太阳能电池的研究和应用中，不同类型的电池有着各自的优缺点。
因此，未来的发展趋势将是通过对材料、结构和制造工艺的改进，提高硅基薄膜太阳能电池的光电转换效率，降低制造成本，实现工业化生产。
同时，还需要在电池的稳定性和环境适应性等方面进行进一步研究，以满足不同应用场景的需求。
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薄膜太阳能电池种类为了寻找单晶硅电池的替代品，人们除开发了多晶硅，非晶硅薄膜太阳能电池外，又不断研制其它材料的太阳能电池。
其中主要包括砷化镓III-V族化合物，硫化镉，碲化镉及铜锢硒薄膜电池等。
上述电池中，尽管硫化镉薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。
砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。
砷化镓太阳能电池GaAs属于III-V族化合物半导体材料，其能隙为1.4eV，正好为高吸收率太阳光的值，与太阳光谱的匹配较适合，且能耐高温，在250℃的条件下，光电转换性能仍很良好，其最高光电转换效率约30%，特别适合做高温聚光太阳电池。
砷化镓生产方式和传统的硅晶圆生产方式大不相同，砷化镓需要采用磊晶技术制造，这种磊晶圆的直径通常为4—6英寸，比硅晶圆的12英寸要小得多。
磊晶圆需要特殊的机台，同时砷化镓原材料成本高出硅很多，最终导致砷化镓成品IC成本比较高。
磊晶目前有两种，一种是化学的MOCVD，一种是物理的MBE。
GaAs等III-V化合物薄膜电池的制备主要采用MOVPE和LPE技术，其中MOVPE方法制备GaAs薄膜电池受衬底位错，反应压力，III-V比率，总流量等诸多参数的影响。
GaAs(砷化镓)光电池大多采用液相外延法或MOCVD技术制备。
用GaAs作衬底的光电池效率高达29.5%(一般在19.5%左右) ，产品耐高温和辐射，但生产成本高，产量受限，目前主要作空间电源用。
以硅片作衬底，MOCVD技术异质外延方法制造GaAs电池是降用低成本很有希望的方法。
已研究的砷化镓系列太阳电池有单晶砷化镓，多晶砷化镓，镓铝砷--砷化镓异质结，金属-半导体砷化镓，金属--绝缘体--半导体砷化镓太阳电池等。
砷化镓材料的制备类似硅半导体材料的制备，有晶体生长法，直接拉制法，气相生长法，液相外延法等。
由于镓比较稀缺，砷有毒，制造成本高，此种太阳电池的发展受到影响。
除GaAs外，其它III-V化合物如Gasb，GaInP等电池材料也得到了开发。
1998年德国费莱堡太阳能系统研究所制得的GaAs太阳能电池转换效率为24.2%，为欧洲记录。
首次制备的GaInP电池转换效率为14.7%。
另外，该研究所还采用堆叠结构制备GaAs，Gasb电池，该电池是将两个独立的电池堆叠在一起，GaAs作为上电池，下电池用的是Gasb，所得到的电池效率达到31.1%。
砷化镓(GaAs)III-V化合物电池的转换效率可达28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率，抗辐照能力强，对热不敏感，适合于制造高效单结电池。
但是GaAs材料的价格不菲，因而在很大程度上限制了用GaAs电池的普及。
铜铟硒电池铜铟硒CuInSe2简称CIC.CIS材料的能降为1.leV，适于太阳光的光电转换，另外，CIS薄膜太阳电池不存在光致衰退问题。
因此，CIS用作高转换效率薄膜太阳能电池材料也引起了人们的注目。
CIS电池薄膜的制备主要有真空蒸镀法和硒化法。
真空蒸镀法是采用各自的蒸发源蒸镀铜，铟和硒，硒化法是使用H2Se叠层膜硒化，但该法难以得到组成均匀的CIS。
CIS薄膜电池从80年代最初8%的转换效率发展到目前的15%左右。
日本松下电气工业公司开发的掺镓的CIS电池，其光电转换效率为15.3%(面积1cm2) 。
1995年美国可再生能源研究室研制出转换效率17.l%的CIS太阳能电池，这是迄今为止世界上该电池的最高转换效率。
预计到2000年CIS电池的转换效率将达到20%，相当于多晶硅太阳能电池。
CIS作为太阳能电池的半导体材料，具有价格低廉，性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向。
唯一的问题是材料的来源，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展又必然受到限制。
碲化镉太阳能电池CdTe是Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体，带隙1.5eV，与太阳光谱非常匹配，最适合于光电能量转换，是一种良好的PV材料，具有很高的理论效率（28%），性能很稳定，一直被光伏界看重，是技术上发展较快的一种薄膜电池。
碲化镉容易沉积成大面积的薄膜，沉积速率也高。
CdTe薄膜太阳电池通常以CdS ／CdT e 异质结为基础。
尽管CdS和CdTe和晶格常数相差10%，但它们组成的异质结电学性能优良，制成的太阳电池的填充因子高达F F =0.75。
制备CdTe多晶薄膜的多种工艺和技术已经开发出来，如近空间升华、电沉积、PVD、CVD、CBD、丝网印刷、溅射、真空蒸发等。
丝网印刷烧结法：由含CdTe、CdS浆料进行丝网印刷CdTe、CdS 膜，然后在600～700℃可控气氛下进行热处理1h 得大晶粒薄膜. 近空间升华法：采用玻璃作衬底，衬底温度500～600℃，沉积速率10μm/min. 真空蒸发法：将CdTe 从约700℃加热钳埚中升华，冷凝在300～400℃衬底上，典型沉积速率1nm/s. 以CdTe 吸收层，CdS 作窗口层半导体异质结电池的典型结构：减反射膜/玻璃/（SnO2:F）/CdS/P-CdTe/背电极。
电池的实验室效率不断攀升，最近突16%。
20世纪90年代初，CdTe电池已实现了规模化生产，但市场发展缓慢，市场份额一直徘徊在1%左右。
商业化电池效率平均为8%-10%。
人们认为，CdTe薄膜太阳电池是太阳能电池中最容易制造的，因而它向商品化进展最快。
提高效率就是要对电池结构及各层材料工艺进行优化，适当减薄窗口层CdS 的厚度，可减少入射光的损失，从而增加电池短波响应以提高短路电流密度，较高转换效率的CdTe 电池就采用了较薄的CdS 窗口层而创了最高纪录。
要降低成本，就必须将CdTe 的沉积温度降到550 ℃以下，以适于廉价的玻璃作衬底；实验室成果走向产业，必须经过组件以及生产模式的设计、研究和优化过程。
近年来，不仅有许多国家的研究小组已经能够在低衬底温度下制造出转换效率12%以上的CdTe 太阳电池，而且在大面积组件方面取得了可喜的进展，许多公司正在进行CdTe薄膜太阳电池的中试和生产厂的建设。
有的已经投产。
在广泛深入的应用研究基础上，国际上许多国家的CdTe薄膜太阳电池已由实验室研究阶段开始走向规模工业化生产。
1998年美国的CdTe电池产量就为0.2MW，目前，美国高尔登光学公司(Golden Photo)在CdTe薄膜电池的生产能力为2MW，日本的CdTe电池产量为2.0MW。
德国ANTEC公司将在Rudisleben建成一家年产10MW的CdTe薄膜太阳电池组件生产厂，预计其生产成本将会低于＄1.4/W。
该组件不但性能优良，而且生产工艺先进，使得该光伏组件具有完美的外型，能在建筑物上使用，既拓宽了应用面，又可取代某些建筑材料而使电池成本进一步降低。
BP Solar公司计划在Fairfield生产CdTe薄膜太阳电池。
而Solar Cells公司也将进一步扩大CdTe薄膜太阳电池生产。
CdTe薄膜太阳电池是薄膜太阳电池中发展较快的一种光伏器件。
美国南佛罗里达大学于1993年用升华法在1cm2面积上做出效率为15.8 %的太阳电池，随后，日本Matsushita Battery报道了CdTe基电池以CdTe作吸收层，CdS作窗口层的n-CdS/ P - CdTe半导体异质结电池，其典型结构为MgF2/玻璃/SnO2:F/ n-CdS/ P- dTe/背电极，小面积电池最高转换效率16%，成为当时CdTe 薄膜太阳能电池的最高纪录，近年来，太阳电池的研究方向是高转换效率，低成本和高稳定性.因此，以CdTe为代表的薄膜太阳电池倍受关注，Siemens报道了面积为3600cm2电池转换效率达到11.1%的水平。
美国国家可再生能源实验室提供了Solar Cells lnc的面积为6879cm2CdTe薄膜太阳电池的测试结果，转换效率达到7.7%；Bp Solar的CdTe薄膜太阳电池，面积为4540cm2，效率为8.4%，面积为706cm2的太阳电池，转换效率达到10.1%；Goldan Photon的CdTe太阳电池，面积为3528cm2，转换效率为7.7%。
碲化镉薄膜太阳电池的制造成本低，目前，已获得的最高效率为16%，是应用前景最好的新型太阳电池，它已经成为美、德、日、意等国研究开发的主要对象。
我国CdTe薄膜电池的研究工作开始于上世纪80年代初。
内蒙古大学采用蒸发技术、北京太阳能研究所采用电沉积技术（ED）研究和制备CdTe薄膜电池，后者研制的电池效率达到5.8%。
80年代中期至90年代中期，研究工作处于停顿状态。
90年代后期，四川大学太阳能材料与器件研究所在冯良桓教授的带领下在我国开展了碲化镉薄膜太阳电池的研究，在“九五”期间，承担了科技部资助的科技攻关计划课题：“Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体多晶薄膜太阳电池的研制”。
采用近空间升华技术研究CdTe薄膜电池，并取得很好的成绩。
最近电池效率已经突破13.38%，进入了世界先进行列。
“十五”期间，CdTe薄膜电池研究被列入国家高技术研究发展计划“863”重点项目。
经过多年几代科学工作者的不懈努力，我国正处于实验室基础研究到应用产业化的快速发展阶段，并计划建立年产量0.5MW的中试生产线。
CdTe薄膜太阳电池研究，由原来的只有内蒙古大学、四川大学、新疆大学等几家科研院所进行这方面的基础研究，到今年的四川阿波罗太阳能科技开发股份有限公司新型薄膜CdTe/CdS太阳能电池核心材料产业化，为期两年，将建设拥有年产碲化镉50吨的生产线、硫化镉10吨生产线，使我国在CdTe薄膜太阳电池产业化将得到长足发展，向世界领先水平迈进。
CdTe薄膜太阳电池较其他的薄膜电池容易制造，因而它向商品化进展最快。
已由实验室研究阶段走向规模化工业生产。
下一步的研发重点，是进一步降低成本、提高效率并改进与完善生产工艺。
CdTe太阳能电池在具备许多有利于竞争的因素下，但在2002年其全球市占率仅0.42﹪，目前CdTe电池商业化产品效率已超过10﹪，究其无法耀升为市场主流的原因，大至有下列几点：一、模块与基材材料成本太高，整体CdTe太阳能电池材料占总成本的53﹪，其中半导体材料只占约5.5﹪。
二、碲天然运藏量有限，其总量势必无法应付大量而全盘的倚赖此种光电池发电之需。
三、镉的毒性，使人们无法放心的接受此种光电池。
CdTe太阳能电池作为大规模生产与应用的光伏器件，最值得关注的是环境污染问题。
有毒元素Cd对环境的污染和对操作人员健康的危害是不容忽视的。
我们不能在获取清洁能源的同时，又对人体和人类生存环境造成新的危害。