薄膜太阳能电池，你了解多少？

材料牛注：近几年来，太阳能电池越来越受到科研人员的重视，发展迅速，前景光明。除了传统的晶体硅用于太阳能电池的制备中，现在薄膜太阳能电池板也发展得如火如荼，那么薄膜太阳能电池有哪些？它们的性能如何？跟着小编看看吧！

随着基础科学的发展，太阳能电池板的性能也有了很大的提高。薄膜太阳能电池板正逐渐成为主流。相比于传统的硅材料太阳能电池板，它具有更好的柔韧性，拓宽了太阳能电池的应用领域，能够和你家的结构设计无缝连接！

传统太阳能电池板和薄膜电池板的不同

二者之间最明显的区别在于厚度，导致了传统太阳能电池板和薄膜太阳能电池在太阳能捕获效率上存在差异，其原因在于材料的不同，薄膜太阳能电池采用了不同的化合物。

传统的太阳能板用的是晶体硅（c-Si），这项技术已经发展多年，比较成熟可靠。值得注意的是，虽然c-Si具有较高的能量转换效率，但是实际吸光效率较差，这就意味着太阳能板必须足够厚，才能提高实际效率。

与此不同的是，薄膜技术可以“混搭”多种元素，比传统太阳能板薄350倍左右，通过在玻璃、金属、塑料等材料表面镀膜或者沉积就可以制备太阳能电池面板。这样，不同类型的材料对光能可以充分利用，提高效率。

薄膜太阳能电池的类型

现在，薄膜太阳能电池要达到两个目标：一是要具有足够的柔韧性，能够在大型建筑材料表面附着，二是要实现和传统太阳能电池一样的效率，甚至更高。不同的制备技术所得的薄膜太阳能板和传统的太阳能板相比，具有不同的优缺点。通常对薄膜太阳能板的命名来自于半导体材料的类型。

1.不定形硅(a-Si)

图1.a-Si光伏电池结构

不定形硅是最早的也是最成熟的用于制作薄膜太阳能电池。这可能是因为晶体硅早已用在传统太阳能电池上，人们对硅电子的性质的了解比较透彻。

优点：

与晶体硅不同，无定形硅具有较高的太阳能吸收率使其做成薄膜结构成为可能，也有效地降低了成本。由于其原料充足、无毒、物美价廉的特点，无定形硅迅速成为第一薄膜法，进军主流。

缺点：

由于其转换效率较低，所以大多数只出现在小规模、柔性较好的电子产品中。

2.碲化镉(CdTe)

图2.CdTe光伏电池结构

基于CdTe的太阳能电池是第二受欢迎的光伏技术，转换效率稳定在5%左右，制造过程简单、迅速。可以和硅基材料相媲美，转换效率的提高，也促进了它的应用。

优点：

CdTe比硅基太阳能电池便宜，更值得注意的是，它具有最小的碳排放以及投资回收期。尽管CdTe以及其他薄膜材料，在效率方面仍然落后于传统的c-Si面板。但是，差距在不断缩小，2015年，一家叫做First Solar的公司做的CdTe太阳能面板效率能够达到平均商业效率——16.1%。

缺点：

CdTe的一个主要缺点就是要用“非常的”材料来制造，镉是一种剧毒物质，能够像汞一样在食物链中积累，这就有悖于环境友好、安全无毒的理念。

许多机构和实验室都在寻找环境友好、转换效率高的替代物，太阳能厂商也在探索回收和循环利用含镉材料的方法以解决环境问题。

3.铜铟镓硒(CIGS)

图3.CIGS光伏电池结构

这种太阳能电池是另一种受欢迎的半导体类型。制备CIGS的技术在欧洲和日本越来越受到重视，而且世界各地的生产商们使用这种技术来充分发掘环境友好型材料的转换效率的潜力。

优点：

CIGS的优点在于它是一种环境友好型材料，有利于生产商追求长远利益，这种材料做成的太阳能电池相比于其他薄膜材料，具有较高的潜在效率，也有很大的热阻。由于其不易分解，在一些使用寿命要求较高的设备中应用潜力很大。

缺点：

CIGS技术尚未超过传统的硅基太阳能板，但它近年来，转化效率也有明显提升。虽然基于实验室合成的效率超过20%，但在实际应用中效率还达不到实验值的一半。

4.新的铜锌锡硫方法(CZTS)

图4.CZTS光伏电池结构

在寻找既环境友好又原料丰富的太阳能电池材料的路上，CZTS被科学家所发现。CZTS和CIGS在性能和制备方法上很类似，但其效率更低。

优点：

CZTS是由地球上储量丰富的铜、锌、锡、和硫硒化物所组成。这意味着这种化合物既环保又便宜。但CdTe和CIGS中的碲和铟在地球中含量却很稀少。

缺点：

CZTS现在仍处在发展的早期阶段，为了达到商业化，提出了较高的效率要求，现在所能达到的转化效率在7.6%左右。只有效率至少达到20%，才能成为同类太阳能电池的佼佼者。

总结：

相信这篇文章的整理有助于阐明什么是薄膜太阳能电池板，以及它们进行光电转换的优缺点。

随着这些技术的成熟，它们一定会成为极具竞争力的产品。对于太阳能的利用，现在已经有其他替代工艺及方法。比如，太阳能屋顶瓦片，既可以美化你的家，又可以节省能源开支。让我们期待一下，太阳能电池接下来又会有怎样的发展以及创新吧！

原文链接：What are Thin Film Solar Panels?

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本文由编辑部龙骑士提供素材，陈露编译。

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