薄膜材料太阳能发电

华中科技大学，徐长发，2018.1.10.

业界普遍认为太阳能电池的发展已经进入了第三代。第一代为单晶硅太阳能电池，第二代为多晶硅、非晶硅等太阳能电池，第三代太阳能电池就是铜铟镓硒等化合物薄膜太阳能电池。

第一代、第二代太阳能电池是用硅晶薄片做成的，成本高，重，易碎、能量转换效率14%-17%，弱光不能发电。

第三代太阳能电池是薄膜材料做成的，厚度仅为几个微米，所以重量轻，成本低；关键是具有在弱光下也能发电的优势。

一.薄膜太阳能电池现在采用哪些光电材料

现在已有多种类型的薄膜太阳能电池，所采用的光电薄膜材料有多种，其种类和性能见下面图表

目前最具广泛应用潜力的三种薄膜材料是非晶硅Si 、CIGS（铜铟镓硒）、CdTe（碲化镉）。目前，这三种光电材料的薄膜太阳能电池在国内已经实现产业化生产了。

二．薄膜太阳能电池是怎么做出来的

这里以非晶硅薄膜太阳能电池的生产方式为例。简单地说，原理是用“雾气”沉积法，具体生产时就像打印一样。机器送出铝膜，类似打印喷雾一样沉积一层p型非晶硅材料，用另外的机器再分别沉积i型和n型非晶硅材料，这三种材料构成了p-n结，再在上面覆盖一层透明的有机电极材料，再把这种几微米厚的薄膜太阳能电池切成块状用于装配。装配时要引出电极，要在两侧覆盖保护层。现在，薄膜太阳能电池是能够快速批量生产的。

如果两边的保护层是软质的，那么薄膜太阳能电池就是柔性的；如果两层电极都是有机透明的，那么薄膜太阳能电池就是半透明的；薄膜太阳能电池也可以做在硬质的衬底上，例如和玻璃结合在一起，和瓦片结合在一起。

三.薄膜太阳能电池的优势

1）生产方便，技术含量高，原材料普遍，用料省，批量生产，成本低。

2）价格有优势，性价比高。

从光电转换效率看，现在的薄膜太阳能电池的能量转化率可达到13-16%，基本实用，国外有些实验室已经将能量转化率提高到21.7%，基本接近于晶体硅太阳能电池的了。

从价格来看，现在每个平方米只有几元钱，将来的价格还会降低。

从发电效果来看，每平米薄膜太阳能电池板发电能力是50-60W/m²小时。如果安装5-6平米，每小时可发电300w，每天工作5小时，每天共发电1500w，也就是1.5度电，基本可以满足一般家庭的正常用电需求。

从使用寿命来看，目前生产的薄膜太阳能电池使用10-15年没有问题。 价格优势，性价比高，人们将来可能会大量使用薄膜太阳能电池。

3)弱光环境也能发电。

这是薄膜太阳能电池的一个非常重要的优点，在某种程度上弥补了其它方面的不足。

4）质量轻、柔性可弯曲、形状可塑、易和很多材料结合，这是薄膜太阳能电池的另一个重要的优势。例如，可以把薄膜附着在玻璃、塑料、陶瓷、石墨、金属片等不同材料上，这样做出来的太阳能电池将会在很多地方被广泛使用，应用面会广泛得惊人。

四.薄膜太阳能的劣势

晶体硅太阳能电池已经研究和实用了很多年，取得了不少经验，性能也较为稳定，太阳能薄膜电池才起步，还需积累经验，还需进一步成熟。

晶体硅太阳能电池的转换效率目前稍高于薄膜太阳能电池。科学家们仍在寻找价格更便宜、制作更方便、光电转换效率更高的新材料。

晶体硅太阳能电池的使用寿命长达25年，薄膜太阳能电池的光电转换效率会随着使用时间而有所衰退，这是因为p-n结大多是采用有机聚合物附加纳米颗粒做出来的。目前仍在研究如何抗衰退和延长使用寿命的方法。

正因为薄膜太阳能电池有些缺点，所以，薄膜太阳能电池在小电力市场上能够被广泛使用，但在大电力市场上则不会具有竞争力。

五.薄膜太阳能电池的实际应用举例

薄膜太阳能电池可以和玻璃结合在一起，做成半透明或不透明的产品。

可安装在农用大棚顶部，发出的电可以用于调节大棚内的温度和湿度，还能带来额外的发电收入。也可以做成敞开式大棚，顶部用薄膜太阳能发电，顶下正常种植，一举两得。

可安装在车棚顶部，候车室顶部，某些仓库、某些生产车间的顶部。

可安装在马路路灯的顶部。

可安装在大楼的玻璃幕墙之中，玻璃幕墙的高温性能、颜色形状、透光性和环境适应性等，都可以订制，既能满足采光需求，降低建筑能耗，美化环境，又能光伏发电，一举多得。