薄膜太陽能光伏電池組件

　　一、薄膜太陽能電池組件(一種新的能源材料)簡介

　　薄膜太陽能電池可以使用在價格低廉的陶瓷、石墨、金屬片等不同材料當基板來制造，形成可產生電壓的薄膜厚度僅需數μm，目前轉換效率最高可以達13%。薄膜電池太陽電池除了平面之外，也因為具有可撓性可以制作成非平面構造其應用范圍大，可與建筑物結合或是變成建筑體的一部份，應用非常廣泛。

　　非晶硅(a-Si)太陽電池是在玻璃(glass)襯底上沉積透明導電膜(TCO)，然后依次用等離子體反應沉積p型、i型、n型三層a-Si，接著再蒸鍍金屬電極鋁(Al).光從玻璃面入射，電池電流從透明導電膜和鋁引出，其結構可表示為glass/TCO/pin/Al，還可以用不銹鋼片、塑料等作襯底。

　　二、薄膜太陽能電池組件——原理

　　概述電池是一種能量轉化與儲存的裝置。它通過反應將化學能或物理能轉化為電能。電池即一種化學電源，它由兩種不同成分的電化學活性電極分別組成正負極，兩電極浸泡在能提供媒體傳導作用的電解質中，當連接在某一外部載體上時，通過轉換其內部的化學能來提供能。作為一種電的貯存裝置，當兩種金屬(通常是性質有差異的金屬)浸沒于電解液之中，它們可以導電，并在“極板”之間產生一定電動勢。電動勢大小(或電壓)與所使用的金屬有關，不同種類的電池其電動勢也不同。

　　電池的性能參數主要有電動勢、容量、比能量和電阻。

　　電動勢等于單位正電荷由負極通過電池內部移到正極時，電池非靜電力(化學力)所做的功。電動勢取決于電極材料的化學性質，與電池的大小無關。

　　電池所能輸出的總電荷量為電池的容量，通常用安培小時作單位。電池的能量儲存有限。電池的容量與電極物質的數量有關，即與電極的體積有關。

　　在電池反應中，1千克反應物質所產生的電能稱為電池的理論比能量。電池的實際比能量要比理論比能量小。因為電池中的反應物并不全按電池反應進行，同時電池內阻也要引起電動勢降，因此常把比能量高的電池稱做高能電池。

　　電池的面積越大，其內阻越小。

　　實用的化學電池可以分成兩個基本類型：原電池與蓄電池。原電池制成后即可以產生電流，但在放電完畢即被廢棄。蓄電池又稱為二次電池，使用前須先進行充電，充電后可放電使用，放電完畢后還可以充電再用。蓄電池充電時，電能轉換成化學能;放電時，化學能轉換成電能。

　　原理詳解

　　在化學電池中，化學能直接轉變為電能是靠電池內部自發進行氧化、還原等化學反應的結果，這種反應分別在兩個電極上進行。負極活性物質由電位較負并在電解質中穩定的還原劑組成，如鋅、鎘、鉛等活潑金屬和氫或碳氫化合物等。正極活性物質由電位較正并在電解質中穩定的氧化劑組成，如二氧化錳、二氧化鉛、氧化鎳等金屬氧化物，氧或空氣，鹵素及其鹽類，含氧酸及其鹽類等。電解質則是具有良好離子導電性的材料，如酸、堿、鹽的水溶液，有機或無機非水溶液、熔融鹽或固體電解質等。

　　當外電路斷開時，兩極之間雖然有電位差(開路電壓)，但沒有電流，存儲在電池中的化學能并不轉換為電能。當外電路閉合時，在兩電極電位差的作用下即有電流流過外電路。同時在電池內部，由于電解質中不存在自由電子，電荷的傳遞必然伴隨兩極活性物質與電解質界面的氧化或還原反應，以及反應物和反應產物的物質遷移。電荷在電解質中的傳遞也要由離子的遷移來完成。

　　因此，電池內部正常的電荷傳遞和物質傳遞過程是保證正常輸出電能的必要條件。充電時，電池內部的傳電和傳質過程的方向恰與放電相反;電極反應必須是可逆的，才能保證反方向傳質與傳電過程的正常進行。因此，電極反應可逆是構成蓄電池的必要條件。為吉布斯反應自由能增量(焦);F為法拉第常數=96500庫=26.8安·小時;n為電池反應的當量數。這是電池電動勢與電池反應之間的基本熱力學關系式，也是計算電池能量轉換效率的基本熱力學方程式。

　　實際上，當電流流過電極時，電極電勢都要偏離熱力學平衡的電極電勢，這種現象稱為極化。電流密度(單位電極面積上通過的電流)越大，極化越嚴重。極化現象是造成電池能量損失的重要原因之一。

　　極化的原因有三：

　　①由電池中各部分電阻造成的極化稱為歐姆極化;

　�、谟呻姌O-電解質界面層中電荷傳遞過程的阻滯造成的極化稱為活化極化;

　�、塾呻姌O-電解質界面層中傳質過程遲緩而造成的極化稱為濃差極化。減小極化的方法是增大電極反應面積、減小電流密度、提高反應溫度以及改善電極表面的催化活性。

　　三、薄膜太陽能電池組件——配置參數

　　電池的主要性能包括額定容量、額定電壓、充放電速率、阻抗、壽命和自放電率。

　　2、額定容量

　　在設計規定的條件(如溫度、放電率、終止電壓等)下，電池應能放出的最低容量，單位為安培小時，以符號C表示。容量受放電率的影響較大，所以常在字母C的右下角以阿拉伯數字標明放電率，如C20=50，表明在20時率下的容量為50安·小時。電池的理論容量可根據電池反應式中電極活性物質的用量和按法拉第定律計算的活性物質的電化學當量精確求出。由于電池中可能發生的副反應以及設計時的特殊需要，電池的實際容量往往低于理論容量。

　　3、額定電壓

　　電池在常溫下的典型工作電壓，又稱標稱電壓。它是選用不同種類電池時的參考。電池的實際工作電壓隨不同使用條件而異。電池的開路電壓等于正、負電極的平衡電極電勢之差。它只與電極活性物質的種類有關，而與活性物質的數量無關。電池電壓本質上是直流電壓，但在某些特殊條件下，電極反應所引起的金屬晶體或某些成相膜的相變會造成電壓的微小波動，這種現象稱為噪聲。波動的幅度很小但頻率范圍很寬，故可與電路中自激噪聲相區別。

　　4、充放電速率

　　有時率和倍率兩種表示法。時率是以充放電時間表示的充放電速率，數值上等于電池的額定容量(安·小時)除以規定的充放電電流(安)所得的小時數。倍率是充放電速率的另一種表示法，其數值為時率的倒數。原電池的放電速率是以經某一固定電阻放電到終止電壓的時間來表示。放電速率對電池性能的影響較大。

　　5、阻抗

　　電池內具有很大的電極-電解質界面面積，故可將電池等效為一大電容與小電阻、電感的串聯回路。但實際情況復雜得多，尤其是電池的阻抗隨時間和直流電平而變化，所測得的阻抗只對具體的測量狀態有效。

　　6、壽命

　　儲存壽命指從電池制成到開始使用之間允許存放的最長時間，以年為單位。包括儲存期和使用期在內的總期限稱電池的有效期。儲存電池的壽命有干儲存壽命和濕儲存壽命之分。循環壽命是蓄電池在滿足規定條件下所能達到的最大充放電循環次數。在規定循環壽命時必須同時規定充放電循環試驗的制度，包括充放電速率、放電深度和環境溫度范圍等。

　　7、自放電率

　　電池在存放過程中電容量自行損失的速率。用單位儲存時間內自放電損失的容量占儲存前容量的百分數表示。

　　四、薄膜太陽能電池組件——種類

　　非晶硅(Amorphous Silicon, a-Si)、微晶硅(Nanocrystalline Silicon，nc-Si，Microcrystalline Silicon，mc-Si)、化合物半導體II-IV 族[CdS、CdTe(碲化鎘)、CuInSe2]、色素敏化染料(Dye-Sensitized Solar Cell)、有機導電高分子(Organic/polymer solar cells) 、CIGS (銅銦硒化物)..等

　　1、砷化鎵

　　GaAs屬于III-V族化合物半導體材料，其能隙為1.4eV，正好為高吸收率太陽光的值，與太陽光譜的匹配較適合，且能耐高溫，在250℃的條件下，光電轉換性能仍很良好，其最高光電轉換效率約30%，特別適合做高溫聚光太陽電池。砷化鎵生產方式和傳統的硅晶圓生產方式大不相同，砷化鎵需要采用磊晶技術制造，這種磊晶圓的直徑通常為4—6英寸，比硅晶圓的12英寸要小得多。

　　磊晶圓需要特殊的機臺，同時砷化鎵原材料成本高出硅很多，最終導致砷化鎵成品IC成本比較高。磊晶目前有兩種，一種是化學的MOCVD，一種是物理的MBE。GaAs等III-V化合物薄膜電池的制備主要采用MOVPE和LPE技術，其中MOVPE方法制備GaAs薄膜電池受襯底位錯，反應壓力，III-V比率，總流量等諸多參數的影響。GaAs(砷化鎵)光電池大多采用液相外延法或MOCVD技術制備。

　　用GaAs作襯底的光電池效率高達29.5%(一般在19.5%左右)，產品耐高溫和輻射，但生產成本高，產量受限，現今主要作空間電源用。以硅片作襯底，MOCVD技術異質外延方法制造GaAs電池是降用低成本很有希望的方法。已研究的砷化鎵系列太陽電池有單晶砷化鎵，多晶砷化鎵，鎵鋁砷--砷化鎵異質結，金屬-半導體砷化鎵，金屬--絕緣體--半導體砷化鎵太陽電池等。砷化鎵材料的制備類似硅半導體材料的制備，有晶體生長法，直接拉制法，氣相生長法，液相外延法等。由于鎵比較稀缺，砷有毒，制造成本高，此種太陽電池的發展受到影響。除GaAs外，其它III-V化合物如Gasb，GaInP等電池材料也得到了開發。

　　1998年德國費萊堡太陽能系統研究所制得的GaAs太陽能電池轉換效率為24.2%，為歐洲記錄。首次制備的GaInP電池轉換效率為14.7%。另外，該研究所還采用堆疊結構制備GaAs，Gasb電池，該電池是將兩個獨立的電池堆疊在一起，GaAs作為上電池，下電池用的是GaSb，所得到的電池效率達到31.1%。砷化鎵(GaAs)III-V化合物電池的轉換效率可達28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光學帶隙以及較高的吸收效率，抗輻照能力強，對熱不敏感，適合于制造高效單結電池。但是GaAs材料的價格不菲，因而在很大程度上限制了用GaAs電池的普及。

　　2、銅銦硒

　　銅銦硒CuInSe2簡稱CIC.CIS材料的能降為1.1 eV，適于太陽光的光電轉換，另外，CIS薄膜太陽電池不存在光致衰退問題。因此，CIS用作高轉換效率薄膜太陽能電池材料也引起了人們的注目。CIS電池薄膜的制備主要有真空蒸鍍法和硒化法。真空蒸鍍法是采用各自的蒸發源蒸鍍銅，銦和硒，硒化法是使用H2Se疊層膜硒化，但該法難以得到組成均勻的CIS。CIS薄膜電池從80年代最初8%的轉換效率發展到現今的15%左右。日本松下電氣工業公司開發的摻鎵的CIS電池，其光電轉換效率為15.3%(面積25 px2)。

　　1995年美國可再生能源研究室研制出轉換效率17.1%的CIS太陽能電池，這是迄今為止世界上該電池的最高轉換效率。預計到2000年CIS電池的轉換效率將達到20%，相當于多晶硅太陽能電池。CIS作為太陽能電池的半導體材料，具有價格低廉，性能良好和工藝簡單等優點。

　　3、碲化鎘

　　CdTe是Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體，帶隙1.5eV，與太陽光譜非常匹配，最適合于光電能量轉換，是一種良好的PV材料，具有很高的理論效率(28%)，性能很穩定，一直被光伏界看重，是技術上發展較快的一種薄膜電池。碲化鎘容易沉積成大面積的薄膜，沉積速率也高。CdTe薄膜太陽電池通常以CdS/CdTe異質結為基礎。盡管CdS和CdTe和晶格常數相差10%，但它們組成的異質結電學性能優良，制成的太陽電池的填充因子高達FF =0.75。制備CdTe多晶薄膜的多種工藝和技術已經開發出來，如近空間升華、電沉積、PVD、CVD、CBD、絲網印刷、濺射、真空蒸發等。

　　絲網印刷燒結法：由含CdTe、CdS漿料進行絲網印刷CdTe、CdS膜，然后在600～700℃可控氣氛下進行熱處理1h得大晶粒薄膜。近空間升華法：采用玻璃作襯底，襯底溫度500～600℃，沉積速率10μm/min.真空蒸發法：將CdTe從約700℃加熱鉗堝中升華，冷凝在300～400℃襯底上，典型沉積速率1 nm/s. 以CdTe吸收層，CdS作窗口層半導體異質結電池的典型結構：減反射膜/玻璃/(SnO2:F)/CdS/P-CdTe/背電極。電池的實驗室效率不斷攀升，現今突16%。

　　20世紀90年代初，CdTe電池已實現了規模化生產，但市場發展緩慢，市場份額一直徘徊在1%左右。商業化電池效率平均為8%-10%。人們認為，CdTe薄膜太陽電池是太陽能電池中最容易制造的，因而它向商品化進展最快。提高效率就是要對電池結構及各層材料工藝進行優化，適當減薄窗口層CdS的厚度，可減少入射光的損失，從而增加電池短波響應以提高短路電流密度，較高轉換效率的CdTe電池就采用了較薄的CdS窗口層而創了最高紀錄。要降低成本，就必須將CdTe的沉積溫度降到550℃以下，以適于廉價的玻璃作襯底;實驗室成果走向產業，必須經過組件以及生產模式的設計、研究和優化過程。

　　至今，不僅有許多國家的研究小組已經能夠在低襯底溫度下制造出轉換效率12%以上的CdTe太陽電池，而且在大面積組件方面取得了可喜的進展，許多公司正在進行CdTe薄膜太陽電池的中試和生產廠的建設，有的已經投產。

　　五、薄膜太陽能電池組件——物理優勢

　　硅材料是現今太陽電池的主導材料，在成品太陽電池成本份額中，硅材料占了將近40%，而非晶硅太陽電池的厚度不到1μm，不足晶體硅太陽電池厚度的1/100，這就大大降低了制造成本，又由于非晶硅太陽電池的制造溫度很低(-200℃)、易于實現大面積等優點，使其在薄膜太陽電池中占據首要地位，在制造方法方面有電子回旋共振法、光化學氣相沉積法、直流輝光放電法、射頻輝光放電法、濺謝法和熱絲法等。

　　特別是射頻輝光放電法由于其低溫過程(-200℃)，易于實現大面積和大批量連續生產，現成為國際公認的成熟技術。

　　在材料研究方面，先后研究了a-SiC窗口層、梯度界面層、μC-SiC p層等，明顯改善了電池的短波光譜響應.這是由于a-Si太陽電池光生載流子的生成主要在i層，入射光到達i層之前部分被p層吸收，對發電是無效的.而a-SiC和μC-SiC材料比p型a-Si具有更寬的光學帶隙，因此減少了對光的吸收，使到達i層的光增加;加之梯度界面層的采用，改善了a-SiC/a-Si異質結界面光電子的輸運特性.在增加長波響應方面，采用了絨面TCO膜、絨面多層背反射電極(ZnO/Ag/Al)和多帶隙疊層結構，即glass/TCO/p1i1n1/p2i2n2/p3i3n3/ZnO/Ag/Al結構.絨面TCO膜和多層背反射電極減少了光的反射和透射損失，并增加了光在i層的傳播路程，從而增加了光在i層的吸收.多帶隙結構中，i層的帶隙寬度從光入射方向開始依次減小，以便分段吸收太陽光，達到拓寬光譜響應、提高轉換效率之目的。

　　在提高疊層電池效率方面還采用了漸變帶隙設計、隧道結中的微晶化摻雜層等，以改善載流子收集。

　　六、薄膜太陽能電池組件——說明

　　1、制造技術

　　薄膜太陽電池可以使用在價格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金屬片等不同材料當基板來制造，形成可產生電壓的薄膜厚度僅需數μm，因此在同一受光面積之下可較硅晶圓太陽能電池大幅減少原料的用量(厚度可低于硅晶圓太陽能電池90%以上)，目前實驗室轉換效率最高已達20%以上，規�；�量產穩定效率最高約13%。薄膜太陽電池除了平面之外，也因為具有可撓性可以制作成非平面構造其應用范圍大，可與建筑物結合或是變成建筑體的一部份，在薄膜太陽電池制造上，則可使用各式各樣的沉積(deposition)技術，一層又一層地把p-型或n-型材料長上去，常見的薄膜太陽電池有非晶硅、CuInSe2 (CIS)、CuInGaSe2 (CIGS)、和CdTe..等。

　　2、模塊結構

　　薄膜太陽能模塊是由玻璃基板、金屬層、透明導電層、電器功能盒、膠合材料、半導體層..等所構成的。

　　3、產品應用

　　半透明式的太陽能電池模塊：建筑整合式太陽能應用(BIPV)

　　薄膜太陽能之應用：隨身折迭式充電電源、軍事、旅行

　　薄膜太陽能模塊之應用：屋頂、建筑整合式、遠程電力供應、國防

　　4、厚度比較

　　晶體硅(180～250μm)、單結非晶硅薄膜(600nm)，疊層非晶硅薄膜(400nm~500nm)。

　　5、特色

　　1.相同遮蔽面積下功率損失較小(弱光情況下的發電性佳)

　　2.照度相同下損失的功率較晶圓太陽能電池少

　　3.有較佳的功率溫度系數

　　4.較佳的光傳輸

　　5.較高的累積發電量

　　6.只需少量的硅原料

　　7.沒有內部電路短路問題(聯機已經在串聯電池制造時內建)

　　8.厚度較晶圓太陽能電池薄

　　9.材料供應無慮

　　10.可與建材整合性運用(BIPV)

　　七、薄膜太陽能電池組件——其他電池

　　化學電池化學電池，是指通過電化學反應，把正極、負極活性物質的化學能，轉化為電能的一類裝置。經過長期的研究、發展，化學電池迎來了品種繁多，應用廣泛的局面。大到一座建筑方能容納得下的巨大裝置，小到以毫米計的品種。無時無刻不在為我們的美好生活服務�，F代電子技術的發展，對化學電池提出了很高的要求。每一次化學電池技術的突破，都帶來了電子設備革命性的發展�，F代社會的人們，每天的日常生活中，越來越離不開化學電池了。如今世界上很多電化學科學家，把興趣集中在做為電動汽車動力的化學電池領域。

　　干液電池干電池和液體電池的區分僅限于早期電池發展的那段時期。最早的電池由裝滿電解液的玻璃容器和兩個電極組成。后來推出了以糊狀電解液為基礎的電池，也稱做干電池。當前仍然有“液體”電池。一般是體積非常龐大的品種。如那些做為不間斷電源的大型固定型鉛酸蓄電池或與太陽能電池配套使用的鉛酸蓄電池。對于移動設備，有些使用的是全密封，免維護的鉛酸蓄電池，這類電池已經成功使用了許多年，其中的電解液硫酸是由硅凝膠固定或被玻璃纖維隔板吸付的。

　　一次性型一次性電池俗稱“用完即棄”電池，因為它們的電量耗盡后，無法再充電使用，只能丟棄。常見的一次性電池包括堿錳電池、鋅錳電池、鋰電池、鋅電池、鋅空電池、鋅汞電池、水銀電池、氫氧電池和鎂錳電池。

　　可充電型可充電電池按制作材料和工藝上的不同，常見的有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳鐵電池、鎳氫電池、鋰離子電池。其優點是循環壽命長，它們可全充放電200多次，有些可充電電池的負荷力要比大部分一次性電池高。普通鎳鎘、鎳氫電池使用中，由于記憶效應，造成使用上的不便，常常引起提前失效。電池的理論充電時間電池的理論充電時間：電池的電量除以充電器的輸出電流。例如：以一塊電量為800MAH的電池為例，充電器的輸出電流為500MA那么充電時間就等于800MAH/500MA=1.6小時，當充電器顯示充電完成后，最好還要給電池大約半個小時左右的補電時間。

　　燃料電池燃料電池是一種將燃料的化學能透過電化學反應直接轉化成電能的裝置。燃料電池是利用氫氣在陽極進行的是氧化反應，將氫氣氧化成氫離子，而氧氣在陰極進行還原反應，與由陽極傳來的氫離子結合生成水。氧化還原反應過程中就可以產生電流。燃料電池的技術產生了：堿性燃料電池(AFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、質子交換膜燃料電池(PEMFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固態氧化物燃料電池(SOFC)，以及直接甲醇燃料電池(DMFC)等，而其中，利用甲醇氧化反應作為正極反應的燃料電池技術，更是被業界所看好而積極發展。

　　八、薄膜太陽能電池組件——發展

　　歷史在古代，人類有可能已經不斷地在研究和測試“電”這種東西了。一個被認為有數千年歷史的粘土瓶在1932年于伊拉克的巴格達附近被發現。它有一根插在銅制圓筒里的鐵條-可能是用來儲存靜電用的，然而瓶子的秘密可能永遠無法被揭曉。不管制造這個粘土瓶的祖先是否知道有關靜電的事情，但可以確定的是古希臘人絕對知道。他們曉得如果磨擦一塊琥珀，就能吸引輕的物體。亞里斯多德(Aristotle)也知道有磁石這種東西，它是一種具有強大磁力能吸引鐵和金屬的礦石。

　　1780年的一天，意大利解剖學家伽伐尼在做青蛙解剖時，兩手分別拿著不同的金屬器械，無意中同時碰在青蛙的大腿上，青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下，仿佛受到電流的刺激，而只用一種金屬器械去觸動青蛙，卻并無此種反應。伽伐尼認為，出現這種現象是因為動物軀體內部產生的一種電，他稱之為“生物電”。伽伐尼于1791年將此實驗結果寫成論文，公布于學術界。伽伐尼的發現引起了物理學家們極大興趣，他們競相重復枷伐尼的實驗，企圖找到一種產生電流的方法，意大利物理學家伏特在多次實驗后認為：伽伐尼的“生物電”之說并不正確，青蛙的肌肉之所以能產生電流，大概是肌肉中某種液體在起作用。為了論證自己的觀點，伏特把兩種不同的金屬片浸在各種溶液中進行試驗。結果發現，這兩種金屬片中，只要有一種與溶液發生了化學反應，金屬片之間就能夠產生電流。

　　1799年，伏特把一塊鋅板和一塊銀板浸在鹽水里，發現連接兩塊金屬的導線中有電流通過。于是，他就把許多鋅片與銀片之間墊上浸透鹽水的絨布或紙片，平疊起來。用手觸摸兩端時，會感到強烈的電流刺激。伏特用這種方法成功的制成了世界上第一個電池──“伏特電堆”。這個“伏特電堆”實際上就是串聯的電池組。它成為早期電學實驗，電報機的電力來源。意大利物理學家伏打就多次重復了伽伐尼的實驗。作為物理學家，他的注意點主要集中在那兩根金屬上，而不在青蛙的神經上。對于伽伐尼發現的蛙腿抽搐的現象，他想這可能與電有關，但是他認為青蛙的肌肉和神經中是不存在電的，他推想電的流動可能是由兩種不同的金屬相互接觸產生的，與動物無關。實驗證明，只要在兩種金屬片中間隔以用鹽水或堿水浸過的(甚至只要是濕和)硬紙、麻布、皮革或其它海綿狀的東西(他認為這是使實驗成功所必須的)，并用金屬線把兩個金屬片連接起來，不管有沒有青蛙的肌肉，都會有電流通過。這就說明電并不是從蛙的組織中產生的，蛙腿的作用只不過相當于一個非常靈敏的驗電器而已。

　　1836年，英國的丹尼爾對“伏打電堆”進行了改良。他使用稀硫酸作電解液，解決了電池極化問題，制造出第一個不極化，能保持平衡電流的鋅─銅電池，又稱“丹尼爾電池”。此后，又陸續有去極化效果更好的“本生電池”和“格羅夫電池”等問世。但是，這些電池都存在電壓隨使用時間延長而下降的問題。

　　1860年，法國的普朗泰發明出用鉛做電極的電池。這種電池的獨特之處是，當電池使用一段使電壓下降時，可以給它通以反向電流，使電池電壓回升。因為這種電池能充電，可以反復使用，所以稱它為“蓄電池”。然而，無論哪種電池都需在兩個金屬板之間灌裝液體，因此搬運很不方便，特別是蓄電池所用液體是硫酸，挪動時很危險。也是在1860年，法國的雷克蘭士(GeorgeLeclanche)還發明了世界廣受使用的電池(碳鋅電池)的前身。它的負極是鋅和汞的合金棒(鋅-伏特原型電池的負極，經證明是作為負極材料的最佳金屬之一)，而它的正極是以一個多孔的杯子盛裝著碾碎的二氧化錳和碳的混合物。在此混合物中插有一根碳棒作為電流收集器。負極棒和正極杯都被浸在作為電解液的氯化銨溶液中。此系統被稱為“濕電池”。雷克蘭士制造的電池雖然簡陋但卻便宜，所以一直到1880年才被改進的“干電池”取代。負極被改進成鋅罐(即電池的外殼)，電解液變為糊狀而非液體，基本上這就是現在我們所熟知的碳鋅電池。1887年，英國人赫勒森發明了最早的干電池。干電池的電解液為糊狀，不會溢漏，便于攜帶，因此獲得了廣泛應用。

　　趨勢我國太陽能電池設備主要是晶硅太陽能電池設備主要制造商經過2011年上半年的快速增長127.2%，并創歷史同期新高后，進入下半年，由于光伏產品供大于求，庫存大量積壓，使得大部分光伏生產企業擴產計劃推遲，大批設備訂貨合同不得不推遲交貨，銷售迅速回落。但2011年全年太陽能電池設備銷售收入還是以較高的增長率增長75%。

　　進入2012年，我國太陽能電池設備市場繼續低迷，全年太陽能電池設備銷售收入呈現了負增長。2012年量價齊跌超60%2008年全球薄膜太陽能電池產量達988.8MW，同比增長122%。

　　2009年世界生產的光伏電池總量達到10700MWp，其中薄膜電池1700MWp，在其中占比約15.9%。2010年全球薄膜太陽能電池產量增長迅速，產量為2767MW。這幾年中，薄膜太陽能電池總產量的增長率一直維持在高位。我國也高度重視薄膜太陽能電池技術的研發和產業化，與國際先進水平差距逐步縮小，積極有序地發展。

　　截至2008年底，我國已建成并投產的14家薄膜太陽能電池企業的產能約達125.9MW，年產量約為46MW。截止2009年底，已開工建設和已開展前期工作宣布建設的薄膜太陽能電池項目將近40個。2011年1月，首臺“中國造”代表國際尖端水平的薄膜太陽能電池關鍵生產設備——等離子體增強型化學氣相沉積設備(PECVD)成功下線，打破了高端薄膜太陽能電池設備一直被國外廠商壟斷的局面。

　　2011年5月5日，中國首支CIGS薄膜太陽能集電管的面世，向業界宣告國內薄膜太陽能電池發展緊跟世界腳步。盡管近 年來多晶硅價格大幅下滑，晶硅電池轉換效率穩步提升，薄膜電池成本優勢減弱，發展放緩。但光伏行業正逐步走向技術多元化，晶硅、薄膜、聚光技術的博弈不再局限于成本的比拼，各技術可以在各自的優勢應用領域上拓展市場空間。在未來市場中，薄膜太陽能電池所占的比重將會不斷增加，薄膜太陽能電池的研發將繼續提速。

　　未來光伏建筑一體化(BIPV)的推廣以及國家扶持太陽能電池發展的政策陸續出臺，將推動我國薄膜太陽能電池新一輪的高速發展。另外，薄膜電池已被列入我國太陽能光伏產業“十二五”規劃的發展重點�，F今，業界對以薄膜取代硅晶制造太陽能電池在技術上已有足夠的把握。日本產業技術綜合研究所于2月已經研制出當今世界上太陽能轉換率最高的有機薄膜太陽能電池，其轉換率已達到現有有機薄膜太陽能電池的4倍。

　　此前的有機薄膜太陽能電池是把兩層有機半導體的薄膜接合在一起，從太陽能到電能的轉換率約為1%。新型有機薄膜太陽能電池在原有的兩層構造中間加入一種混合薄膜，變成三層構造，這樣就增加了產生電能的分子之間的接觸面積，從而大大提高了太陽能轉換率。

　　可折疊薄膜的太陽能電池是一種利用非晶硅結合PIN光電二極管技術加工而成的薄膜太陽能電池。此系列產品具有柔軟便攜、耐用、光電轉換效率高等特點;可廣泛應用于電子消費品、遠程監控/通訊、軍事、野外/室內供電等領域。有機薄膜太陽能電池使用塑料等質輕柔軟的材料為基板，因此人們對它的實用化期待很高。研究人員表示，通過進一步研究，有望開發出轉換率達20%、可投入實際使用的有機薄膜太陽能電池。

　　專家認為,未來5年內薄膜太陽能電池將大幅降低成本，屆時這種薄膜太陽能電池將廣泛用于手表、計算器、窗簾甚至服裝上。由于其所使用的半導體原料遠較一般太陽能電池為少，因此可解決太陽能電池價格高昂的問題。

　　后來，研究人員使用稱為CIS的復合半導體的技術，將2～3微米厚的CIS放在玻璃等物料上，制成薄膜太陽能電池。它比傳統以矽制成的太陽能電池薄100倍，實際上比頭發還要薄，它亦較輕和使用較少半導體物料，售價因此較便宜并可大量生產。

　　傳統的矽電池需大量半導體物料，價格昂貴，因此無法普及，而且由于較笨重，其應用范圍受限制。薄膜電池卻只需要將廉價物料放在諸如塑膠等有彈性的表面上便可，價錢便宜而且輕便。專家相信,不久的將來，薄膜材料的太陽能電池將出現在人們的日常生活中�，F今，世界上至少有40個國家正在開展對下一代低成本、高效率的薄膜太陽能電池實用化的研究開發。

　　據俄《STRF》科學網站3月25日消息，俄科學院約飛物理技術研究所的研究小組研制出一種新的太陽能薄膜電池，這種基于硅材料的太陽能電池組件，其光電轉換效率理論可達27%[1] �，F今，全球大部分光伏產業中所用的主體材料都是晶硅電池，單晶硅電池和多晶硅電池在光伏面板領域占主導地位。而第二代太陽能電池——薄膜太陽能電池市場如今正在悄然崛起，以其特有的質輕、透光性好等優勢開拓出了一片新領域。

　　九、薄膜太陽能電池組件——國外研究

　　在廣泛深入的應用研究基礎上，國際上許多國家的CdTe薄膜太陽電池已由實驗室研究階段開始走向規模工業化生產。1998年美國的CdTe電池產量就為0.2MW，日本的CdTe電池產量為2.0MW。德國公司將在Rudisleben建成一家年產10MW的CdTe薄膜太陽電池組件生產廠，預計其生產成本將會低于$1.4/W。該組件不但性能優良，而且生產工藝先進，使得該光伏組件具有完美的外型，能在建筑物上使用，既拓寬了應用面，又可取代某些建筑材料而使電池成本進一步降低。CdTe薄膜太陽電池是薄膜太陽電池中發展較快的一種光伏器件。

　　美國南佛羅里達大學于1993年用升華法在25px2面積上做出效率為15.8 %的太陽電池，隨后，日本報道了CdTe基電池以CdTe作吸收層，CdS作窗口層的n-CdS/ p-CdTe半導體異質結電池，其典型結構為MgF2/玻璃/ SnO2:F/ n-CdS/ p-CdTe/背電極，小面積電池最高轉換效率16%，成為當時CdTe薄膜太陽能電池的最高紀錄，如今，太陽電池的研究方向是高轉換效率，低成本和高穩定性。因此，以CdTe為代表的薄膜太陽電池倍受關注，面積為90000px2電池轉換效率達到11.1%的水平。

　　美國國家可再生能源實驗室提供了Solar Cells lnc的面積為171975px2CdTe薄膜太陽電池的測試結果，轉換效率達到7.7%;Bp Solar的CdTe薄膜太陽電池，面積為113500px2，效率為8.4%，面積為17650px2的太陽電池，轉換效率達到10.1%;Goldan Photon的CdTe太陽電池，面積為88200px2，轉換效率為7.7%。碲化鎘薄膜太陽電池的制造成本低，現今，已獲得的最高效率為16%，是應用前景最好的新型太陽電池，它已經成為美、德、日、意等國研究開發的主要對象。CdTe薄膜太陽電池較其他的薄膜電池容易制造，因而它向商品化進展最快。已由實驗室研究階段走向規模化工業生產。下一步的研發重點，是進一步降低成本、提高效率并改進與完善生產工藝。

　　CdTe太陽能電池在具備許多有利于競爭的因素下，但在2002年其全球市占率僅0.42﹪，現今CdTe電池商業化產品效率已超過10﹪，究其無法耀升為市場主流的原因，大至有下列幾點：

　　1、模塊與基材材料成本太高，整體CdTe太陽能電池材料占總成本的53﹪，其中半導體材料只占約5.5﹪。

　　2、碲天然運藏量有限，其總量勢必無法應付大量而全盤的倚賴此種光電池發電之需。

　　3、鎘的毒性，使人們無法放心的接受此種光電池。CdTe太陽能電池作為大規模生產與應用的光伏器件，最值得關注的是環境污染問題。有毒元素Cd對環境的污染和對操作人員健康的危害是不容忽視的。我們不能在獲取清潔能源的同時，又對人體和人類生存環境造成新的危害。有效地處理廢棄和破損的CdTe組件，技術上很簡單。而Cd是重金屬，有劇毒，Cd的化合物與Cd一樣有毒。

　　其主要影響，

　　一是含有Cd的塵埃通過呼吸道對人類和其他動物造成的危害;

　　二是生產廢水廢物排放所造成的污染。因此，對破損的玻璃片上的Cd和Te應去除并回收，對損壞和廢棄的組件應進行妥善處理，對生產中排放的廢水、廢物應進行符合環保標準的處理�，F今各國均在大力研究解決CdTe薄膜太陽能電池發展的因素，相信上述問題不久將會逐個解決，從而使碲化鎘薄膜電池成為未來社會新的能源成分之一。

　　相關論述淺談多元化合物薄膜太陽能電池據了解，科學家為了尋找單晶硅電池的替代品,除開發了多晶硅、非晶硅薄膜太陽能電池外，又不斷研制其它材料的太陽能電池。其中主要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅錮硒薄膜電池等。在上述電池中，盡管硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規模生產，但由于鎘有劇毒，會對環境造成嚴重的污染，因此，并不是晶體硅太陽能電池最理想的替代。

　　據了解，砷化鎵III-V化合物及銅銦硒薄膜電池由于具有較高的轉換效率受到人們的普遍重視。GaAs等III-V化合物薄膜電池的制備主要采用 MOVPE和LPE技術，其中MOVPE方法制備GaAs薄膜電池受襯底位錯、反應壓力、III-V比率、總流量等諸多參數的影響。除GaAs外，其它III-V化合物如GaSb、GaInP等電池材料也得到了開發。

　　另外，研究所還采用堆疊結構制備GaAs，Gasb電池，該電池是將兩個獨立的電池堆疊在一起，GaAs作為上電池，下電池用的是Gasb,所得到的電池效率達到31.1%。銅銦硒CuInSe2簡稱CIS。CIS材料的能降為1.1 eV，適于太陽光的光電轉換,另外，CIS薄膜太陽電池不存在光致衰退問題。因此，CIS用作高轉換效率薄膜太陽能電池材料也引起了人們的注目。CIS作為太陽能電池的半導體材料，具有價格低廉、性能良好和工藝簡單等優點，將成為今后發展太陽能電池的一個重要方向。唯一的問題是材料的來源，由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類電池的發展又必然受到限制。

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