薄膜太阳能电池,你了解多少

薄膜太阳能电池，你了解多少？光伏电池组件来源:新能源前线2017/10/19 16:48:14我要投稿关键词: 薄膜电池太阳能电池光伏技术近几年来，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！科普：钙钛矿太阳能电池光伏电池组件来源:集邦新能源网2017/9/19 14:33:59我要投稿关键词: 钙钛矿太阳能电池太阳能电池光伏技术北极星太阳能光伏网讯:近日，众多高校实验室纷纷爆出喜讯：上海交大韩礼元教授团队发声，团队历时3年在大面积高质量钙钛矿薄膜制备的基础上，开发了有效面积36.1cm2的钙钛矿电池模块，在国际认证机构首次获得了12.1%的认证效率。

这一成果的出现意味着未来钙钛矿光伏技术有了走出实验室、实现大规模产业化的可能。

华中科技大学自主研发出的新型钙钛矿太阳能电池正在积极准备量产，华科大团队已经获得超过16%的光电转换效率，每峰瓦成本还仅为传统太阳能电池的1/5，每平米预计成本将低至100元。

光电转化率提及新的光伏材料，首先要考虑到的就是光电转化率，有同学会问，为什么上述两则新闻中所提及的钙钛矿太阳能电池的光电转化率相差4个百分点。

这样的数据差是由于如下几个原因：第一，钙钛矿电池的光电转化率与其电池面积及厚度有直接关系，依靠现有制备薄膜的技术，钙钛矿薄膜的面积越大，越容易出现瑕疵，电池的效率就越低。

超过20%国际认证效率的钙钛矿太阳能电池模块面积只能达到0.04至0.2平方厘米，顶多像米粒那么大，上海交大所提出的12.1%是在面积为36.1cm2的前提下。

第二，在这种钙钛矿ABX3结构中，A为甲胺基(CH3NH3)，B为金属铅原子，X为氯、溴、碘等卤素原子。

由于相对复杂的晶体结构对A、B、X三个位点上的原子(或基团)半径有着较高的要求，钙钛矿吸光材料的组成比较固定。

最近一些研究组用甲咪基取代A位上甲胺基，使带隙变窄(1.48eV)，获得了更高的光电流。

对于B位上的Pb原子，当Sn原子替换Pb原子后，目前尚未见有光电响应的报道。

而X位上的原子，目前可以选用氯、溴、碘等卤素原子，但只有以碘为主的钙钛矿有合适的带隙，可以获得高转换效率。

除了CH3NH3PbI3之外，CH3NH3PbI3-xCl x也是目前研究较多的材料。

在保持能级结构基本不变的情况下，少量氯元素的掺杂可以提高电子迁移率，显示出了更加优异的光电性能。

因此，部分元素的改变也对光电转化率影响深刻。

目前在高效钙钛矿型太阳能电池中，最常见的钙钛矿材料是碘化铅甲胺CH3NH3PbI3，它的带隙约为1.5eV（理论研究表明，能隙在1~1.5eV的材料，对太阳光的吸收效率最高，典型的钙钛矿ABX3的能隙大多落在这个范围），消光系数高，几百纳米厚薄膜就可以充分吸收800nm以下的太阳光。

而且，这种材料制备简单，将含有PbI2和CH3NH3I的溶液，在常温下通过旋涂即可获得均匀薄膜。

上述特性使得钙钛矿型结构CH3NH3PbI3不仅可以实现对可见光和部分近红外光的吸收，而且所产生的光生载流子不易复合，能量损失小，这是钙钛矿型太阳能电池能够实现高效率的根本原因。

钙钛矿电池印刷浆料成本一、单价谈完转化率，接下来首要考虑的就是成本问题。

在世界上主要有3种类型的太阳能电池中，最贵的是多结太阳能电池，这种电池用于卫星、无人机等，光电转换效率高达46%，但造价昂贵；最常见的是晶硅太阳能电池，用它做成的光伏发电面板随处可见，光电转换效率约在18%，每平方米造价为500元至700元；其次，是以汉能为代表的薄膜太阳能电池，它的特点是薄，厚度为晶硅电池的1/10，转换效率约为10%—12%，其明星产品“汉瓦”定价为1390元/平方米。

而钙钛矿每平米预计成本将低至100元。

下图是三种光伏材料的光电转化率与价格对比图。

钙钛矿属于第三种：高效薄膜技术。

二、寿命影响成本的另外一个因素，就是使用寿命的问题，也就是材料的稳定性，钙钛矿还有很长的路要走。

稳定性是钙钛矿太阳能电池最致命的弱点:由于它们对潮湿环境敏感，暴露在潮湿空气中会很快分解，就连昼夜温差造成的水蒸气也可能对它造成伤害，因此必须对其进行防水封装。

目前，经过学界的不懈努力，钙钛矿电池已经过了1万小时的持续光照实验，以这个数据来计算，取全国平均日照时长4h，那么钙钛矿电池理论寿命为6.8年，再加之非充足日照时间以及日常损耗，钙钛矿的寿命应远远小于6.8年。

相比于硅电池的理论寿命25年，目前看来比较弱势。

三、资源碘化铅甲胺CH3NH3PbI3中所涉及的碘、铅都是重要的组成元素。

尽管我国拥有碘资源，但储量仅约4,000吨，年产量（2012年）大约600吨，只占全球碘总产量的2.14%。

因此，我国每年都要从国外进口大量的碘。

例如，2014年我国进口粗碘4344吨。

我国每年用于生产碘盐的碘在200-300吨之间，由智利进口，国家提供补贴。

相对而言，铅资源的状态比较客观，世界上铅储量较多的国家澳大利亚、中国、俄罗斯、美国、秘鲁和墨西哥，这6国储量占全世界的87%，其中澳大利亚占比最大为40%，中国占16%，美国占6%，秘鲁占8%，墨西哥占6%，俄罗斯占11%；其他地区占13%。

数据来源：金属百科《铅资源储量分布及产量》尽管目前看来，资源占有量对钙钛矿电池的发展暂不构成影响，但实现量产后，资源的供给是不容忽视的问题。

环境友好“环境友好型”是产业发展的重要标签，这不仅关系到从业者与用户的健康，还关系到国家的支持与推广力度。

由于含铅材料对环境的不友好性，研究者们在努力实现无铅化，但相应会带来电池转换效率的降低。

最直接的方法是利用同族元素(如Sn)来代替Pb元素。

在MAXI3材料中，CH3NH3SnI3的能隙仅为1.3eV，远低于CH3NH3PbI3的1.55eV，可以使吸收光谱发生红移。

采用CsSnI3作为光吸收材料，并加入SnF2作为添加剂也以减少缺陷密度，提高载流子浓度，进而提高电池效率。

这两种替代的吸收材料的吸收光谱发生明显红移，可以吸收更宽波段的入射光。

从解决环境污染但又不牺牲电池转换效率的角度出发，科学家提出了另一种思路，即回收汽车电池来提供铅源。

由于汽车电池中的铅源具有相同的材料特性（如晶体结构、形貌、吸光性和光致发电性）和光电性能，既提供了钙钛矿材料制备所需的铅源，又解决了废旧含铅电池无法妥善处理的问题，因此具有一定的实际应用价值。