什么是薄膜太陽能電池?薄膜太陽能電池是如何興起的?

太陽能電池在現(xiàn)實中有諸多使用，對于太陽能電池，我們也較為熟悉。為增進大家對太陽能電池的認識，本文將對薄膜太陽能電池予以介紹，并闡述太陽能電池的興起。如果你對太陽能電池抑或薄膜太陽能電池具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、前言

太陽能電池板是持續(xù)獲得太陽能的工具。我們常?？梢钥吹轿蓓斏暇匦蔚奶柲馨?，田野和草原上呈隊列排列的太陽能板。但是我們原本熟知的那種太陽能電池板(長1.7米，寬0.8米，高5厘米)可能要成為歷史了。因為一種新的技術(shù)已經(jīng)可以很好地替代傳統(tǒng)的硅太陽能板，能夠高效、廉價地將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。這項新技術(shù)就是薄膜光電轉(zhuǎn)換電池，到2010年，它們在全球產(chǎn)生的電能已經(jīng)達到3700兆瓦。

2010年之后，薄膜太陽能電池廣泛進入商業(yè)大樓和家居房屋中，產(chǎn)電量得到進一步提高，從加州到肯尼亞再到中國，都是如此。除了靈活性之外，下文將繼續(xù)討論薄膜太陽能電池與傳統(tǒng)太陽能電池相比的優(yōu)缺點，它們更加高效的原因，以及薄膜太陽能電池是否能夠成為煤和核能的替代品等問題。

二、薄膜太陽能電池

如果你使用過太陽能計算器，你就知道太陽能電池是基于薄膜技術(shù)的。顯然，計算器中的太陽能電池不大也不笨重，大多數(shù)只有2.5厘米長，0.6厘米寬，厚度很薄。薄膜太陽能電池這個名字就是根據(jù)其厚度特征定義出來的。硅晶太陽能電池有350微米左右厚的吸光層，但是薄膜太陽能電池的吸光層只有1微米厚。1微米也就是1米的百萬分之一。

薄膜太陽能電池的生產(chǎn)者們開始減少吸光材料的層數(shù)，比如基體上的半導體、涂層玻璃等。用作半導體的材料不需要很厚，因為它們吸收太陽能非常高效。所以，薄膜太陽能電池輕質(zhì)、耐用、簡單。根據(jù)所用半導體的類型，薄膜太陽能電池主要有以下三類：非晶硅、碲化鎘和銅銦鎵硒。非晶硅是傳統(tǒng)硅晶太陽能電池的改進版，那么非晶硅的概念就很好理解了，它們被廣泛應用于太陽能電子器件中，但是非晶硅也存在著一些缺點和不足。

非晶硅太陽能電池最大的問題之一就是其半導體所用的材料，硅在市場上并不容易找到，往往是供小于求;而非晶硅的效率又不夠高。因此，這種電池正經(jīng)歷著顯著的沒落。更薄的非晶硅電池克服了這一缺點，但是厚度減小后的電池吸收光能的效率更低了。綜上所述，硅的特性使得非晶硅電池適用于小尺寸器件，比如說計算器，但不適用于大尺寸器件，比如靠太陽能供電的建筑物。

基于玻璃的銅銦鎵硒太陽能電池

基于箔條的銅銦鎵硒太陽能電池

三、薄膜太陽能電池的興起

說起太陽能電池，目前在這一行業(yè)中起主導的是硅晶，硅晶由精煉硅制成。這一模塊作為太陽能的基本技術(shù)已經(jīng)存在50多年了。自從1954年第一塊硅太陽能電池被發(fā)明后，其數(shù)量快速增加，目前12%到18%轉(zhuǎn)變成電能的太陽輻射都通過其實現(xiàn)。

晶體硅材料依然在太陽能光電池材料中占據(jù)主導地位，但是，最近幾年在薄膜光電池技術(shù)上也有了很多突破。在2005年的時候，晶體硅在太陽能光電池市場占到95%以上的份額。但是從那個時候開始，薄膜光電池材料在市場所占份額逐年穩(wěn)步上升，到今日已經(jīng)占到了25%的份額。數(shù)以百計的從事薄膜光電池技術(shù)的公司已經(jīng)進入了研發(fā)和生產(chǎn)的新階段。

大面積以及層疊狀的薄膜光電池產(chǎn)品從上世紀90年代開始就已經(jīng)商業(yè)化了，目前薄膜光電池產(chǎn)品的能量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達到了6%到11%。能量轉(zhuǎn)換效率越高，那么產(chǎn)生一定電量所需的面積以及其他輔助設(shè)備就越少，這是一件很劃算的事情。就目前來說，薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率還是與晶體硅存在著距離，但是相比與晶體硅，薄膜太陽能電池在其他方面存在著巨大的優(yōu)勢。最重要的一點，就是薄膜太陽能電池的生產(chǎn)成本低。很多薄膜太陽能電池板都是由非晶硅制成的，而制備硅晶太陽能電池板時要使用高等硅。除此之外，薄膜太陽能電池還可以由其他半導體材料制成，包括銅銦鎵硒(CIGS)材料和碲化鎘材料。

四、實用薄膜光電池項目

可再生能源領(lǐng)域存在一個關(guān)鍵性的問題，就是何時規(guī)?；奶柲芄怆姵丶夹g(shù)能夠與從化石燃料中獲得電能在價格上形成競爭或與其等價。而事實上，規(guī)模化的薄膜光電池技術(shù)在成本上已經(jīng)低于核電，只是目前比燒煤獲得電能的成本更高一些。

很多薄膜太陽能電池的生產(chǎn)者們已經(jīng)成功降低了成本，目前在這一領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊是位于亞利桑那州坦佩的第一太陽能公司。第一太陽能公司在2009年通過碲化鎘電池生產(chǎn)了1千兆瓦的電能。換句話說，1千兆瓦等同于25萬個大型的家庭薄膜太陽能光電轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的生產(chǎn)總量。

第一太陽能公司在2009年實現(xiàn)了平均10.9%的能量轉(zhuǎn)換效率，他們的產(chǎn)品成為薄膜產(chǎn)品中能量轉(zhuǎn)換效率最高的產(chǎn)品。該公司同時還解決了生產(chǎn)中所使用的重金屬鎘的問題，通過設(shè)計循環(huán)系統(tǒng)以避免鎘這一有害物質(zhì)隨著廢棄物一同排放出來。

在過去的幾年中，第一太陽能公司大大降低了他們的生產(chǎn)成本。他們的成本只相當與硅晶材料或目前市場上其他薄膜太陽能產(chǎn)品的一半。他們降低成本的措施包括縮短生產(chǎn)時間以及規(guī)模化設(shè)備的安裝時間。與同行業(yè)的其他公司相比較，第一太陽能公司的規(guī)?；O(shè)備安裝費用降低了10%到15%，但是他們的產(chǎn)量卻要比生產(chǎn)硅晶的公司高出10%左右(在相同的設(shè)計效率下)。在接下來的五年中，第一太陽能公司將致力于將生產(chǎn)效率再提高15%，并且再進一步降低其生產(chǎn)成本。如果該公司真的能夠成功地實現(xiàn)上述目標，那么通過規(guī)模化的薄膜太陽能裝置獲得電能將會與通過化石燃料獲得電能一樣廉價。

在將來，使用更多成規(guī)模的薄膜太陽能電池板將會是正確的一步，這意味著更多的消費者能夠購買到清潔能源，但是能源生產(chǎn)的控制權(quán)依然會掌握在少數(shù)大公司和市政單位。此外，將能量從太陽光照射條件好的區(qū)域(如西南方)輸送到光照條件差的地區(qū)，需要話費巨資去建設(shè)電能輸送網(wǎng)絡(luò)，與此同時，用于儲存多余的電能然后再釋放的基礎(chǔ)設(shè)施也必不可少。能量集中生產(chǎn)的替代方案就是在不同地方分散生產(chǎn)能量。除了制造大型的新型太陽能板，我們?yōu)槭裁床辉诿恳粭澐孔由虾屯＼噲鲋邪惭b太陽能板呢?以化整為零的方式進行生產(chǎn)。我堅信在全美房屋和停車場中獲得的太陽能，將足以提供我們所需的全部能量。其實美國目前的一些政策已經(jīng)支持這一做法了。

由于薄膜太陽能板很輕便，所以將其融入到建筑物中是可行的，比如用其制造屋頂。建筑物集成太陽能光電板是一個很新的創(chuàng)意。其實，建筑師們早在上世紀80年代就開始用太陽能光電材料制造屋頂，而目前用于制造屋頂?shù)牟ＡР牧蟽r格昂貴、廣受質(zhì)疑。玻璃透光、壽命長以及不會受天氣影響，但是它易碎，不是制造屋頂?shù)睦硐氩牧稀?

十多年前，層疊狀的非晶硅薄膜太陽能材料更加彰顯了使用薄膜太陽能材料制造屋頂?shù)膬?yōu)勢。在2001年的時候，太陽能集成技術(shù)公司開發(fā)了一種將層疊狀太陽能材料改為膜狀材料并用于商業(yè)建筑的新工藝。太陽能集成技術(shù)公司是最早批量生產(chǎn)薄膜光電池的公司之一。到2009年的時候，有多家大公司開始進軍這一領(lǐng)域。

關(guān)于建筑集成光電材料的應用還有其他很多可能性。比如有些時候，玻璃的光電池裝置可以替代常規(guī)的建筑材料用于制造雨篷以及房屋的正面等。也有公司在生產(chǎn)薄膜光電池材料用于制造窗戶。除此之外，發(fā)展廉價的太陽能鐵路側(cè)線，同樣存在很大的潛力。每一項新技術(shù)的出現(xiàn)，都會帶來很多實際的應用。將來的人可能會疑惑我們現(xiàn)在為什么要通過燃燒化石燃料以獲得電能。但是我們不用等到將來，因為我們現(xiàn)在就可以通過薄膜光電材料將太陽光轉(zhuǎn)化為電能。

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