关键字：薄膜太阳电池、光伏发电、别墅太阳能发电、铜铟镓硒

铜铟砸薄膜太阳光伏发电电池为典型的多晶化合物薄膜半导体器件，通过在玻璃或其他廉价衬底上沉积多层薄膜而形成，其核心层材料铜铟砸（CuInSe2)能吸收80%以上太阳光谱，对器件整体性能的影响起着至关重要的作用，该类电池目前在别墅太阳能发电得到一定范围的应用。

 

1992年铜铟砸薄膜太阳电池效率就已达到14. 8%，但CuInSe2 (带隙Eg≈1. 04 eV)材料与太阳光谱的匹配并不理想，近年来光伏发电科研人员通过对CuInSe2掺入适量的Ga来调整带隙(£g介于1. 04〜1. 67 eV 之间），形成四元化合物铜铟镓硒CU(In_1-x ，Ga_x)Se₂薄膜，并通过工艺调控获得梯度带隙结构，该技术的使用让光电转换效率得到显著的提高，最近在AM1. 5测试条件下玻璃衬底电池已达到20. 3 % (0. 4 cm²)，不锈钢衬底柔性电池效率达17. 5% (0. 4 cm²)。

 

据悉，瑞士联邦技术研究院研制的小面积聚酰亚胺衬底铜铟镓砸电池效率已达20. 4%(AM1. 5)，质量比功率超过2 000 WP/kg(裸电池），占据该类衬底太阳电池的世界榜首；但是铜铟镓 硒电池要求较高的制作温度（〉500°C），这限制了衬底材料(如超轻柔性聚酯膜膜）的选择，大大增加了衬底的处理难度。

 

美国Ascent公司在聚酿亚胺衬底上获得效率达到11%(AM1. 5)的批量试生产，成为此类衬底电池的最高记录的拥有者。铜铟镓硒在地面及空间环境考核验证中拥有性能稳定、抗辐射能力强等优点，无论在地面规模光伏发电还是在空间飞行器动力电源的应用上，都具备广阔的市场前景，是极具潜力的低成本薄膜电池之一。

 

铜铟砸基薄膜太阳电池典型结构

 

碲化镉薄膜太阳电池

 

碲化镉(CdTe)的禁带宽度为1. 45 eV，是一种具备闪锌矿结构的II-W族化合物半导体材料。CdTe是直接带隙半导体，薄膜厚度为2ym时即可吸收98%以上能量高于带隙宽度的光子，吸收系数〜10⁶ cnT^-1。光强为100 mW • cm^-2时，CdTe电池的最大光电流为30. 5 mA/cm²，理论极限效率可达27%。因此，CdTe是制备太阳光伏发电电池的理想半导体材料。

 

1963年，CUSano报道了第一个异质结CdTe薄膜电池，结构为n-CdTe/p- Cu_2-xTe电池，光电转换效率为7%。该电池存在与Cu_2-xS/CdS类似的稳定性问题，由于未能发现与n-CdTe匹配形成良好异质结的其它材料，因此研究重点转向p-CdTe/n-CdS 异质结电池。Adinmch首先在透明导电玻璃上沉积CdSXdTe薄膜，发展到了现在普遍采用的CdTe太阳电池基本结构“玻璃/TCO/CdS/CdTe”。

 

1972年，Bonnet和Rabenh0rst报道称：已发明转换效率为5%〜6%的以渐变带隙C_dSxTE_1-x薄膜作为吸收层的太阳电池。1982年Tyan和Perez-Albuerne 等人报道了效率为10%的n-ITO/p-CdTe结构的CdTe太阳光伏发电电池。1993年Ferekides等人制备出效率达15. 8%的CdTe太阳电池。2001年，NREL的吴选之等创造的CdTe电池光电转换效率达16. 5%，打破该类电池的世界最高光电转换效率纪录。

单结CdTe/CdS异质结电池的基本结构

 

目前，铜铟砸薄膜太阳电池在光伏发电领域受到众人的欢迎，而在别墅太阳能发电行业，该类电池也曾扩张趋势。单结电池的结构，就如上图所示，TCO(—般为ZnO)作为前电极，CdS作为窗口层，CdTe为吸收层，CdS与CdTe形成异质结。光透过玻璃、TCO和CdS，被CdTe吸收，光生载流子通过TCO和背电极收集。