薄膜太陽能電池優缺點_薄膜太陽能電池的生產
2020-11-22 電子發燒友薄膜太陽能電池優缺點_薄膜太陽能電池的生產
發表於 2018-01-24 10:40:45
薄膜太陽能電池優缺點
薄膜型太陽能電池由於使用材料較少，就每一模塊的成本而言比起堆積型太陽能電池有著明顯的減少，製造程序上所需的能量也較堆積型太陽能電池來的小，它同時也擁有整合型式的連接模塊，如此一來便可省下了獨立模塊所需在固定和內部連接的成本。未來薄膜型太陽能電池將可能會取代現今一般常用矽太陽能電池，而成為市場主流。非晶矽太陽能電池與單晶矽太陽能電池或多晶矽太陽能電池的最主要差異是材料的不同，單晶矽太陽能電池或多晶矽太陽能電池的材料都疏，而非晶矽太陽能電池的材料則是SiH4，因為材料的不同而使非晶矽太陽能電池的構造與晶矽太陽能電池稍有不同。
SiH4最大的優點為吸光效果及光導效果都很好，但其電氣特性類似絕緣體，與矽的半導體特性相差甚遠，因此最初認為SiH4是不適合的材料。但在1970年代科學家克服了這個問題，不久後美國的RCA製造出第一個非晶矽太陽能電池。雖然SiH4吸光效果及光導效果都很好，但由於其結晶構造比多晶矽太陽能電池差，所以懸浮鍵的問題比多晶矽太陽能電池還嚴重，自由電子與電洞複合的速率非常快；此外SiH4的結晶構造不規則會阻礙電子與電洞的移動使得擴散範圍變短。基於以上兩個因素，因此當光照射在SiH4上產生電子電洞對後，必須儘快將電子與電洞分離，才能有效產生光電效應。所以非晶矽太陽能電池大多做得很薄，以減少自由電子與電洞複合。由於SiH4的吸光效果很好，雖然非晶矽太陽能電池做得很薄，仍然可以吸收大部分的光。
非晶矽薄膜型太陽能電池的結構不同於一般矽太陽能電池，如圖9所示，其主要可分為三層，上層為非常薄（約為0.008微米）且具有高摻雜濃度的P＋；中間一層則是較厚（0.5∼1微米）的純質層（Intrinsic layer），但純質層一般而言通常都不會是完全的純質（Intrinsic），而是摻雜濃度較低的n型材料；最下面一層則是較薄（0.02微米）的n。而這種p+-i-n的結構較傳統p-n結構有較大的電場，使得純質層中生成電子電洞對後能迅速被電場分離。而在P＋上一層薄的氧化物膜為透明導電膜（Transparent Conducting Oxide:TCO），它可防止太陽光反射，以有效吸收太陽光，通常是使用二氧化矽（SnO2）。非晶矽太陽能電池最大的優點為成本低，而缺點則是效率低及光電轉換效率隨使用時間衰退的問題。因此非晶矽太陽能電池在小電力市場上被廣泛使用，但在發電市場上則較不具競爭力。
薄膜太陽能電池的生產
成本問題是太陽能技術廣泛使用的最大阻礙。傳統的矽晶太陽能電池需要複雜的、耗時的生產過程，這使得每一度電的成本大大提高。非矽薄膜太陽能電池生產方便因此更易衝破成本方面的阻礙。
薄膜太陽能電池目前在生產方面取得的最大突破是在箔條狀銅銦鎵硒電池方面。納米太陽能公司用類似於膠印的方法生產他們的太陽能電池，下面就讓我們來看看他們是怎麼做的吧。首先，大量的鋁條在巨大的印表機中緩慢前進，就像列印報紙那樣，鋁條卷可以達到數米寬和數英裡長，這使得產品能夠用於不同的用途。其次，一臺在露天下運轉的印表機將半導體油墨薄層沉積到鋁基體上。這是在玻璃態銅銦鎵硒電池和碲化鎘電池大批量生產中取得的一個巨大進步，原來的生產要求半導體在真空室內沉積，而現在可以在露天下進行，速度更快，成本更低。接著，另一臺印刷機沉積硫化鎘和氧化鋅薄層，其中氧化鋅層是無反射的，這就確保了陽光能夠到達半導體層。最後，鋁箔條被切成一片片的太陽能電池。像傳統矽太陽能電池一樣進行分類裝配，在納米太陽能公司的生產過程中也是有可能採用的，這意味著電池的電學特性能夠滿足，並可以達到最高的面板效率分布和產額。而玻璃態銅銦鎵硒電池不提供自裝配分類單元，因為組成電池的面板並不能很好的符合電學特性，其能量產額與效率也大打折扣。
用於半導體列印的印表機是易於使用和維護的。不僅如此，而且原料浪費得也非常少，這有助於提高整個生產過程的效率和降低太陽能板產電的成本。用傳統的太陽能板生產一瓦特電需要三美元，傳統觀念認為，在將成本降低到1美元沒瓦特之前太陽能技術不會有競爭力。納米太陽能公司宣稱他們的超高效生產方式和革命性的半導體油墨將會使太陽能產電的成本降低到僅僅30美分每瓦特。如果這是真的，那麼太陽能就可以與煤炭競爭了。
薄膜太陽能技術並不是科幻小說。納米太陽能公司的產品已經擁有了廣泛的客戶群，包括全球各地的合作者和政府部門，薄膜太陽能電池的生產者們也非常忙碌。俄亥俄州的第一家太陽能機構與居威太陽能機構合作在德國的薩克森州建立了40兆瓦的碲化鎘薄膜太陽能基地，於2009年竣工。本田公司正在活躍地進行綜合銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的試驗。
如果太陽能薄膜電池能夠將其潛能完全發揮出來，那麼不難想像，在不遠的將來，太陽能將會像陽光一樣無所不在。在城市建築中，薄膜太陽能電池將覆蓋屋頂和房子的正面，在新建房屋中，它們將作為屋頂紙板被整體安裝。此外，它們還能為新一代的太陽能汽車和卡車供能。
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我國薄膜太陽能電池亟待產業化
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