薄膜电池技术趋势（二）

　　摘要：薄膜太阳能电池技术是光伏技术的发展方向之一。虽然薄膜太阳能电池目前还属于起步阶段，但是各个国家都已经认识到发展薄膜电池的重要性。随着各国对薄膜电池研发人员和资金的投入，薄膜电池终将迎来的大的发展和技术性的跨越。本文从国内外两个方面阐述了碲化镉薄膜电池和砷化镓薄膜电池的研究进展。

　　碲化镉薄膜太阳能电池研究进展

　　(1)国内研究进展

　　在最近的几年里，国内各大院校、科研机构和企业都在CdTe薄膜太阳能电池方向加大了研究力度。其中尤其以四川大学、中国科技大学、中科院电工所的研究最为突出。他们在改善碲化镉薄膜电池的内部缺陷问题、应对薄膜沉积生长的动力学问题、蒸汽输运发沉积薄膜机理、薄膜晶界钝化以及研究薄膜少子增加与其寿命增长的关系，都取得了一定的突破。四川大学于2016年6月研制出新型的碲化镉薄膜太阳电池，其面积为0.5 cm²，其效率达到了16.73%。其主要创新点在于薄膜太阳电池的碲化镉层采用蒸汽输运法沉积。

　　企业代表龙焱能源科技有限公司，其一直致力于在小面积薄膜电池上面的研究。在2016年11月，其研制出的小面积碲化镉薄膜电池，面积为0.554 cm²、但是其效率高达17.33%。除此之外，龙焱能源科技还对薄膜电池大面积组件的研制进行了很大的投入。它在2015年建立了自主研发的生产线，并于2016年实现量产(生产量达20 MW/年)其量产的薄膜电池组件面积为0.72 m²，平均效率达13%。

　　中国建筑光电材料有限公司也致力于小面积碲化镉薄膜电池的研制和开发。2016年，其技术团队在75℃条件下通过光对1cm²标准TEC15 导电玻璃的碲化镉薄膜电池进行炼化48小时，其转化效率明显增强，达到17.81%。

　　(2)国际研究进展

　　美国每年对碲化镉薄膜电池的科研投入高达1.4亿美金。Zhang 的团队在2016年应用分子束外延的沉积法制备碲化镉薄膜电池，使得了碲化镉薄膜电池的转化效率达到20.3%。该电池采用双层异质结构和重掺杂p-型传输层结构，使得其单晶薄膜厚度仅为1000纳米至1500纳米。另外，该电池还采用了正反两面的双层钝化层，这让电池吸收层的寿命增加，明显高于铜铟镓硒薄膜在同等条件下的水平。这是碲化镉薄膜电池技术上的重大突破。First Solar在2016年2月宣布研制成功转化率为22.1%的碲化镉薄膜电池。

　　美国在2015年就已经可以量产碲化镉薄膜面积为7038.8 cm²，且效率高达18.6%的电池组件了。随着技术的成熟，其生产线效率增幅明显。近年来，美国生产的碲化镉薄膜电池组件成本已经低于0.4美金。这使得美国在国际市场上电池组件的竞争力更加的强盛。

　　砷化镓薄膜太阳能电池研究进展

　　(1)国内研究进展

　　我国砷化镓薄膜太阳能电池的研究主要还是集中在面积较小的薄膜电池上。上海空间电源研究所和电子部天津18 所在2016年联合研制四结叠层(GaInP/GaAs/GaInAs/GaInAs)的砷化镓薄膜电池。将光转化效率由原来的24.8%大幅增加至34.3%;

　　苏州矩阵光电公司研制出三层叠膜的柔性砷化镓薄膜太阳能电池，这种电池不仅光转化效率可以达到35%。而且其自身的柔性特征，使得其底衬可以重复利用，从而降低了薄膜电池的成本。

　　天津三安光电公司研制的三结叠层(GaInP/GaInAs/Ge)高倍聚光电池，其光转化效率可达到41%，并实现了量产。同时，厦门乾照光电公司研制的三结叠层聚光电池(GaInP/GaAs/GaInAs)，其光电转化效率为34.5%。此款电池在特定的强光下(AM1.5D×517)，其光转化效率可达43.0%。

　　汉能Alta Devices自主研发了新型MOCVD设备。该设备因为控制温度精确快速并且拥有高速外延生长的能力。这都使得MOCVD设备成为砷化镓的量产主要仪器，并且也有机会让砷化镓成为大众产品的可能。

　　(2)国际研究进展

　　日本夏普公司根据三结叠层(InGaP/GaAs/InGaAs)砷化镓薄膜电池的独特性质，结合树脂薄膜，开发出了特殊的光伏组件，效率达到32%。因为此组件独特的柔性特征以及轻薄特征，使得其在宇宙空间站及其飞行器中都有大量运用。此外，韩国光学技术研究院也研究出一款柔性很好且轻薄的太阳能光伏组件，此组件厚度只有1.4μm，但是其张力很强，将这种电池组件与砷化镓贴合在并在外表镶式边框，这将为下一代可穿戴设备的电力来源。

　　结语

　　目前，我国对碲化镉和砷化镓薄膜电池的研发投入总体规模较小，这使得其在国内的发展速度较为缓慢，且应用市场较为狭窄。碲化镉薄膜的转化效率在国内市场中低于国际市场2.3%，而其量产生产线在国内也刚刚开始，而砷化镓薄膜电池在我国的研发应用相对国际市场也较为狭窄。因此，碲化镉和砷化镓薄膜电池的在国内的发展空间还是很大的。但是，我们应该意识到国内市场与国际市场上薄膜电池组件研发上的差距。