摘要：薄膜太陽能電池技術(shù)是光伏技術(shù)的發(fā)展方向之一。雖然薄膜太陽能電池目前還屬于起步階段，但是各個國家都已經(jīng)認(rèn)識到發(fā)展薄膜電池的重要性。隨著各國對薄膜電池研發(fā)人員和資金的投入，薄膜電池終將迎來的大的發(fā)展和技術(shù)性的跨越。本文從國內(nèi)外兩個方面闡述了碲化鎘薄膜電池和砷化鎵薄膜電池的研究進(jìn)展。

　　碲化鎘薄膜太陽能電池研究進(jìn)展

　　(1)國內(nèi)研究進(jìn)展

　　在最近的幾年里，國內(nèi)各大院校、科研機構(gòu)和企業(yè)都在CdTe薄膜太陽能電池方向加大了研究力度。其中尤其以四川大學(xué)、中國科技大學(xué)、中科院電工所的研究最為突出。他們在改善碲化鎘薄膜電池的內(nèi)部缺陷問題、應(yīng)對薄膜沉積生長的動力學(xué)問題、蒸汽輸運發(fā)沉積薄膜機理、薄膜晶界鈍化以及研究薄膜少子增加與其壽命增長的關(guān)系，都取得了一定的突破。四川大學(xué)于2016年6月研制出新型的碲化鎘薄膜太陽電池，其面積為0.5 cm²，其效率達(dá)到了16.73%。其主要創(chuàng)新點在于薄膜太陽電池的碲化鎘層采用蒸汽輸運法沉積。

　　企業(yè)代表龍焱能源科技有限公司，其一直致力于在小面積薄膜電池上面的研究。在2016年11月，其研制出的小面積碲化鎘薄膜電池，面積為0.554 cm²、但是其效率高達(dá)17.33%。除此之外，龍焱能源科技還對薄膜電池大面積組件的研制進(jìn)行了很大的投入。它在2015年建立了自主研發(fā)的生產(chǎn)線，并于2016年實現(xiàn)量產(chǎn)(生產(chǎn)量達(dá)20 MW/年)其量產(chǎn)的薄膜電池組件面積為0.72 m²，平均效率達(dá)13%。

　　中國建筑光電材料有限公司也致力于小面積碲化鎘薄膜電池的研制和開發(fā)。2016年，其技術(shù)團(tuán)隊在75℃條件下通過光對1cm²標(biāo)準(zhǔn)TEC15 導(dǎo)電玻璃的碲化鎘薄膜電池進(jìn)行煉化48小時，其轉(zhuǎn)化效率明顯增強，達(dá)到17.81%。

　　(2)國際研究進(jìn)展

　　美國每年對碲化鎘薄膜電池的科研投入高達(dá)1.4億美金。Zhang 的團(tuán)隊在2016年應(yīng)用分子束外延的沉積法制備碲化鎘薄膜電池，使得了碲化鎘薄膜電池的轉(zhuǎn)化效率達(dá)到20.3%。該電池采用雙層異質(zhì)結(jié)構(gòu)和重?fù)诫sp-型傳輸層結(jié)構(gòu)，使得其單晶薄膜厚度僅為1000納米至1500納米。另外，該電池還采用了正反兩面的雙層鈍化層，這讓電池吸收層的壽命增加，明顯高于銅銦鎵硒薄膜在同等條件下的水平。這是碲化鎘薄膜電池技術(shù)上的重大突破。First Solar在2016年2月宣布研制成功轉(zhuǎn)化率為22.1%的碲化鎘薄膜電池。

　　美國在2015年就已經(jīng)可以量產(chǎn)碲化鎘薄膜面積為7038.8 cm²，且效率高達(dá)18.6%的電池組件了。隨著技術(shù)的成熟，其生產(chǎn)線效率增幅明顯。近年來，美國生產(chǎn)的碲化鎘薄膜電池組件成本已經(jīng)低于0.4美金。這使得美國在國際市場上電池組件的競爭力更加的強盛。

　　砷化鎵薄膜太陽能電池研究進(jìn)展

　　(1)國內(nèi)研究進(jìn)展

　　我國砷化鎵薄膜太陽能電池的研究主要還是集中在面積較小的薄膜電池上。上?？臻g電源研究所和電子部天津18 所在2016年聯(lián)合研制四結(jié)疊層(GaInP/GaAs/GaInAs/GaInAs)的砷化鎵薄膜電池。將光轉(zhuǎn)化效率由原來的24.8%大幅增加至34.3%;

　　蘇州矩陣光電公司研制出三層疊膜的柔性砷化鎵薄膜太陽能電池，這種電池不僅光轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到35%。而且其自身的柔性特征，使得其底襯可以重復(fù)利用，從而降低了薄膜電池的成本。

　　天津三安光電公司研制的三結(jié)疊層(GaInP/GaInAs/Ge)高倍聚光電池，其光轉(zhuǎn)化效率可達(dá)到41%，并實現(xiàn)了量產(chǎn)。同時，廈門乾照光電公司研制的三結(jié)疊層聚光電池(GaInP/GaAs/GaInAs)，其光電轉(zhuǎn)化效率為34.5%。此款電池在特定的強光下(AM1.5D×517)，其光轉(zhuǎn)化效率可達(dá)43.0%。

　　漢能Alta Devices自主研發(fā)了新型MOCVD設(shè)備。該設(shè)備因為控制溫度精確快速并且擁有高速外延生長的能力。這都使得MOCVD設(shè)備成為砷化鎵的量產(chǎn)主要儀器，并且也有機會讓砷化鎵成為大眾產(chǎn)品的可能。

　　(2)國際研究進(jìn)展

　　日本夏普公司根據(jù)三結(jié)疊層(InGaP/GaAs/InGaAs)砷化鎵薄膜電池的獨特性質(zhì)，結(jié)合樹脂薄膜，開發(fā)出了特殊的光伏組件，效率達(dá)到32%。因為此組件獨特的柔性特征以及輕薄特征，使得其在宇宙空間站及其飛行器中都有大量運用。此外，韓國光學(xué)技術(shù)研究院也研究出一款柔性很好且輕薄的太陽能光伏組件，此組件厚度只有1.4μm，但是其張力很強，將這種電池組件與砷化鎵貼合在并在外表鑲式邊框，這將為下一代可穿戴設(shè)備的電力來源。

　　結(jié)語

　　目前，我國對碲化鎘和砷化鎵薄膜電池的研發(fā)投入總體規(guī)模較小，這使得其在國內(nèi)的發(fā)展速度較為緩慢，且應(yīng)用市場較為狹窄。碲化鎘薄膜的轉(zhuǎn)化效率在國內(nèi)市場中低于國際市場2.3%，而其量產(chǎn)生產(chǎn)線在國內(nèi)也剛剛開始，而砷化鎵薄膜電池在我國的研發(fā)應(yīng)用相對國際市場也較為狹窄。因此，碲化鎘和砷化鎵薄膜電池的在國內(nèi)的發(fā)展空間還是很大的。但是，我們應(yīng)該意識到國內(nèi)市場與國際市場上薄膜電池組件研發(fā)上的差距。