薄膜太陽能光伏電池組件

　　一、薄膜太陽能電池組件(一種新的能源材料)簡介

　　薄膜太陽能電池可以使用在價格低廉的陶瓷、石墨、金屬片等不同材料當(dāng)基板來制造，形成可產(chǎn)生電壓的薄膜厚度僅需數(shù)μm，目前轉(zhuǎn)換效率最高可以達(dá)13%。薄膜電池太陽電池除了平面之外，也因?yàn)榫哂锌蓳闲钥梢灾谱鞒煞瞧矫鏄?gòu)造其應(yīng)用范圍大，可與建筑物結(jié)合或是變成建筑體的一部份，應(yīng)用非常廣泛。

　　非晶硅(a-Si)太陽電池是在玻璃(glass)襯底上沉積透明導(dǎo)電膜(TCO)，然后依次用等離子體反應(yīng)沉積p型、i型、n型三層a-Si，接著再蒸鍍金屬電極鋁(Al).光從玻璃面入射，電池電流從透明導(dǎo)電膜和鋁引出，其結(jié)構(gòu)可表示為glass/TCO/pin/Al，還可以用不銹鋼片、塑料等作襯底。

　　二、薄膜太陽能電池組件——原理

　　概述電池是一種能量轉(zhuǎn)化與儲存的裝置。它通過反應(yīng)將化學(xué)能或物理能轉(zhuǎn)化為電能。電池即一種化學(xué)電源，它由兩種不同成分的電化學(xué)活性電極分別組成正負(fù)極，兩電極浸泡在能提供媒體傳導(dǎo)作用的電解質(zhì)中，當(dāng)連接在某一外部載體上時，通過轉(zhuǎn)換其內(nèi)部的化學(xué)能來提供能。作為一種電的貯存裝置，當(dāng)兩種金屬(通常是性質(zhì)有差異的金屬)浸沒于電解液之中，它們可以導(dǎo)電，并在“極板”之間產(chǎn)生一定電動勢。電動勢大小(或電壓)與所使用的金屬有關(guān)，不同種類的電池其電動勢也不同。

　　電池的性能參數(shù)主要有電動勢、容量、比能量和電阻。

　　電動勢等于單位正電荷由負(fù)極通過電池內(nèi)部移到正極時，電池非靜電力(化學(xué)力)所做的功。電動勢取決于電極材料的化學(xué)性質(zhì)，與電池的大小無關(guān)。

　　電池所能輸出的總電荷量為電池的容量，通常用安培小時作單位。電池的能量儲存有限。電池的容量與電極物質(zhì)的數(shù)量有關(guān)，即與電極的體積有關(guān)。

　　在電池反應(yīng)中，1千克反應(yīng)物質(zhì)所產(chǎn)生的電能稱為電池的理論比能量。電池的實(shí)際比能量要比理論比能量小。因?yàn)殡姵刂械姆磻?yīng)物并不全按電池反應(yīng)進(jìn)行，同時電池內(nèi)阻也要引起電動勢降，因此常把比能量高的電池稱做高能電池。

　　電池的面積越大，其內(nèi)阻越小。

　　實(shí)用的化學(xué)電池可以分成兩個基本類型：原電池與蓄電池。原電池制成后即可以產(chǎn)生電流，但在放電完畢即被廢棄。蓄電池又稱為二次電池，使用前須先進(jìn)行充電，充電后可放電使用，放電完畢后還可以充電再用。蓄電池充電時，電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能;放電時，化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。

　　原理詳解

　　在化學(xué)電池中，化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苁强侩姵貎?nèi)部自發(fā)進(jìn)行氧化、還原等化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，這種反應(yīng)分別在兩個電極上進(jìn)行。負(fù)極活性物質(zhì)由電位較負(fù)并在電解質(zhì)中穩(wěn)定的還原劑組成，如鋅、鎘、鉛等活潑金屬和氫或碳?xì)浠�合物等。正極活性物質(zhì)由電位較正并在電解質(zhì)中穩(wěn)定的氧化劑組成，如二氧化錳、二氧化鉛、氧化鎳等金屬氧化物，氧或空氣，鹵素及其鹽類，含氧酸及其鹽類等。電解質(zhì)則是具有良好離子導(dǎo)電性的材料，如酸、堿、鹽的水溶液，有機(jī)或無機(jī)非水溶液、熔融鹽或固體電解質(zhì)等。

　　當(dāng)外電路斷開時，兩極之間雖然有電位差(開路電壓)，但沒有電流，存儲在電池中的化學(xué)能并不轉(zhuǎn)換為電能。當(dāng)外電路閉合時，在兩電極電位差的作用下即有電流流過外電路。同時在電池內(nèi)部，由于電解質(zhì)中不存在自由電子，電荷的傳遞必然伴隨兩極活性物質(zhì)與電解質(zhì)界面的氧化或還原反應(yīng)，以及反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物的物質(zhì)遷移。電荷在電解質(zhì)中的傳遞也要由離子的遷移來完成。

　　因此，電池內(nèi)部正常的電荷傳遞和物質(zhì)傳遞過程是保證正常輸出電能的必要條件。充電時，電池內(nèi)部的傳電和傳質(zhì)過程的方向恰與放電相反;電極反應(yīng)必須是可逆的，才能保證反方向傳質(zhì)與傳電過程的正常進(jìn)行。因此，電極反應(yīng)可逆是構(gòu)成蓄電池的必要條件。為吉布斯反應(yīng)自由能增量(焦);F為法拉第常數(shù)=96500庫=26.8安·小時;n為電池反應(yīng)的當(dāng)量數(shù)。這是電池電動勢與電池反應(yīng)之間的基本熱力學(xué)關(guān)系式，也是計算電池能量轉(zhuǎn)換效率的基本熱力學(xué)方程式。

　　實(shí)際上，當(dāng)電流流過電極時，電極電勢都要偏離熱力學(xué)平衡的電極電勢，這種現(xiàn)象稱為極化。電流密度(單位電極面積上通過的電流)越大，極化越嚴(yán)重。極化現(xiàn)象是造成電池能量損失的重要原因之一。

　　極化的原因有三：

　　①由電池中各部分電阻造成的極化稱為歐姆極化;

　�、谟呻姌O-電解質(zhì)界面層中電荷傳遞過程的阻滯造成的極化稱為活化極化;

　　③由電極-電解質(zhì)界面層中傳質(zhì)過程遲緩而造成的極化稱為濃差極化。減小極化的方法是增大電極反應(yīng)面積、減小電流密度、提高反應(yīng)溫度以及改善電極表面的催化活性。

　　三、薄膜太陽能電池組件——配置參數(shù)

　　電池的主要性能包括額定容量、額定電壓、充放電速率、阻抗、壽命和自放電率。

　　2、額定容量

　　在設(shè)計規(guī)定的條件(如溫度、放電率、終止電壓等)下，電池應(yīng)能放出的最低容量，單位為安培小時，以符號C表示。容量受放電率的影響較大，所以常在字母C的右下角以阿拉伯?dāng)?shù)字標(biāo)明放電率，如C20=50，表明在20時率下的容量為50安·小時。電池的理論容量可根據(jù)電池反應(yīng)式中電極活性物質(zhì)的用量和按法拉第定律計算的活性物質(zhì)的電化學(xué)當(dāng)量精確求出。由于電池中可能發(fā)生的副反應(yīng)以及設(shè)計時的特殊需要，電池的實(shí)際容量往往低于理論容量。

　　3、額定電壓

　　電池在常溫下的典型工作電壓，又稱標(biāo)稱電壓。它是選用不同種類電池時的參考。電池的實(shí)際工作電壓隨不同使用條件而異。電池的開路電壓等于正、負(fù)電極的平衡電極電勢之差。它只與電極活性物質(zhì)的種類有關(guān)，而與活性物質(zhì)的數(shù)量無關(guān)。電池電壓本質(zhì)上是直流電壓，但在某些特殊條件下，電極反應(yīng)所引起的金屬晶體或某些成相膜的相變會造成電壓的微小波動，這種現(xiàn)象稱為噪聲。波動的幅度很小但頻率范圍很寬，故可與電路中自激噪聲相區(qū)別。

　　4、充放電速率

　　有時率和倍率兩種表示法。時率是以充放電時間表示的充放電速率，數(shù)值上等于電池的額定容量(安·小時)除以規(guī)定的充放電電流(安)所得的小時數(shù)。倍率是充放電速率的另一種表示法，其數(shù)值為時率的倒數(shù)。原電池的放電速率是以經(jīng)某一固定電阻放電到終止電壓的時間來表示。放電速率對電池性能的影響較大。

　　5、阻抗

　　電池內(nèi)具有很大的電極-電解質(zhì)界面面積，故可將電池等效為一大電容與小電阻、電感的串聯(lián)回路。但實(shí)際情況復(fù)雜得多，尤其是電池的阻抗隨時間和直流電平而變化，所測得的阻抗只對具體的測量狀態(tài)有效。

　　6、壽命

　　儲存壽命指從電池制成到開始使用之間允許存放的最長時間，以年為單位。包括儲存期和使用期在內(nèi)的總期限稱電池的有效期。儲存電池的壽命有干儲存壽命和濕儲存壽命之分。循環(huán)壽命是蓄電池在滿足規(guī)定條件下所能達(dá)到的最大充放電循環(huán)次數(shù)。在規(guī)定循環(huán)壽命時必須同時規(guī)定充放電循環(huán)試驗(yàn)的制度，包括充放電速率、放電深度和環(huán)境溫度范圍等。

　　7、自放電率

　　電池在存放過程中電容量自行損失的速率。用單位儲存時間內(nèi)自放電損失的容量占儲存前容量的百分?jǐn)?shù)表示。

　　四、薄膜太陽能電池組件——種類

　　非晶硅(Amorphous Silicon, a-Si)、微晶硅(Nanocrystalline Silicon，nc-Si，Microcrystalline Silicon，mc-Si)、化合物半導(dǎo)體II-IV 族[CdS、CdTe(碲化鎘)、CuInSe2]、色素敏化染料(Dye-Sensitized Solar Cell)、有機(jī)導(dǎo)電高分子(Organic/polymer solar cells) 、CIGS (銅銦硒化物)..等

　　1、砷化鎵

　　GaAs屬于III-V族化合物半導(dǎo)體材料，其能隙為1.4eV，正好為高吸收率太陽光的值，與太陽光譜的匹配較適合，且能耐高溫，在250℃的條件下，光電轉(zhuǎn)換性能仍很良好，其最高光電轉(zhuǎn)換效率約30%，特別適合做高溫聚光太陽電池。砷化鎵生產(chǎn)方式和傳統(tǒng)的硅晶圓生產(chǎn)方式大不相同，砷化鎵需要采用磊晶技術(shù)制造，這種磊晶圓的直徑通常為4—6英寸，比硅晶圓的12英寸要小得多。

　　磊晶圓需要特殊的機(jī)臺，同時砷化鎵原材料成本高出硅很多，最終導(dǎo)致砷化鎵成品IC成本比較高。磊晶目前有兩種，一種是化學(xué)的MOCVD，一種是物理的MBE。GaAs等III-V化合物薄膜電池的制備主要采用MOVPE和LPE技術(shù)，其中MOVPE方法制備GaAs薄膜電池受襯底位錯，反應(yīng)壓力，III-V比率，總流量等諸多參數(shù)的影響。GaAs(砷化鎵)光電池大多采用液相外延法或MOCVD技術(shù)制備。

　　用GaAs作襯底的光電池效率高達(dá)29.5%(一般在19.5%左右)，產(chǎn)品耐高溫和輻射，但生產(chǎn)成本高，產(chǎn)量受限，現(xiàn)今主要作空間電源用。以硅片作襯底，MOCVD技術(shù)異質(zhì)外延方法制造GaAs電池是降用低成本很有希望的方法。已研究的砷化鎵系列太陽電池有單晶砷化鎵，多晶砷化鎵，鎵鋁砷--砷化鎵異質(zhì)結(jié)，金屬-半導(dǎo)體砷化鎵，金屬--絕緣體--半導(dǎo)體砷化鎵太陽電池等。砷化鎵材料的制備類似硅半導(dǎo)體材料的制備，有晶體生長法，直接拉制法，氣相生長法，液相外延法等。由于鎵比較稀缺，砷有毒，制造成本高，此種太陽電池的發(fā)展受到影響。除GaAs外，其它III-V化合物如Gasb，GaInP等電池材料也得到了開發(fā)。

　　1998年德國費(fèi)萊堡太陽能系統(tǒng)研究所制得的GaAs太陽能電池轉(zhuǎn)換效率為24.2%，為歐洲記錄。首次制備的GaInP電池轉(zhuǎn)換效率為14.7%。另外，該研究所還采用堆疊結(jié)構(gòu)制備GaAs，Gasb電池，該電池是將兩個獨(dú)立的電池堆疊在一起，GaAs作為上電池，下電池用的是GaSb，所得到的電池效率達(dá)到31.1%。砷化鎵(GaAs)III-V化合物電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光學(xué)帶隙以及較高的吸收效率，抗輻照能力強(qiáng)，對熱不敏感，適合于制造高效單結(jié)電池。但是GaAs材料的價格不菲，因而在很大程度上限制了用GaAs電池的普及。

　　2、銅銦硒

　　銅銦硒CuInSe2簡稱CIC.CIS材料的能降為1.1 eV，適于太陽光的光電轉(zhuǎn)換，另外，CIS薄膜太陽電池不存在光致衰退問題。因此，CIS用作高轉(zhuǎn)換效率薄膜太陽能電池材料也引起了人們的注目。CIS電池薄膜的制備主要有真空蒸鍍法和硒化法。真空蒸鍍法是采用各自的蒸發(fā)源蒸鍍銅，銦和硒，硒化法是使用H2Se疊層膜硒化，但該法難以得到組成均勻的CIS。CIS薄膜電池從80年代最初8%的轉(zhuǎn)換效率發(fā)展到現(xiàn)今的15%左右。日本松下電氣工業(yè)公司開發(fā)的摻鎵的CIS電池，其光電轉(zhuǎn)換效率為15.3%(面積25 px2)。

　　1995年美國可再生能源研究室研制出轉(zhuǎn)換效率17.1%的CIS太陽能電池，這是迄今為止世界上該電池的最高轉(zhuǎn)換效率。預(yù)計到2000年CIS電池的轉(zhuǎn)換效率將達(dá)到20%，相當(dāng)于多晶硅太陽能電池。CIS作為太陽能電池的半導(dǎo)體材料，具有價格低廉，性能良好和工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)。

　　3、碲化鎘

　　CdTe是Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體，帶隙1.5eV，與太陽光譜非常匹配，最適合于光電能量轉(zhuǎn)換，是一種良好的PV材料，具有很高的理論效率(28%)，性能很穩(wěn)定，一直被光伏界看重，是技術(shù)上發(fā)展較快的一種薄膜電池。碲化鎘容易沉積成大面積的薄膜，沉積速率也高。CdTe薄膜太陽電池通常以CdS/CdTe異質(zhì)結(jié)為基礎(chǔ)。盡管CdS和CdTe和晶格常數(shù)相差10%，但它們組成的異質(zhì)結(jié)電學(xué)性能優(yōu)良，制成的太陽電池的填充因子高達(dá)FF =0.75。制備CdTe多晶薄膜的多種工藝和技術(shù)已經(jīng)開發(fā)出來，如近空間升華、電沉積、PVD、CVD、CBD、絲網(wǎng)印刷、濺射、真空蒸發(fā)等。

　　絲網(wǎng)印刷燒結(jié)法：由含CdTe、CdS漿料進(jìn)行絲網(wǎng)印刷CdTe、CdS膜，然后在600～700℃可控氣氛下進(jìn)行熱處理1h得大晶粒薄膜。近空間升華法：采用玻璃作襯底，襯底溫度500～600℃，沉積速率10μm/min.真空蒸發(fā)法：將CdTe從約700℃加熱鉗堝中升華，冷凝在300～400℃襯底上，典型沉積速率1 nm/s. 以CdTe吸收層，CdS作窗口層半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)電池的典型結(jié)構(gòu)：減反射膜/玻璃/(SnO2:F)/CdS/P-CdTe/背電極。電池的實(shí)驗(yàn)室效率不斷攀升，現(xiàn)今突16%。

　　20世紀(jì)90年代初，CdTe電池已實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)，但市場發(fā)展緩慢，市場份額一直徘徊在1%左右。商業(yè)化電池效率平均為8%-10%。人們認(rèn)為，CdTe薄膜太陽電池是太陽能電池中最容易制造的，因而它向商品化進(jìn)展最快。提高效率就是要對電池結(jié)構(gòu)及各層材料工藝進(jìn)行優(yōu)化，適當(dāng)減薄窗口層CdS的厚度，可減少入射光的損失，從而增加電池短波響應(yīng)以提高短路電流密度，較高轉(zhuǎn)換效率的CdTe電池就采用了較薄的CdS窗口層而創(chuàng)了最高紀(jì)錄。要降低成本，就必須將CdTe的沉積溫度降到550℃以下，以適于廉價的玻璃作襯底;實(shí)驗(yàn)室成果走向產(chǎn)業(yè)，必須經(jīng)過組件以及生產(chǎn)模式的設(shè)計、研究和優(yōu)化過程。

　　至今，不僅有許多國家的研究小組已經(jīng)能夠在低襯底溫度下制造出轉(zhuǎn)換效率12%以上的CdTe太陽電池，而且在大面積組件方面取得了可喜的進(jìn)展，許多公司正在進(jìn)行CdTe薄膜太陽電池的中試和生產(chǎn)廠的建設(shè)，有的已經(jīng)投產(chǎn)。

　　五、薄膜太陽能電池組件——物理優(yōu)勢

　　硅材料是現(xiàn)今太陽電池的主導(dǎo)材料，在成品太陽電池成本份額中，硅材料占了將近40%，而非晶硅太陽電池的厚度不到1μm，不足晶體硅太陽電池厚度的1/100，這就大大降低了制造成本，又由于非晶硅太陽電池的制造溫度很低(-200℃)、易于實(shí)現(xiàn)大面積等優(yōu)點(diǎn)，使其在薄膜太陽電池中占據(jù)首要地位，在制造方法方面有電子回旋共振法、光化學(xué)氣相沉積法、直流輝光放電法、射頻輝光放電法、濺謝法和熱絲法等。

　　特別是射頻輝光放電法由于其低溫過程(-200℃)，易于實(shí)現(xiàn)大面積和大批量連續(xù)生產(chǎn)，現(xiàn)成為國際公認(rèn)的成熟技術(shù)。

　　在材料研究方面，先后研究了a-SiC窗口層、梯度界面層、μC-SiC p層等，明顯改善了電池的短波光譜響應(yīng).這是由于a-Si太陽電池光生載流子的生成主要在i層，入射光到達(dá)i層之前部分被p層吸收，對發(fā)電是無效的.而a-SiC和μC-SiC材料比p型a-Si具有更寬的光學(xué)帶隙，因此減少了對光的吸收，使到達(dá)i層的光增加;加之梯度界面層的采用，改善了a-SiC/a-Si異質(zhì)結(jié)界面光電子的輸運(yùn)特性.在增加長波響應(yīng)方面，采用了絨面TCO膜、絨面多層背反射電極(ZnO/Ag/Al)和多帶隙疊層結(jié)構(gòu)，即glass/TCO/p1i1n1/p2i2n2/p3i3n3/ZnO/Ag/Al結(jié)構(gòu).絨面TCO膜和多層背反射電極減少了光的反射和透射損失，并增加了光在i層的傳播路程，從而增加了光在i層的吸收.多帶隙結(jié)構(gòu)中，i層的帶隙寬度從光入射方向開始依次減小，以便分段吸收太陽光，達(dá)到拓寬光譜響應(yīng)、提高轉(zhuǎn)換效率之目的。

　　在提高疊層電池效率方面還采用了漸變帶隙設(shè)計、隧道結(jié)中的微晶化摻雜層等，以改善載流子收集。

　　六、薄膜太陽能電池組件——說明

　　1、制造技術(shù)

　　薄膜太陽電池可以使用在價格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金屬片等不同材料當(dāng)基板來制造，形成可產(chǎn)生電壓的薄膜厚度僅需數(shù)μm，因此在同一受光面積之下可較硅晶圓太陽能電池大幅減少原料的用量(厚度可低于硅晶圓太陽能電池90%以上)，目前實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率最高已達(dá)20%以上，規(guī)�；�量產(chǎn)穩(wěn)定效率最高約13%。薄膜太陽電池除了平面之外，也因?yàn)榫哂锌蓳闲钥梢灾谱鞒煞瞧矫鏄?gòu)造其應(yīng)用范圍大，可與建筑物結(jié)合或是變成建筑體的一部份，在薄膜太陽電池制造上，則可使用各式各樣的沉積(deposition)技術(shù)，一層又一層地把p-型或n-型材料長上去，常見的薄膜太陽電池有非晶硅、CuInSe2 (CIS)、CuInGaSe2 (CIGS)、和CdTe..等。

　　2、模塊結(jié)構(gòu)

　　薄膜太陽能模塊是由玻璃基板、金屬層、透明導(dǎo)電層、電器功能盒、膠合材料、半導(dǎo)體層..等所構(gòu)成的。

　　3、產(chǎn)品應(yīng)用

　　半透明式的太陽能電池模塊：建筑整合式太陽能應(yīng)用(BIPV)

　　薄膜太陽能之應(yīng)用：隨身折迭式充電電源、軍事、旅行

　　薄膜太陽能模塊之應(yīng)用：屋頂、建筑整合式、遠(yuǎn)程電力供應(yīng)、國防

　　4、厚度比較

　　晶體硅(180～250μm)、單結(jié)非晶硅薄膜(600nm)，疊層非晶硅薄膜(400nm~500nm)。

　　5、特色

　　1.相同遮蔽面積下功率損失較小(弱光情況下的發(fā)電性佳)

　　2.照度相同下?lián)p失的功率較晶圓太陽能電池少

　　3.有較佳的功率溫度系數(shù)

　　4.較佳的光傳輸

　　5.較高的累積發(fā)電量

　　6.只需少量的硅原料

　　7.沒有內(nèi)部電路短路問題(聯(lián)機(jī)已經(jīng)在串聯(lián)電池制造時內(nèi)建)

　　8.厚度較晶圓太陽能電池薄

　　9.材料供應(yīng)無慮

　　10.可與建材整合性運(yùn)用(BIPV)

　　七、薄膜太陽能電池組件——其他電池

　　化學(xué)電池化學(xué)電池，是指通過電化學(xué)反應(yīng)，把正極、負(fù)極活性物質(zhì)的化學(xué)能，轉(zhuǎn)化為電能的一類裝置。經(jīng)過長期的研究、發(fā)展，化學(xué)電池迎來了品種繁多，應(yīng)用廣泛的局面。大到一座建筑方能容納得下的巨大裝置，小到以毫米計的品種。無時無刻不在為我們的美好生活服務(wù)。現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，對化學(xué)電池提出了很高的要求。每一次化學(xué)電池技術(shù)的突破，都帶來了電子設(shè)備革命性的發(fā)展。現(xiàn)代社會的人們，每天的日常生活中，越來越離不開化學(xué)電池了。如今世界上很多電化學(xué)科學(xué)家，把興趣集中在做為電動汽車動力的化學(xué)電池領(lǐng)域。

　　干液電池干電池和液體電池的區(qū)分僅限于早期電池發(fā)展的那段時期。最早的電池由裝滿電解液的玻璃容器和兩個電極組成。后來推出了以糊狀電解液為基礎(chǔ)的電池，也稱做干電池。當(dāng)前仍然有“液體”電池。一般是體積非常龐大的品種。如那些做為不間斷電源的大型固定型鉛酸蓄電池或與太陽能電池配套使用的鉛酸蓄電池。對于移動設(shè)備，有些使用的是全密封，免維護(hù)的鉛酸蓄電池，這類電池已經(jīng)成功使用了許多年，其中的電解液硫酸是由硅凝膠固定或被玻璃纖維隔板吸付的。

　　一次性型一次性電池俗稱“用完即棄”電池，因?yàn)樗鼈兊碾娏亢谋M后，無法再充電使用，只能丟棄。常見的一次性電池包括堿錳電池、鋅錳電池、鋰電池、鋅電池、鋅空電池、鋅汞電池、水銀電池、氫氧電池和鎂錳電池。

　　可充電型可充電電池按制作材料和工藝上的不同，常見的有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳鐵電池、鎳氫電池、鋰離子電池。其優(yōu)點(diǎn)是循環(huán)壽命長，它們可全充放電200多次，有些可充電電池的負(fù)荷力要比大部分一次性電池高。普通鎳鎘、鎳氫電池使用中，由于記憶效應(yīng)，造成使用上的不便，常常引起提前失效。電池的理論充電時間電池的理論充電時間：電池的電量除以充電器的輸出電流。例如：以一塊電量為800MAH的電池為例，充電器的輸出電流為500MA那么充電時間就等于800MAH/500MA=1.6小時，當(dāng)充電器顯示充電完成后，最好還要給電池大約半個小時左右的補(bǔ)電時間。

　　燃料電池燃料電池是一種將燃料的化學(xué)能透過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置。燃料電池是利用氫氣在陽極進(jìn)行的是氧化反應(yīng)，將氫氣氧化成氫離子，而氧氣在陰極進(jìn)行還原反應(yīng)，與由陽極傳來的氫離子結(jié)合生成水。氧化還原反應(yīng)過程中就可以產(chǎn)生電流。燃料電池的技術(shù)產(chǎn)生了：堿性燃料電池(AFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固態(tài)氧化物燃料電池(SOFC)，以及直接甲醇燃料電池(DMFC)等，而其中，利用甲醇氧化反應(yīng)作為正極反應(yīng)的燃料電池技術(shù)，更是被業(yè)界所看好而積極發(fā)展。

　　八、薄膜太陽能電池組件——發(fā)展

　　歷史在古代，人類有可能已經(jīng)不斷地在研究和測試“電”這種東西了。一個被認(rèn)為有數(shù)千年歷史的粘土瓶在1932年于伊拉克的巴格達(dá)附近被發(fā)現(xiàn)。它有一根插在銅制圓筒里的鐵條-可能是用來儲存靜電用的，然而瓶子的秘密可能永遠(yuǎn)無法被揭曉。不管制造這個粘土瓶的祖先是否知道有關(guān)靜電的事情，但可以確定的是古希臘人絕對知道。他們曉得如果磨擦一塊琥珀，就能吸引輕的物體。亞里斯多德(Aristotle)也知道有磁石這種東西，它是一種具有強(qiáng)大磁力能吸引鐵和金屬的礦石。

　　1780年的一天，意大利解剖學(xué)家伽伐尼在做青蛙解剖時，兩手分別拿著不同的金屬器械，無意中同時碰在青蛙的大腿上，青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下，仿佛受到電流的刺激，而只用一種金屬器械去觸動青蛙，卻并無此種反應(yīng)。伽伐尼認(rèn)為，出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因?yàn)閯游镘|體內(nèi)部產(chǎn)生的一種電，他稱之為“生物電”。伽伐尼于1791年將此實(shí)驗(yàn)結(jié)果寫成論文，公布于學(xué)術(shù)界。伽伐尼的發(fā)現(xiàn)引起了物理學(xué)家們極大興趣，他們競相重復(fù)枷伐尼的實(shí)驗(yàn)，企圖找到一種產(chǎn)生電流的方法，意大利物理學(xué)家伏特在多次實(shí)驗(yàn)后認(rèn)為：伽伐尼的“生物電”之說并不正確，青蛙的肌肉之所以能產(chǎn)生電流，大概是肌肉中某種液體在起作用。為了論證自己的觀點(diǎn)，伏特把兩種不同的金屬片浸在各種溶液中進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這兩種金屬片中，只要有一種與溶液發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，金屬片之間就能夠產(chǎn)生電流。

　　1799年，伏特把一塊鋅板和一塊銀板浸在鹽水里，發(fā)現(xiàn)連接兩塊金屬的導(dǎo)線中有電流通過。于是，他就把許多鋅片與銀片之間墊上浸透鹽水的絨布或紙片，平疊起來。用手觸摸兩端時，會感到強(qiáng)烈的電流刺激。伏特用這種方法成功的制成了世界上第一個電池──“伏特電堆”。這個“伏特電堆”實(shí)際上就是串聯(lián)的電池組。它成為早期電學(xué)實(shí)驗(yàn)，電報機(jī)的電力來源。意大利物理學(xué)家伏打就多次重復(fù)了伽伐尼的實(shí)驗(yàn)。作為物理學(xué)家，他的注意點(diǎn)主要集中在那兩根金屬上，而不在青蛙的神經(jīng)上。對于伽伐尼發(fā)現(xiàn)的蛙腿抽搐的現(xiàn)象，他想這可能與電有關(guān)，但是他認(rèn)為青蛙的肌肉和神經(jīng)中是不存在電的，他推想電的流動可能是由兩種不同的金屬相互接觸產(chǎn)生的，與動物無關(guān)。實(shí)驗(yàn)證明，只要在兩種金屬片中間隔以用鹽水或堿水浸過的(甚至只要是濕和)硬紙、麻布、皮革或其它海綿狀的東西(他認(rèn)為這是使實(shí)驗(yàn)成功所必須的)，并用金屬線把兩個金屬片連接起來，不管有沒有青蛙的肌肉，都會有電流通過。這就說明電并不是從蛙的組織中產(chǎn)生的，蛙腿的作用只不過相當(dāng)于一個非常靈敏的驗(yàn)電器而已。

　　1836年，英國的丹尼爾對“伏打電堆”進(jìn)行了改良。他使用稀硫酸作電解液，解決了電池極化問題，制造出第一個不極化，能保持平衡電流的鋅─銅電池，又稱“丹尼爾電池”。此后，又陸續(xù)有去極化效果更好的“本生電池”和“格羅夫電池”等問世。但是，這些電池都存在電壓隨使用時間延長而下降的問題。

　　1860年，法國的普朗泰發(fā)明出用鉛做電極的電池。這種電池的獨(dú)特之處是，當(dāng)電池使用一段使電壓下降時，可以給它通以反向電流，使電池電壓回升。因?yàn)檫@種電池能充電，可以反復(fù)使用，所以稱它為“蓄電池”。然而，無論哪種電池都需在兩個金屬板之間灌裝液體，因此搬運(yùn)很不方便，特別是蓄電池所用液體是硫酸，挪動時很危險。也是在1860年，法國的雷克蘭士(GeorgeLeclanche)還發(fā)明了世界廣受使用的電池(碳鋅電池)的前身。它的負(fù)極是鋅和汞的合金棒(鋅-伏特原型電池的負(fù)極，經(jīng)證明是作為負(fù)極材料的最佳金屬之一)，而它的正極是以一個多孔的杯子盛裝著碾碎的二氧化錳和碳的混合物。在此混合物中插有一根碳棒作為電流收集器。負(fù)極棒和正極杯都被浸在作為電解液的氯化銨溶液中。此系統(tǒng)被稱為“濕電池”。雷克蘭士制造的電池雖然簡陋但卻便宜，所以一直到1880年才被改進(jìn)的“干電池”取代。負(fù)極被改進(jìn)成鋅罐(即電池的外殼)，電解液變?yōu)楹隣疃�非液體，基本上這就是現(xiàn)在我們所熟知的碳鋅電池。1887年，英國人赫勒森發(fā)明了最早的干電池。干電池的電解液為糊狀，不會溢漏，便于攜帶，因此獲得了廣泛應(yīng)用。

　　趨勢我國太陽能電池設(shè)備主要是晶硅太陽能電池設(shè)備主要制造商經(jīng)過2011年上半年的快速增長127.2%，并創(chuàng)歷史同期新高后，進(jìn)入下半年，由于光伏產(chǎn)品供大于求，庫存大量積壓，使得大部分光伏生產(chǎn)企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)計劃推遲，大批設(shè)備訂貨合同不得不推遲交貨，銷售迅速回落。但2011年全年太陽能電池設(shè)備銷售收入還是以較高的增長率增長75%。

　　進(jìn)入2012年，我國太陽能電池設(shè)備市場繼續(xù)低迷，全年太陽能電池設(shè)備銷售收入呈現(xiàn)了負(fù)增長。2012年量價齊跌超60%2008年全球薄膜太陽能電池產(chǎn)量達(dá)988.8MW，同比增長122%。

　　2009年世界生產(chǎn)的光伏電池總量達(dá)到10700MWp，其中薄膜電池1700MWp，在其中占比約15.9%。2010年全球薄膜太陽能電池產(chǎn)量增長迅速，產(chǎn)量為2767MW。這幾年中，薄膜太陽能電池總產(chǎn)量的增長率一直維持在高位。我國也高度重視薄膜太陽能電池技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，與國際先進(jìn)水平差距逐步縮小，積極有序地發(fā)展。

　　截至2008年底，我國已建成并投產(chǎn)的14家薄膜太陽能電池企業(yè)的產(chǎn)能約達(dá)125.9MW，年產(chǎn)量約為46MW。截止2009年底，已開工建設(shè)和已開展前期工作宣布建設(shè)的薄膜太陽能電池項(xiàng)目將近40個。2011年1月，首臺“中國造”代表國際尖端水平的薄膜太陽能電池關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備——等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積設(shè)備(PECVD)成功下線，打破了高端薄膜太陽能電池設(shè)備一直被國外廠商壟斷的局面。

　　2011年5月5日，中國首支CIGS薄膜太陽能集電管的面世，向業(yè)界宣告國內(nèi)薄膜太陽能電池發(fā)展緊跟世界腳步。盡管近 年來多晶硅價格大幅下滑，晶硅電池轉(zhuǎn)換效率穩(wěn)步提升，薄膜電池成本優(yōu)勢減弱，發(fā)展放緩。但光伏行業(yè)正逐步走向技術(shù)多元化，晶硅、薄膜、聚光技術(shù)的博弈不再局限于成本的比拼，各技術(shù)可以在各自的優(yōu)勢應(yīng)用領(lǐng)域上拓展市場空間。在未來市場中，薄膜太陽能電池所占的比重將會不斷增加，薄膜太陽能電池的研發(fā)將繼續(xù)提速。

　　未來光伏建筑一體化(BIPV)的推廣以及國家扶持太陽能電池發(fā)展的政策陸續(xù)出臺，將推動我國薄膜太陽能電池新一輪的高速發(fā)展。另外，薄膜電池已被列入我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)“十二五”規(guī)劃的發(fā)展重點(diǎn)�，F(xiàn)今，業(yè)界對以薄膜取代硅晶制造太陽能電池在技術(shù)上已有足夠的把握。日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所于2月已經(jīng)研制出當(dāng)今世界上太陽能轉(zhuǎn)換率最高的有機(jī)薄膜太陽能電池，其轉(zhuǎn)換率已達(dá)到現(xiàn)有有機(jī)薄膜太陽能電池的4倍。

　　此前的有機(jī)薄膜太陽能電池是把兩層有機(jī)半導(dǎo)體的薄膜接合在一起，從太陽能到電能的轉(zhuǎn)換率約為1%。新型有機(jī)薄膜太陽能電池在原有的兩層構(gòu)造中間加入一種混合薄膜，變成三層構(gòu)造，這樣就增加了產(chǎn)生電能的分子之間的接觸面積，從而大大提高了太陽能轉(zhuǎn)換率。

　　可折疊薄膜的太陽能電池是一種利用非晶硅結(jié)合PIN光電二極管技術(shù)加工而成的薄膜太陽能電池。此系列產(chǎn)品具有柔軟便攜、耐用、光電轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn);可廣泛應(yīng)用于電子消費(fèi)品、遠(yuǎn)程監(jiān)控/通訊、軍事、野外/室內(nèi)供電等領(lǐng)域。有機(jī)薄膜太陽能電池使用塑料等質(zhì)輕柔軟的材料為基板，因此人們對它的實(shí)用化期待很高。研究人員表示，通過進(jìn)一步研究，有望開發(fā)出轉(zhuǎn)換率達(dá)20%、可投入實(shí)際使用的有機(jī)薄膜太陽能電池。

　　專家認(rèn)為,未來5年內(nèi)薄膜太陽能電池將大幅降低成本，屆時這種薄膜太陽能電池將廣泛用于手表、計算器、窗簾甚至服裝上。由于其所使用的半導(dǎo)體原料遠(yuǎn)較一般太陽能電池為少，因此可解決太陽能電池價格高昂的問題。

　　后來，研究人員使用稱為CIS的復(fù)合半導(dǎo)體的技術(shù)，將2～3微米厚的CIS放在玻璃等物料上，制成薄膜太陽能電池。它比傳統(tǒng)以矽制成的太陽能電池薄100倍，實(shí)際上比頭發(fā)還要薄，它亦較輕和使用較少半導(dǎo)體物料，售價因此較便宜并可大量生產(chǎn)。

　　傳統(tǒng)的矽電池需大量半導(dǎo)體物料，價格昂貴，因此無法普及，而且由于較笨重，其應(yīng)用范圍受限制。薄膜電池卻只需要將廉價物料放在諸如塑膠等有彈性的表面上便可，價錢便宜而且輕便。專家相信,不久的將來，薄膜材料的太陽能電池將出現(xiàn)在人們的日常生活中�，F(xiàn)今，世界上至少有40個國家正在開展對下一代低成本、高效率的薄膜太陽能電池實(shí)用化的研究開發(fā)。

　　據(jù)俄《STRF》科學(xué)網(wǎng)站3月25日消息，俄科學(xué)院約飛物理技術(shù)研究所的研究小組研制出一種新的太陽能薄膜電池，這種基于硅材料的太陽能電池組件，其光電轉(zhuǎn)換效率理論可達(dá)27%[1] 。現(xiàn)今，全球大部分光伏產(chǎn)業(yè)中所用的主體材料都是晶硅電池，單晶硅電池和多晶硅電池在光伏面板領(lǐng)域占主導(dǎo)地位。而第二代太陽能電池——薄膜太陽能電池市場如今正在悄然崛起，以其特有的質(zhì)輕、透光性好等優(yōu)勢開拓出了一片新領(lǐng)域。

　　九、薄膜太陽能電池組件——國外研究

　　在廣泛深入的應(yīng)用研究基礎(chǔ)上，國際上許多國家的CdTe薄膜太陽電池已由實(shí)驗(yàn)室研究階段開始走向規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。1998年美國的CdTe電池產(chǎn)量就為0.2MW，日本的CdTe電池產(chǎn)量為2.0MW。德國公司將在Rudisleben建成一家年產(chǎn)10MW的CdTe薄膜太陽電池組件生產(chǎn)廠，預(yù)計其生產(chǎn)成本將會低于$1.4/W。該組件不但性能優(yōu)良，而且生產(chǎn)工藝先進(jìn)，使得該光伏組件具有完美的外型，能在建筑物上使用，既拓寬了應(yīng)用面，又可取代某些建筑材料而使電池成本進(jìn)一步降低。CdTe薄膜太陽電池是薄膜太陽電池中發(fā)展較快的一種光伏器件。

　　美國南佛羅里達(dá)大學(xué)于1993年用升華法在25px2面積上做出效率為15.8 %的太陽電池，隨后，日本報道了CdTe基電池以CdTe作吸收層，CdS作窗口層的n-CdS/ p-CdTe半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)電池，其典型結(jié)構(gòu)為MgF2/玻璃/ SnO2:F/ n-CdS/ p-CdTe/背電極，小面積電池最高轉(zhuǎn)換效率16%，成為當(dāng)時CdTe薄膜太陽能電池的最高紀(jì)錄，如今，太陽電池的研究方向是高轉(zhuǎn)換效率，低成本和高穩(wěn)定性。因此，以CdTe為代表的薄膜太陽電池倍受關(guān)注，面積為90000px2電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到11.1%的水平。

　　美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室提供了Solar Cells lnc的面積為171975px2CdTe薄膜太陽電池的測試結(jié)果，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到7.7%;Bp Solar的CdTe薄膜太陽電池，面積為113500px2，效率為8.4%，面積為17650px2的太陽電池，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10.1%;Goldan Photon的CdTe太陽電池，面積為88200px2，轉(zhuǎn)換效率為7.7%。碲化鎘薄膜太陽電池的制造成本低，現(xiàn)今，已獲得的最高效率為16%，是應(yīng)用前景最好的新型太陽電池，它已經(jīng)成為美、德、日、意等國研究開發(fā)的主要對象。CdTe薄膜太陽電池較其他的薄膜電池容易制造，因而它向商品化進(jìn)展最快。已由實(shí)驗(yàn)室研究階段走向規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)。下一步的研發(fā)重點(diǎn)，是進(jìn)一步降低成本、提高效率并改進(jìn)與完善生產(chǎn)工藝。

　　CdTe太陽能電池在具備許多有利于競爭的因素下，但在2002年其全球市占率僅0.42﹪，現(xiàn)今CdTe電池商業(yè)化產(chǎn)品效率已超過10﹪，究其無法耀升為市場主流的原因，大至有下列幾點(diǎn)：

　　1、模塊與基材材料成本太高，整體CdTe太陽能電池材料占總成本的53﹪，其中半導(dǎo)體材料只占約5.5﹪。

　　2、碲天然運(yùn)藏量有限，其總量勢必?zé)o法應(yīng)付大量而全盤的倚賴此種光電池發(fā)電之需。

　　3、鎘的毒性，使人們無法放心的接受此種光電池。CdTe太陽能電池作為大規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用的光伏器件，最值得關(guān)注的是環(huán)境污染問題。有毒元素Cd對環(huán)境的污染和對操作人員健康的危害是不容忽視的。我們不能在獲取清潔能源的同時，又對人體和人類生存環(huán)境造成新的危害。有效地處理廢棄和破損的CdTe組件，技術(shù)上很簡單。而Cd是重金屬，有劇毒，Cd的化合物與Cd一樣有毒。

　　其主要影響，

　　一是含有Cd的塵埃通過呼吸道對人類和其他動物造成的危害;

　　二是生產(chǎn)廢水廢物排放所造成的污染。因此，對破損的玻璃片上的Cd和Te應(yīng)去除并回收，對損壞和廢棄的組件應(yīng)進(jìn)行妥善處理，對生產(chǎn)中排放的廢水、廢物應(yīng)進(jìn)行符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的處理。現(xiàn)今各國均在大力研究解決CdTe薄膜太陽能電池發(fā)展的因素，相信上述問題不久將會逐個解決，從而使碲化鎘薄膜電池成為未來社會新的能源成分之一。

　　相關(guān)論述淺談多元化合物薄膜太陽能電池?fù)?jù)了解，科學(xué)家為了尋找單晶硅電池的替代品,除開發(fā)了多晶硅、非晶硅薄膜太陽能電池外，又不斷研制其它材料的太陽能電池。其中主要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅錮硒薄膜電池等。在上述電池中，盡管硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但由于鎘有劇毒，會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，因此，并不是晶體硅太陽能電池最理想的替代。

　　據(jù)了解，砷化鎵III-V化合物及銅銦硒薄膜電池由于具有較高的轉(zhuǎn)換效率受到人們的普遍重視。GaAs等III-V化合物薄膜電池的制備主要采用 MOVPE和LPE技術(shù)，其中MOVPE方法制備GaAs薄膜電池受襯底位錯、反應(yīng)壓力、III-V比率、總流量等諸多參數(shù)的影響。除GaAs外，其它III-V化合物如GaSb、GaInP等電池材料也得到了開發(fā)。

　　另外，研究所還采用堆疊結(jié)構(gòu)制備GaAs，Gasb電池，該電池是將兩個獨(dú)立的電池堆疊在一起，GaAs作為上電池，下電池用的是Gasb,所得到的電池效率達(dá)到31.1%。銅銦硒CuInSe2簡稱CIS。CIS材料的能降為1.1 eV，適于太陽光的光電轉(zhuǎn)換,另外，CIS薄膜太陽電池不存在光致衰退問題。因此，CIS用作高轉(zhuǎn)換效率薄膜太陽能電池材料也引起了人們的注目。CIS作為太陽能電池的半導(dǎo)體材料，具有價格低廉、性能良好和工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，將成為今后發(fā)展太陽能電池的一個重要方向。唯一的問題是材料的來源，由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類電池的發(fā)展又必然受到限制。

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