2015年初，2014年度胡润全球富豪榜公布，来自清洁能源企业汉能集团的李河君成为新的中国内地首富。李河君登顶首富宝座，靠的是他所从事的薄膜太阳电池产业。一片“薄膜”竟能支撑起一个中国首富，这薄膜太阳电池究竟有什么奥妙？

更轻更薄更柔韧

太阳电池是一种将太阳光的能量转换成电能的转化器，主要由半导体材料组成。太阳电池的效率依赖于半导体材料对光的吸收能力。当材料吸收光的能力不强时，就应该增加材料的厚度，使得光在材料中走的路径更长，以此增加光的总吸收量。比如最常见的半导体材料晶体硅，完全吸收可见光需要300微米的厚度，因此，用晶体硅制成的太阳电池的最佳厚度是300微米。但是，人们采取了一些措施使入射光发生拐折，并在电池的背面装上反射光的“镜子”，这样相当于增加了光在材 料中行走的距离。通过这些努力，目前制备的商业化晶体硅太阳电池的厚度已经减小到200微米，可以基本将可见光全部吸收。

那么，是否存在吸收强度比晶体硅更高的材料呢？答案是肯定的。人们经过长期的研究发现，一些其他种类的半导体材料对于可见光有更强的吸收能力，如非晶硅、碲化镉、铜铟镓硒、砷化镓等。

非晶硅也是由硅原子组成的，只不过其原子不像晶体硅那样有序排列，而是无规则排列的，这种材料在0.5微米厚度内就将可见光全部吸收。碲化镉材料也可以在 2微米厚度内将可见光全部吸收。铜铟镓硒和砷化镓材料都可以在1~2微米厚度范围内将可见光全部吸收。因此，如果使用这些材料制备太阳电池，厚度只需0.5~2微米就够了，这就是所谓的薄膜太阳电池。

薄膜太阳电池有很多优点：

节省材料。薄膜太阳电池的厚度仅为晶体硅太阳电池的百分之一，可以大大地节省材料。

工艺更简单。晶体硅太阳电池的制备工艺很复杂。先要将无规则晶体硅块加热融化，慢慢生长成原子有序排列的硅锭，再将这些硅锭整形切割成一片片四方形的薄 片。其间需经多次高温过程，消耗较高的能量，并且在切割过程中形成大量的切削粉末，浪费了材料。薄膜太阳电池不用这种先成形后切片的模式，而是在一些衬底上（通常是玻璃）使用各种镀膜技术直接制成，因此缩短了工艺过程，节省了各种工艺消耗（水、电、气等），而且也节省了原材料。

柔性。晶体硅有一定的厚度，硅片本身很脆，如果弯曲就会使电池断裂。薄膜太阳电池很薄，因此如果衬底是可弯曲的，那么薄膜太阳电池本身就是可弯曲的。当2 微米以下的薄膜材料制备在薄不锈钢、塑料膜等衬底上时，电池就具有很好的可弯曲性。正是这种特点，使得薄膜太阳电池可以在一些移动的特殊器具上使用，或依据建筑需求铺设柔性组件，增加了应用的灵活性。

重量轻。晶体硅原则上只能使用玻璃作为支撑衬底，因此其重量不可能降低很多。而薄膜太阳电池本身很薄，自重很小，再加上可以使用轻型的衬底材料，因此，其重量比晶体硅太阳电池轻很多，可以制备成很轻的组件。

应用前景很美好

薄膜太阳电池也有一些缺点，其中最突出的一点就是效率还不太高。碲化镉薄膜太阳电池的产业化效率为13%~14%，铜铟镓硒薄膜太阳电池的产业化效率为 14%左右，非晶硅单结电池的效率为7%左右，即使是非晶硅与微晶硅叠层的硅薄膜太阳电池的效率也只能达到10%左右。而晶体硅太阳电池的组件效率为 15%~16%，一些高效晶体硅太阳电池的组件效率更是达到17%~19%。

薄膜太阳电池的第二个缺点是对组件封装材料的防水特性要求更高。薄膜材料的生长机制决定了这些材料对于潮气更加敏感，容易潮解，因此对于封装材料提出更高 的防水要求。比如，封装薄膜太阳电池的含氟材料的阻水性要求比晶体硅太阳电池高十倍，这样就增加了封装材料的成本。

第三个缺点是一些薄膜材料有光致衰减特性，最典型的是非晶硅材料。刚制备出来的非晶硅太阳电池经过太阳光照射性能要衰减30%左右，这对于其使用非常不 利。由于价格低廉，非晶硅太阳电池一度在20世纪80年代得到较大发展，曾经占据太阳电池总份额的30%左右，但是由于光致衰减特性，其市场份额不断萎缩，到2013年只占1.1%。所幸的是碲化镉和铜铟镓硒这两种薄膜太阳电池没有这样的光致衰减现象。

尽管如此，相信随着技术的进步，人们可以克服薄膜太阳电池的许多缺点。比如，薄膜太阳电池的效率正在不断提高。最近有报道称，碲化镉薄膜太阳电池的实验室最高效率达到了21.5%。全球最大的碲化镉薄膜太阳电池厂商——美国第一太阳能公司（First Solar）计划今年将其规模化生产的碲化镉薄膜太阳电池组件效率提高到16%，达到目前晶体硅太阳电池的水平。铜铟镓硒薄膜太阳电池的实验室最高效率也超过了21%。新一代铜铟镓硒薄膜太阳电池的产业化平均效率很快会达到15%。 1/2 12下一页尾页