更高的效率，再结合低廉的制造成本，薄膜太阳电池将展现出无限的应用前景。世界各国开展了薄膜太阳电池的大规模研究和开发。截至2013年，全球生产碲化 镉薄膜太阳电池1660兆瓦、铜铟镓硒薄膜太阳电池1500兆瓦、硅薄膜太阳电池500兆瓦。国内的汉能公司正在致力于将铜铟镓硒薄膜太阳电池应用在广泛的商用领域，包括各种移动应用、建筑材料等。他们已经设计了手机上的太阳电池充电器、汽车顶棚的太阳电池充电器等。杭州龙鑫公司则制造出国内第一套国产化 碲化镉薄膜太阳电池生产线。国内还有多家企业致力于开发硅薄膜太阳电池生产线。相信经过国内外生产和技术部门的不断努力开发，薄膜太阳电池一定会在太阳电池应用中占有越来越重要的地位。

转换光电的黑匣子

太阳电池就像一个黑匣子，光射到这个黑匣子上，一部分被反射回去，一部分穿透了它，还有一部分被留在匣子中。留下的光所携带的能量转换成电能和热能，还有一些又以光的形式发射出去。转变成的电能与入射光能量的比值称为光电转换效率。

黑匣子由半导体材料组成。半导体材料中的原子吸收了光子后，电子获得能量，脱离原子核的束缚做自由运动（过剩电子），在原子附近留下一个空位（空穴），这个空位带有与电子相当的正电荷。这样，半导体中存在由过剩电子组成的带负电的电流，也存在由空穴组成的带正电的电流，但是由于它们数量相等，而且没有方向 性，所以半导体整体呈电中性。

如何才能使半导体中光激发的电子和空穴被引导出去，形成电流呢？这就需要在半导体内部形成一种特殊的电场——内建电场。那么内建电场是如何形成的呢？

半导体中没有任何杂质时半导体是不导电的，例如，每个硅原子与周围4个硅原子形成共价键，没有多余的电子和空穴来导电。如果在其中掺入一些杂质，就可以改 变这种特性。在硅中掺入5个价电子的磷，磷与周围4个硅原子的4个价电子形成共价键，多余的1个价电子在很微小的热扰动下就会摆脱束缚自由运动。因此，这 种掺杂磷原子的硅半导体可以导电，称为p型半导体。在硅中掺入3个价电子的硼，硼与周围4个硅原子的4价电子形成共价键时，还缺一个电子，这就是一个空 穴。这种空穴很容易被周围的电子移过来补充，形成稳定的共价键，因此空穴也就很容易处于自由移动的状态。于是这种掺有硼原子的硅半导体也可以导电，称为n 型半导体。

当p型半导体与p型半导体接触时，在界面处电子与空穴由于浓度的不同，很容易向对方区域运动。多余的电子一遇上多余的空穴就会湮灭，在界面两侧留下带正电的和带负电的不可移动的原子，从而形成电场，即内建电场。当光激发的过剩电子和空穴运动到内建电场区时，就会在内建电场的作用下向两个方向运动，形成电 流。因此，一个太阳能光电转换器的最基本的组成就是p型半导体区域、n型半导体区域，以及在这两个区域界面处形成的pn结（即内建电场区）。

（本文作者王文静为中国科学院电工研究所太阳电池技术研究部主任，研究员，博士生导师。）