蔣 文 波

(1.西華大學(xué)電氣與電子信息學(xué)院，四川 成都 610039；2.西華大學(xué)信號與信息處理省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610039)

·先進(jìn)材料與能源·

化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池研究現(xiàn)狀及進(jìn)展

蔣 文 波1,2

(1.西華大學(xué)電氣與電子信息學(xué)院，四川 成都 610039；2.西華大學(xué)信號與信息處理省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610039)

薄膜太陽能電池具有節(jié)約原材料、襯底成本低、轉(zhuǎn)換效率高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到了快速發(fā)展。本文從發(fā)展歷史及現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)特征及制備方法、優(yōu)缺點(diǎn)等幾個方面對碲化鎘薄膜太陽能電池、銅銦硒薄膜太陽能電池、銅銦鎵硒薄膜太陽能電池、銅鋅錫硫薄膜太陽能電池等化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池進(jìn)行了對比分析,指出提高轉(zhuǎn)換效率、降低成本、解決實(shí)用化過程中的關(guān)鍵問題等是薄膜太陽能電池的發(fā)展趨勢及挑戰(zhàn)。

化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池；碲化鎘；銅銦硒；銅銦鎵硒；銅鋅錫硫；發(fā)展趨勢及挑戰(zhàn)

能源是人類生存和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，當(dāng)今世界能源消費(fèi)以化石資源為主。隨著世界經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，能源短缺、環(huán)境污染、生態(tài)惡化等問題日益嚴(yán)重。據(jù)專家預(yù)測，按目前的消耗量，石油、天然氣僅能維持不到半個世紀(jì)，煤炭也僅能維持一二百年，不管是哪一種常規(guī)能源結(jié)構(gòu)，人類面臨的能源危機(jī)都日趨緊迫[1-5]；因此，可再生能源的開發(fā)與利用日益成為世界各國關(guān)注的焦點(diǎn)。

作為可再生能源的代表之一，太陽能具有以下優(yōu)點(diǎn)：分布廣泛，無地域性；總量豐富，據(jù)估計(jì)，每年到達(dá)地球表面的太陽能約為130萬億t標(biāo)準(zhǔn)煤；持久性，至少幾十億年。故太陽能的開發(fā)和利用尤其受到各國科技界、能源界和政府部門的重視，世界各國都投入大量人力和財(cái)力用于太陽能的開發(fā)和利用，并制定了以政府為主導(dǎo)的發(fā)展計(jì)劃，其中以太陽能電池為主要應(yīng)用。日本在1993年，開始實(shí)行“新陽光計(jì)劃”；歐盟在1997年，發(fā)表《能源的未來：再生能源》的歐盟戰(zhàn)略與行動白皮書；美國在1997年，開始實(shí)施“百萬太陽能屋頂計(jì)劃”；澳大利亞在2005年，開始實(shí)施“日出計(jì)劃”；中國在2009年，推出“太陽能屋頂計(jì)劃”和“金太陽示范工程”[6]。

傳統(tǒng)的太陽能電池以硅基為主要材料，具有技術(shù)成熟、可靠性高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，一直是各國研究的重點(diǎn)；但仍存在轉(zhuǎn)換效率低、材料消耗大、成本高等缺點(diǎn)，限制了其大規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用。作為一種新興結(jié)構(gòu)，薄膜太陽能電池具有轉(zhuǎn)換效率高、節(jié)約原材料、襯底成本低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到了快速發(fā)展及應(yīng)用。本文擬從發(fā)展歷史及現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)特征及制備方法、優(yōu)缺點(diǎn)等方面對幾種常見的、且性能優(yōu)良的化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池進(jìn)行詳細(xì)的對比分析，并預(yù)測下一步的發(fā)展趨勢及面臨的挑戰(zhàn)。

1 常見化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池

1.1 CdTe薄膜太陽能電池

1982年，Kodak實(shí)驗(yàn)室用化學(xué)沉積方法在P型CdTe上蒸鍍超薄CdS，首次制備出異質(zhì)結(jié)p-CdTe/n-CdS薄膜太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率超過10%，這是CdTe薄膜太陽能電池的原型。此后，多國科學(xué)家開展了相關(guān)的研發(fā)工作。1993年，美國佛羅里達(dá)大學(xué)科研人員用升華法在1 cm2面積上制備出CdTe薄膜太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率為15.8%[7]；隨后，日本Matsushita Battery研究所科研人員在實(shí)驗(yàn)室制備了小面積CdTe薄膜太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率為16%[8]；德國西門子公司研發(fā)出面積為3 600 cm2的CdTe薄膜太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率為11.1%；美國Solar Cells公司研發(fā)出面積為6 879 cm2的CdTe薄膜太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率為7.7%；2003年，四川大學(xué)太陽能材料與器件研究所制備了CdTe薄膜太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率為13.38%[9]。目前，CdTe薄膜太陽能電池在實(shí)驗(yàn)室中獲得的最高轉(zhuǎn)換效率已達(dá)17.3%，其商用模塊也已達(dá)10%左右[10]。

CdTe薄膜太陽能電池常見結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是在玻璃或其他柔性材料上依次沉積多層薄膜而成的。其中：玻璃襯底主要起電池支架、防止污染和太陽光入射窗口等作用；TCO層主要起透光和導(dǎo)電作用；CdS窗口層和CdTe吸收層構(gòu)成p-n結(jié)，是整個電池最核心部分；背接觸層和背電極可降低CdTe和金屬電極之間的接觸勢壘，引出電流，使金屬電極與CdTe之間形成歐姆接觸。

圖1 CdTe薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖

CdTe薄膜太陽能電池有以下優(yōu)點(diǎn):1)CdTe是直接帶隙材料，禁帶寬度1.45 eV，其能隙寬度與太陽光譜能很好地匹配，轉(zhuǎn)換效率高，理論轉(zhuǎn)換率高達(dá)27%；2)受溫度影響小，性能穩(wěn)定；3)CdTe薄膜太陽能電池被公認(rèn)為最佳薄膜太陽能電池，商業(yè)化前景好, 特別適合特殊環(huán)境應(yīng)用，如荒漠、外太空環(huán)境等。即便如此，但它也存在一些問題：1)Te是稀有元素，地球上儲量有限，價格貴，不宜用于規(guī)模化生產(chǎn)；2)含有重金屬元素Cd，如大規(guī)模應(yīng)用，將對環(huán)境造成惡劣影響；3)CdTe薄膜是在CdS薄膜基礎(chǔ)上制備的，CdS薄膜質(zhì)量直接影響CdTe薄膜質(zhì)量，從而影響電池的實(shí)際轉(zhuǎn)換效率和使用壽命。

1.2 CIS薄膜太陽能電池

1974年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室首次開發(fā)出單晶CuInSe2[11]，并用于太陽能電池，此后轉(zhuǎn)換效率逐漸提高。20世紀(jì)90年代以來，以美國Shell Solar[12]、德國Wurth Solar[13-14]和韓國能源研究所[15]等為代表的許多大公司都致力于開展CIS薄膜太陽能電池規(guī)?；茝V研究，并已相繼完成中試線的建設(shè)。近年來，各國研究人員在CIS薄膜制備上取得了顯著成就。其中，2003年，美國Shell Solar公司的成品率達(dá)85%，轉(zhuǎn)換效率為13.1%。國內(nèi)研究CIS薄膜太陽能電池的單位較少，2003年，南開大學(xué)通過蒸發(fā)硒化法制備的CIS薄膜太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率為12.1%；另外，清華大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、華中科技大學(xué)、大連理工大學(xué)等也相繼開展了CIS薄膜材料及太陽能電池相關(guān)的研究工作[16]。

CIS薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)如圖2所示，由襯底、背電極、吸收層、緩沖層、窗口層、減反膜、前電極等組成。其中，襯底位于CIS薄膜太陽能電池的底層，起支撐作用；目前常見的背電極為金屬M(fèi)o；吸收層CuInS2是電池最關(guān)鍵部分，吸收層材料性能優(yōu)劣直接決定電池轉(zhuǎn)換效率高低；目前應(yīng)用最廣的緩沖層材料是CdS；窗口層位于吸收層之上，一般采用ZnO；減反膜用于減少光反射量，增加入射光強(qiáng)度，多采用MgF2；前電極位于最上層，一般選用導(dǎo)電性良好的金屬，如Al、Ag等。

圖2 CIS薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖

CIS薄膜太陽能電池有以下優(yōu)點(diǎn):1)CIS是直接帶隙材料，禁帶寬度為1.0 eV，與最適宜太陽光譜比較接近，但比CdTe材料差；2)電池性能穩(wěn)定，不存在光致衰減效應(yīng)，壽命可達(dá)30年左右；3)制造成本低，因采用便宜的襯底材料。當(dāng)然，目前它仍存在一些值得改善的地方：1)轉(zhuǎn)換效率不高；2)In和Se均為稀有元素，地球上儲量有限，價格貴，不宜用于規(guī)?；a(chǎn)；3)緩沖層材料為CdS，Cd對人體和環(huán)境危害較嚴(yán)重，相比于CdTe薄膜太陽能電池，影響小得多，但尋找新的、合適的替代材料仍然成為CIS薄膜太陽能電池發(fā)展的一個難題。

1.3 CIGS薄膜太陽能電池

1974年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室S.Wanger將Ga添加到CuInSe2薄膜材料中，首次制備了CIGS薄膜太陽能電池。與其他薄膜太陽能電池材料相比，CIGS薄膜具有更多優(yōu)勢，故迅速成為瑞士[17]、美國[18]、英國[19]、日本[20]、德國[21]等國研究人員的研究重點(diǎn)。其中：2002年，美國國家再生能源實(shí)驗(yàn)室制備的小面積CIGS薄膜太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率為21.5%[18]；2008年，西班牙建成了裝機(jī)容量為3.24 MW的CIGS電站，并成功運(yùn)行，這標(biāo)志著CIGS的商業(yè)應(yīng)用；2013年，瑞士聯(lián)邦材料測試與開發(fā)研究所研發(fā)出以聚酰亞胺為基板的CIGS太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率為20.4%，刷新了歷史記錄。目前，大面積CIGS薄膜太陽能電池組件的轉(zhuǎn)化效率約為10%～15%。

CIGS薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)如圖3所示，跟CIS薄膜太陽能電池類似，僅在光吸收層加入了少量的Ga代替部分In，在此不做詳細(xì)介紹。值得一提的是，因加入了新的元素，在制備過程中，工藝參數(shù)的控制顯得更加復(fù)雜和關(guān)鍵。

圖3 CIGS薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖

CIGS薄膜太陽能電池有以下優(yōu)點(diǎn): 1)CIGS是直接帶隙材料，除可吸收可見光譜區(qū)域外，還可吸收波長在700～1 200 nm之間的紅外光區(qū)域，光吸收系數(shù)高達(dá)105cm-1數(shù)量級；2)光學(xué)帶隙可調(diào)，CIGS是在CIS薄膜基礎(chǔ)上，加入少量的Ga代替部分In，可使能帶寬度在1.04～1.7 eV之間變化，轉(zhuǎn)換效率高；3)電池性能穩(wěn)定，不存在光致衰減效應(yīng)，壽命更長；4)因采用便宜的襯底材料，制造成本低；5)CIGS薄膜太陽能電池板可做成柔性，更加適合于建筑一體化應(yīng)用。當(dāng)然，目前它仍存在一些值得改善的地方：1)制備過程中，工藝參數(shù)控制較為復(fù)雜，很難保證薄膜大面積沉積的均勻性，不利于大規(guī)模生產(chǎn)；2)In和Se均為稀有元素，地球上儲量有限，價格貴，不宜用于規(guī)?；a(chǎn)，成為CIGS薄膜太陽能電池發(fā)展的一個難題。

1.4 CZTS薄膜太陽能電池

2010年，美國IBM公司首次報(bào)道了采用溶液法制備的Cu2ZnSn(S,Se)4/CdS太陽能電池，簡稱CZTSSe，其轉(zhuǎn)換效率達(dá)9.66%[22]。該結(jié)構(gòu)采用了Zn、Sn元素替代了CIGS薄膜太陽能電池的稀有金屬In、Ga，而Zn、Sn元素在地球上的儲量豐富，故價格便宜，有利于大規(guī)模生產(chǎn)。一經(jīng)報(bào)道，立即引起世界各國的極大關(guān)注，但仍含有Se、Cd等有毒元素，對人體和環(huán)境危害嚴(yán)重；因此，研發(fā)不含有毒元素的Cu2ZnSnS4(簡稱CZTS)薄膜太陽能電池成為研究熱點(diǎn)。

此后，中國[23-24]、日本[25-26]、德國[27]等國研究人員對CZTS的制備工藝進(jìn)行了深入研究，主要包括直接蒸發(fā)法與預(yù)制層后熱處理法。其中，直接蒸發(fā)法制備薄膜的結(jié)晶質(zhì)量一般較好，但存在大面積沉積均勻性差的問題。預(yù)制層后熱處理法工藝流程復(fù)雜，但更適合于大面積成膜。CZTS薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)如圖4所示，跟CIGS薄膜太陽能電池類似，但光吸收層采用的材料有區(qū)別，且制備工藝不同。

圖4 CZTS薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖

CZTS薄膜太陽能電池有以下優(yōu)點(diǎn):1)CZTS材料的光吸收系數(shù)大，可見光波段吸收系數(shù)達(dá)104～105cm-1，只需1 μm厚度即可吸收大部分太陽光能量；2)理論轉(zhuǎn)換效率高，可達(dá)32.2%；3)不含有毒有害元素，不污染環(huán)境，利于大規(guī)模生產(chǎn)；4)不含稀有、貴重金屬，利于降低成本。當(dāng)然，目前它仍存在不少值得改善的地方：1)雖然理論轉(zhuǎn)換效率高，但目前實(shí)際轉(zhuǎn)換效率仍很低，這是實(shí)用化過程中的最大障礙；2)CZTS薄膜的基本特性和結(jié)晶性能尚未被系統(tǒng)地理解和掌握，很難解釋CZTS薄膜材料和器件性能之間的定量關(guān)系，制備過程具有隨機(jī)性；3)制備工藝復(fù)雜，工藝重復(fù)性差，成品率低。目前，僅處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，離大規(guī)模生產(chǎn)還有很長的路要走。

2 發(fā)展趨勢及挑戰(zhàn)

近年來，化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池得到了快速發(fā)展，但離大規(guī)模、實(shí)用化生產(chǎn)還存在一定差距。制約化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池實(shí)用化的主要因素是轉(zhuǎn)換效率仍然較低、相對成本較高，這也恰好是下一步薄膜太陽能電池的發(fā)展趨勢及挑戰(zhàn)。

2.1提高轉(zhuǎn)換效率

與傳統(tǒng)太陽能電池相比，薄膜太陽能電池的吸收層更薄，節(jié)約了材料，但降低了能量的吸收率。為吸收更多的太陽能，增強(qiáng)光電流，各國科研人員對薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了各種改進(jìn)，下面就常規(guī)改進(jìn)結(jié)構(gòu)和新興納米結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行詳細(xì)分析。

1)常規(guī)改進(jìn)結(jié)構(gòu)。

目前，被廣泛采用的常規(guī)改進(jìn)方法有減少表面光學(xué)反射技術(shù)、表面鈍化技術(shù)、背面反射鏡技術(shù)、接收面可旋轉(zhuǎn)技術(shù)等。

第一，減少表面光學(xué)反射技術(shù)：利用單層或雙層減反膜，減少能量反射；利用各向異性化學(xué)腐蝕，制備特殊表面結(jié)構(gòu)，如絨面、微槽面等，增加進(jìn)光面的表面積，從而吸收更多的太陽能；采用疊層結(jié)構(gòu)，每層分別對應(yīng)不同光譜響應(yīng)范圍，從而吸收更多的太陽能。

第二，表面鈍化技術(shù)：在電極上加入極薄氧化層進(jìn)行鈍化，以減弱背面復(fù)合，在鈍化膜上刻出引入電極的窗口，利用窗口進(jìn)行定域擴(kuò)散形成背電場。

第三，背面反射鏡技術(shù)：利用鋁等金屬做成鏡面反射鏡，使長波長光不能透射出電池；采用異型布拉格背反射結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)光吸收效率。

第四、接收面可旋轉(zhuǎn)技術(shù)：太陽光入射方向會根據(jù)時間發(fā)生變化，根據(jù)這一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出接收面可隨太陽光入射方向旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，增長接收太陽能的時間，從而提高轉(zhuǎn)換效率。

2)新興納米結(jié)構(gòu)。

常規(guī)改進(jìn)結(jié)構(gòu)對增強(qiáng)薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率起到了一定的作用；但隨著納米材料和納米制備工藝的不斷發(fā)展，近年來有研究人員利用新興納米結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，表現(xiàn)出極大的優(yōu)越性，并日益成為研究熱點(diǎn)。如：采用納米光柵背反射結(jié)構(gòu)，延長光的傳播路徑，增強(qiáng)光吸收效率[28-31];利用金屬納米顆粒表面等離子體激元，增強(qiáng)光吸收效率[32-37];利用納米量子點(diǎn)的量子隧道效應(yīng)，增強(qiáng)光吸收效率[38-41]等。

第一、納米光柵背反射結(jié)構(gòu)增強(qiáng)光吸收。

帶有AAO納米光柵的薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)如圖5所示，一般以多孔氧化鋁(AAO)為模板，在太陽能電池底部設(shè)計(jì)一種疊層光柵結(jié)構(gòu)，由布拉格反射器(DBR)與衍射光柵組成，其中DBR具有很高的反射率，電池頂部的AAO為減反光柵[31]，可通過優(yōu)化AAO的孔徑大小、孔徑深度、占空比等參數(shù)，增強(qiáng)薄膜太陽能電池吸收率。

圖5 帶有AAO納米光柵的薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖

第二、金屬納米顆粒表面等離子體激元增強(qiáng)光吸收。

利用金屬納米顆粒表面等離子體激元增強(qiáng)薄膜太陽能電池的光吸收效率，是一種新穎而有效的技術(shù)，通過設(shè)計(jì)電池結(jié)構(gòu)，使得金屬納米顆粒有顯著的等離子體共振效應(yīng)(局域增強(qiáng))，從而提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。表面等離子體激元增強(qiáng)吸收效率的方式一般有3種，金屬納米顆粒散射、近場增強(qiáng)和表面等離子體極化激元，如圖6所示[36-37]?？赏ㄟ^優(yōu)化金屬納米顆粒的材料、形狀、半徑、高度、間距、分布狀態(tài)及襯底厚度等參數(shù)，增強(qiáng)薄膜太陽能電池的吸收率。

圖6 帶有金屬納米顆粒的薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖

第三、納米量子點(diǎn)量子隧道效應(yīng)增強(qiáng)光吸收。

帶有納米量子點(diǎn)的薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)如圖7所示，量子點(diǎn)是由封閉電子而形成的極小顆粒，每個量子點(diǎn)的直徑從幾納米到幾十納米不等，將量子點(diǎn)以數(shù)納米的間隔規(guī)則地鑲嵌在吸收層上方[40-41]。利用量子點(diǎn)與量子點(diǎn)之間的“量子隧道效應(yīng)”，在半導(dǎo)體材料的價帶和導(dǎo)帶之間形成“迷你帶”。這樣,電子就能吸收長波長的光線，躍遷到“迷你帶”。躍遷到“迷你帶”的電子可再吸收其他光線，繼續(xù)躍遷至更高的能帶，從而吸收晶體硅太陽能電池未能利用的長波長光譜太陽能。

圖7 帶有納米量子點(diǎn)的薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖

研究表明，可通過控制量子點(diǎn)的大小、形狀、位置、分布規(guī)律等參數(shù)，形成多個“迷你帶”，從而更進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)“迷你帶”數(shù)量大于4個時，理論轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)75%，而晶體硅的理論轉(zhuǎn)換效率最高僅30%。

2.2降低成本

某種意義上，薄膜太陽能電池未能在短期內(nèi)得到大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用的重要原因是成本太高，如何降低成本，是實(shí)用化過程中必須解決的關(guān)鍵因素之一。為降低成本，各國科研人員對薄膜太陽能電池材料進(jìn)行了深入研究，如：減少對稀有金屬的依賴，找到相似的替代材料；減少有毒、有害元素使用，從而減輕對環(huán)境影響；采用柔性材料，重量輕、韌性好、耐高溫低溫，易于大批量制造，從而降低成本等[42-47]。研究表明，以氮化銦、氮化鎵雙層制作的多級薄膜太陽能電池的理論轉(zhuǎn)換效率可達(dá)50%，且廉價、壽命長。

隨著材料技術(shù)不斷發(fā)展，在不久的將來，一些新興、復(fù)合材料將被開發(fā)出來，用于薄膜太陽能電池，同時具備高轉(zhuǎn)換效率和低成本優(yōu)勢，如石墨烯薄膜太陽能電池[44-47]等。

與此同時，改善制備工藝流程，降低工藝復(fù)雜性，提高工藝可重復(fù)性，也是降低制造成本的主要途徑，如采用背交叉單次蒸發(fā)工藝，輔以激光加工技術(shù)，可減少工藝步驟，降低成本。

2.3解決實(shí)用化過程中的關(guān)鍵問題

目前，太陽能電池的實(shí)用化主要體現(xiàn)在光伏發(fā)電，據(jù)估計(jì)，2030年光伏發(fā)電將占世界總能源10%以上。近年來，除光伏發(fā)電外，光伏建筑一體化和空間太陽能電站日益成為熱門的應(yīng)用領(lǐng)域，但某些關(guān)鍵問題急需解決，否則將影響其實(shí)用化進(jìn)程。

雖然某些發(fā)達(dá)國家已有少部分“零能房屋”，即完全由太陽能光電轉(zhuǎn)換裝置提供建筑物所需全部能源消耗，真正做到了清潔、無污染，但造價相對較高，且不穩(wěn)定。如何解決光伏建筑一體化過程中價格成本和電能穩(wěn)定性，是急需解決的難題[48-49]。

此外，美國宇航局和能源部曾提出在空間建設(shè)太陽能發(fā)電站的設(shè)想。在地球同步軌道上放一個長10 km，寬5 km的大平板，上面布滿薄膜太陽能電池，通過無線輸電方式向地面提供500萬kW電力[50]。如何解決無線輸電問題，也是急需解決的難題。目前，備選方案有微波束、激光束等，離真正實(shí)用化還有漫長的路要走。

3 結(jié)論

本文從發(fā)展歷史及現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)特征及制備方法、優(yōu)缺點(diǎn)等方面對常見的、性能優(yōu)異的幾種化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池進(jìn)行了詳細(xì)對比分析。就目前而言，薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率、價格成本等仍值得進(jìn)一步改善，離大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用還有很長的路要走；但隨著材料技術(shù)的不斷發(fā)展，通過各國科研人員共同努力，再加上各國政府的重視和投入，薄膜太陽能電池必將成為可再生能源的主流產(chǎn)品，具有日益廣闊的發(fā)展前景，將為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)做出巨大貢獻(xiàn)。

致謝

本文是作者在美國密歇根大學(xué)訪學(xué)期間的成果，在此感謝密歇根大學(xué)電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系P. C. Ku教授的指導(dǎo)與幫助，感謝西華大學(xué)公派出國項(xiàng)目的資助，感謝西華大學(xué)“青年學(xué)者培養(yǎng)計(jì)劃”的支持。

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(編校：夏書林)

ResearchProgressofCompoundSemiconductorThin-filmSolarCells

JIANG Wen-bo1, 2

(1.SchoolofElectricalEngineeringandElectronicInformation,XihuaUniversity,Chengdu610039China;2.KeyLaboratoryofSignalandInformationProcessing(SichuanProvince),XihuaUniversity,Chengdu610039China)

In recent years, the thin-film solar cells have got the fast development and application for its advantages, such as economical use of the raw material, low cost of the substrate, high conversion efficiency, stable performance, etc. In this paper, some kinds of thin-film solar cells, such as the CdTe cells, the CIS cells, the CIGS cells, the CZTS cells, etc., are introduced and analyzed from the aspects of the history and current status, structure and preparation method, advantages and disadvantages, respectively. Finally, the development trend and its challenges are discussed, such as improving the conversion efficiency, reducing the costs of raw material, and solving the key problems of the practical applications.

compound semiconductor thin-film solar cells; CdTe; CuInSe2(CIS); CuInGaSe2(CIGS); Cu2ZnSnS4(CZTS); development trend and its challenges

2014-11-28

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61307063)；西華大學(xué)人才引進(jìn)項(xiàng)目(Z1120942)。

蔣文波(1981—)，男，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)楣鈱W(xué)信號處理方法及技術(shù)、光刻關(guān)鍵技術(shù)等。

TM914

：A

：1673-159X(2015)03-0060-07

10.3969/j.issn.1673-159X.2015.03.012