太阳能薄膜电池的制造技术革新

1、太阳能薄膜电池的制造技术革新 1 太阳能的优势 太阳能具有其它能源都无法比拟的优点。 首先是太阳光的覆 盖范围广，不受地域的限制，矿产被开采或核能的能量产生后， 必须要有运输的过程， 而太阳能则不同， 可以现场采集现场使用。 其次，太阳能的开发使用潜力大，矿产的开采总是有限度的，但 太阳能却几乎可以说是取之不尽， 用之不竭的， 只要太阳继续向 地球辐射能量，那我们就可以一直利用太阳能。 再者，太阳能属于清洁能源，对环境没有任何危害，但在各 种矿产的开采和使用过程中， 无论是对人体的伤害还是对环境的 污染作用都是巨大且不可避免的； 对于核能， 也存在很大的核污 染隐患，核废料和核泄漏都是很严重的

2、问题。在国内，雾霾时时 触动着人们的神经， 各种河流海洋的污染问题也层出不穷， 环境 保护更加得到人们的重视， 这种情况下， 清洁无污染的太阳能就 更显得难能可贵。 将来太阳能可以更好的工业化推广后， 相信即 使其成本会稍高，也必定会更加受国家、社会和消费者的青睐。 因此，在应用太阳能已经得到越来越多的重视的同时， 如何高效 环保的利用太阳能就成了至关重要的问题。 2 太阳能电池大规模应用的瓶颈 若想有效的利用太阳能， 就必须要用到太阳能电池。 在太阳 光的照射下， 太阳能电池可以瞬间输出电压并产生电流， 通过光 电效应或光化学效应将太阳能转换成电能。 对于太阳能电池，主要有 2 方面问题阻碍

3、了其大规模应用， 一是成本，二是光电转换的效率。目前，虽然一部分太阳能电池 的成本较低， 但其光电转换效率非常不理想； 另一部分太阳能电 池虽然光电转换效率稍好，技术也较为成熟，但由于成本太高， 难以被大规模推广。 因而，从这两个方面解决太阳能电池本身的 问题，才有可能进一步的对太阳能进行推广。 利用太阳能电池时， 除了上面提到的太阳能电池本身的技术 性问题， 还会遇到一些外界环境的不利因素。 如辐射至地球的太 阳能的总能量虽然比较巨大， 但这种能量却是比较分散的， 这就 导致了太阳能收集的不易。再者，即使在同一地点，不同时间被 辐射到的太阳能总量也是不稳定的，要受季节、昼夜、天气等因 素的影

4、响。因此，虽然太阳能有诸多优点，且太阳能电池具备了 一定的光电转换率， 但太阳能电池的大规模推广应用仍任重而道 远。 3 太阳能薄膜电池的优点 在各种太阳能电池中， 硅太阳能电池的发展和应用相对要成 熟一些， 目前属于在应用中相对多的太阳能电池。 硅太阳能电池 的缺点是当温度升高时， 它的光电转换率会降低； 但是金属氧化 物的太阳能电池则不同， 当温度升高时， 金属氧化物太阳能电池 的光电转换率也会升高。同时，金属氧化物的成本比硅低，且来 源较广阔， 这使得金属氧化物有更广阔的应用潜力。 在太阳能电 池中，金属氧化物是作用机理是首先将光子转化成电子， 然后通 过电子将水解离成氧气和氢气。 更轻

5、更薄、 光电转换效率更高是太阳能电池的发展趋势， 特 别是对于应用在航空航天设备上的太阳能电池， 对于太阳能电池 的性能有着更严苛的要求。 在太阳能电池中， 太阳能薄膜电池有 质量轻、厚度极薄、可弯曲的优点。在航天航空设备上利用太阳 能电池时，选择太阳能薄膜电池有更多的优势，首先，薄膜电池 的重量轻厚度薄，可以为飞行器节约更多的动力；其次，薄膜电 池的可弯曲特性使其除了具有较好的强度外， 还具备了更好的弯 曲强度和韧性， 这更有利于将薄膜电池包覆在飞行器上， 从而可 以更有效的采集太阳光。 目前， 太阳能薄膜电池的主要材质有铜 铟镓硒、非晶体硅、碲化镉等。 4 太阳能薄膜电池的制造技术革新 要

6、制备出更轻更薄、 光电转换率更高的太阳能薄膜电池， 除 了电池本身材质的研究， 薄膜电池制造技术的革新也是研究的一 大重点。 对于相同的材料， 不同的制造技术也会导致其性能的差 异，因此，选择更科学的太阳能薄膜电池加工制造方法，对更优 性能的太阳能薄膜电池研究是非常有益的。 制造技术通常可被分为减法制造、 等法制造和加法制造， 减 法制造无疑是最为人所知的形式， 比如切削加工。 等法制造一般 是指在几乎不改变材料本身质量的情况下， 通过技术手段改变其 形状或内部结构， 以得到理想的性能。 加法制造是在制造的过程 中，采取加量的方式，对单一零件进行制造，这是一种具有特色 的新型制造方法。 对于太

7、阳能薄膜电池制造技术， 应该更综合的 考虑这 3 种方法， 通过综合利用这 3 种制造方法， 相信可以得到 性能更优异的太阳能薄膜电池。 在本文中， 笔者主要对加法制造进行一些介绍， 在加法制造 中，最著名的就是 3D 打印技术。 3D 打印是一种可以快速成型的 制造技术， 它以电脑中建立的数字模型为基础， 通过运用金属粉 末或聚合物等材料的逐层固化， 用来制造所要得到的产品。 这种 制造技术与传统的制造技术是截然不同的， 传统制造的逻辑是先 获取一种材质合理的材料， 然后通过模具成型或切削等方式将其 加工成想要的结构。 这种制造方法不仅步骤复杂， 而且不可避免 的会浪费许多材料。 特别是对于

8、一些价格较高的材料和形状较为 特别的部件， 如一个曲度较为特别的钛合金扇页， 当其被制造成 型时，被去除掉的材料质量甚至远远高于剩下的有效部件的质 量，这不仅是经济的浪费，也是一种能量的浪费。 而 3D 打印则克服了这个缺点，在打印伊始，它就会按照既 成模型的形状对原材料进行逐层加工， 以一层一层打印叠加的方 式，完成样品的成型。这种加工方法不仅可以有效节省原材料、 节省加工能量， 还更适用于制造一些特殊形状的部件， 在加工过 程中，也可以严格控制部件不同层面的材料属性。 对于太阳能薄膜电池， 虽然它的厚度较薄， 但它并不是均相 材料，特别是在厚度方向，材料分布情况更为复杂，这就使其更 适用于3D打印的方