一、前言

太陽(yáng)能電池板是持續(xù)獲得太陽(yáng)能的工具。我們常?？梢钥吹轿蓓斏暇匦蔚奶?yáng)能板，田野和草原上呈隊(duì)列排列的太陽(yáng)能板。但是我們?cè)臼熘哪欠N太陽(yáng)能電池板(長(zhǎng)1.7米，寬0.8米，高5厘米)可能要成為歷史了。因?yàn)橐环N新的技術(shù)已經(jīng)可以很好地替代傳統(tǒng)的硅太陽(yáng)能板，能夠高效、廉價(jià)地將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。這項(xiàng)新技術(shù)就是薄膜光電轉(zhuǎn)換電池，到2010年，它們?cè)谌虍a(chǎn)生的電能已經(jīng)達(dá)到3700兆瓦。

2010年之后，薄膜太陽(yáng)能電池廣泛進(jìn)入商業(yè)大樓和家居房屋中，產(chǎn)電量得到進(jìn)一步提高，從加州到肯尼亞再到中國(guó)，都是如此。除了靈活性之外，下文將繼續(xù)討論薄膜太陽(yáng)能電池與傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池相比的優(yōu)缺點(diǎn)，它們更加高效的原因，以及薄膜太陽(yáng)能電池是否能夠成為煤和核能的替代品等問(wèn)題。

二、薄膜太陽(yáng)能電池

如果你使用過(guò)太陽(yáng)能計(jì)算器，你就知道太陽(yáng)能電池是基于薄膜技術(shù)的。顯然，計(jì)算器中的太陽(yáng)能電池不大也不笨重，大多數(shù)只有2.5厘米長(zhǎng)，0.6厘米寬，厚度很薄。薄膜太陽(yáng)能電池這個(gè)名字就是根據(jù)其厚度特征定義出來(lái)的。硅晶太陽(yáng)能電池有350微米左右厚的吸光層，但是薄膜太陽(yáng)能電池的吸光層只有1微米厚。1微米也就是1米的百萬(wàn)分之一。

薄膜太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)者們開始減少吸光材料的層數(shù)，比如基體上的半導(dǎo)體、涂層玻璃等。用作半導(dǎo)體的材料不需要很厚，因?yàn)樗鼈兾仗?yáng)能非常高效。所以，薄膜太陽(yáng)能電池輕質(zhì)、耐用、簡(jiǎn)單。根據(jù)所用半導(dǎo)體的類型，薄膜太陽(yáng)能電池主要有以下三類：非晶硅、碲化鎘和銅銦鎵硒。非晶硅是傳統(tǒng)硅晶太陽(yáng)能電池的改進(jìn)版，那么非晶硅的概念就很好理解了，它們被廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電子器件中，但是非晶硅也存在著一些缺點(diǎn)和不足。

非晶硅太陽(yáng)能電池最大的問(wèn)題之一就是其半導(dǎo)體所用的材料，硅在市場(chǎng)上并不容易找到，往往是供小于求;而非晶硅的效率又不夠高。因此，這種電池正經(jīng)歷著顯著的沒(méi)落。更薄的非晶硅電池克服了這一缺點(diǎn)，但是厚度減小后的電池吸收光能的效率更低了。綜上所述，硅的特性使得非晶硅電池適用于小尺寸器件，比如說(shuō)計(jì)算器，但不適用于大尺寸器件，比如靠太陽(yáng)能供電的建筑物。

三、薄膜太陽(yáng)能電池的興起

說(shuō)起太陽(yáng)能電池，目前在這一行業(yè)中起主導(dǎo)的是硅晶，硅晶由精煉硅制成。這一模塊作為太陽(yáng)能的基本技術(shù)已經(jīng)存在50多年了。自從1954年第一塊硅太陽(yáng)能電池被發(fā)明后，其數(shù)量快速增加，目前12%到18%轉(zhuǎn)變成電能的太陽(yáng)輻射都通過(guò)其實(shí)現(xiàn)。

晶體硅材料依然在太陽(yáng)能光電池材料中占據(jù)主導(dǎo)地位，但是，最近幾年在薄膜光電池技術(shù)上也有了很多突破。在2005年的時(shí)候，晶體硅在太陽(yáng)能光電池市場(chǎng)占到95%以上的份額。但是從那個(gè)時(shí)候開始，薄膜光電池材料在市場(chǎng)所占份額逐年穩(wěn)步上升，到今日已經(jīng)占到了25%的份額。數(shù)以百計(jì)的從事薄膜光電池技術(shù)的公司已經(jīng)進(jìn)入了研發(fā)和生產(chǎn)的新階段。

大面積以及層疊狀的薄膜光電池產(chǎn)品從上世紀(jì)90年代開始就已經(jīng)商業(yè)化了，目前薄膜光電池產(chǎn)品的能量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了6%到11%。能量轉(zhuǎn)換效率越高，那么產(chǎn)生一定電量所需的面積以及其他輔助設(shè)備就越少，這是一件很劃算的事情。就目前來(lái)說(shuō)，薄膜太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率還是與晶體硅存在著距離，但是相比與晶體硅，薄膜太陽(yáng)能電池在其他方面存在著巨大的優(yōu)勢(shì)。最重要的一點(diǎn)，就是薄膜太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)成本低。很多薄膜太陽(yáng)能電池板都是由非晶硅制成的，而制備硅晶太陽(yáng)能電池板時(shí)要使用高等硅。除此之外，薄膜太陽(yáng)能電池還可以由其他半導(dǎo)體材料制成，包括銅銦鎵硒(CIGS)材料和碲化鎘材料。

四、實(shí)用薄膜光電池項(xiàng)目

可再生能源領(lǐng)域存在一個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題，就是何時(shí)規(guī)?；奶?yáng)能光電池技術(shù)能夠與從化石燃料中獲得電能在價(jià)格上形成競(jìng)爭(zhēng)或與其等價(jià)。而事實(shí)上，規(guī)?；谋∧す怆姵丶夹g(shù)在成本上已經(jīng)低于核電，只是目前比燒煤獲得電能的成本更高一些。

很多薄膜太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)者們已經(jīng)成功降低了成本，目前在這一領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊是位于亞利桑那州坦佩的第一太陽(yáng)能公司。第一太陽(yáng)能公司在2009年通過(guò)碲化鎘電池生產(chǎn)了1千兆瓦的電能。換句話說(shuō)，1千兆瓦等同于25萬(wàn)個(gè)大型的家庭薄膜太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的生產(chǎn)總量。

第一太陽(yáng)能公司在2009年實(shí)現(xiàn)了平均10.9%的能量轉(zhuǎn)換效率，他們的產(chǎn)品成為薄膜產(chǎn)品中能量轉(zhuǎn)換效率最高的產(chǎn)品。該公司同時(shí)還解決了生產(chǎn)中所使用的重金屬鎘的問(wèn)題，通過(guò)設(shè)計(jì)循環(huán)系統(tǒng)以避免鎘這一有害物質(zhì)隨著廢棄物一同排放出來(lái)。

在過(guò)去的幾年中，第一太陽(yáng)能公司大大降低了他們的生產(chǎn)成本。他們的成本只相當(dāng)與硅晶材料或目前市場(chǎng)上其他薄膜太陽(yáng)能產(chǎn)品的一半。他們降低成本的措施包括縮短生產(chǎn)時(shí)間以及規(guī)模化設(shè)備的安裝時(shí)間。與同行業(yè)的其他公司相比較，第一太陽(yáng)能公司的規(guī)?；O(shè)備安裝費(fèi)用降低了10%到15%，但是他們的產(chǎn)量卻要比生產(chǎn)硅晶的公司高出10%左右(在相同的設(shè)計(jì)效率下)。在接下來(lái)的五年中，第一太陽(yáng)能公司將致力于將生產(chǎn)效率再提高15%，并且再進(jìn)一步降低其生產(chǎn)成本。如果該公司真的能夠成功地實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，那么通過(guò)規(guī)模化的薄膜太陽(yáng)能裝置獲得電能將會(huì)與通過(guò)化石燃料獲得電能一樣廉價(jià)。

在將來(lái)，使用更多成規(guī)模的薄膜太陽(yáng)能電池板將會(huì)是正確的一步，這意味著更多的消費(fèi)者能夠購(gòu)買到清潔能源，但是能源生產(chǎn)的控制權(quán)依然會(huì)掌握在少數(shù)大公司和市政單位。此外，將能量從太陽(yáng)光照射條件好的區(qū)域(如西南方)輸送到光照條件差的地區(qū)，需要話費(fèi)巨資去建設(shè)電能輸送網(wǎng)絡(luò)，與此同時(shí)，用于儲(chǔ)存多余的電能然后再釋放的基礎(chǔ)設(shè)施也必不可少。能量集中生產(chǎn)的替代方案就是在不同地方分散生產(chǎn)能量。除了制造大型的新型太陽(yáng)能板，我們?yōu)槭裁床辉诿恳粭澐孔由虾屯＼噲?chǎng)中安裝太陽(yáng)能板呢?以化整為零的方式進(jìn)行生產(chǎn)。我堅(jiān)信在全美房屋和停車場(chǎng)中獲得的太陽(yáng)能，將足以提供我們所需的全部能量。其實(shí)美國(guó)目前的一些政策已經(jīng)支持這一做法了。

由于薄膜太陽(yáng)能板很輕便，所以將其融入到建筑物中是可行的，比如用其制造屋頂。建筑物集成太陽(yáng)能光電板是一個(gè)很新的創(chuàng)意。其實(shí)，建筑師們?cè)缭谏鲜兰o(jì)80年代就開始用太陽(yáng)能光電材料制造屋頂，而目前用于制造屋頂?shù)牟ＡР牧蟽r(jià)格昂貴、廣受質(zhì)疑。玻璃透光、壽命長(zhǎng)以及不會(huì)受天氣影響，但是它易碎，不是制造屋頂?shù)睦硐氩牧稀?/p>

十多年前，層疊狀的非晶硅薄膜太陽(yáng)能材料更加彰顯了使用薄膜太陽(yáng)能材料制造屋頂?shù)膬?yōu)勢(shì)。在2001年的時(shí)候，太陽(yáng)能集成技術(shù)公司開發(fā)了一種將層疊狀太陽(yáng)能材料改為膜狀材料并用于商業(yè)建筑的新工藝。太陽(yáng)能集成技術(shù)公司是最早批量生產(chǎn)薄膜光電池的公司之一。到2009年的時(shí)候，有多家大公司開始進(jìn)軍這一領(lǐng)域。

關(guān)于建筑集成光電材料的應(yīng)用還有其他很多可能性。比如有些時(shí)候，玻璃的光電池裝置可以替代常規(guī)的建筑材料用于制造雨篷以及房屋的正面等。也有公司在生產(chǎn)薄膜光電池材料用于制造窗戶。除此之外，發(fā)展廉價(jià)的太陽(yáng)能鐵路側(cè)線，同樣存在很大的潛力。每一項(xiàng)新技術(shù)的出現(xiàn)，都會(huì)帶來(lái)很多實(shí)際的應(yīng)用。將來(lái)的人可能會(huì)疑惑我們現(xiàn)在為什么要通過(guò)燃燒化石燃料以獲得電能。但是我們不用等到將來(lái)，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在就可以通過(guò)薄膜光電材料將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能。

審核編輯 黃昊宇