前言

能源危機與環境污染已成為當代人類發展面臨的巨大挑戰。太陽能電池的清潔性、安全性、資源可再生性等一系列優點更加凸顯。越來越多的國家開始實行“陽光計劃”，各個國家相繼制定了一系列推動光伏發電的優惠政策，為光伏產業創造了良好的發展機遇和巨大的市場空間。1954年，貝爾實驗室制備出第一塊晶硅太陽能電池，光電轉換效率（PCE）為4.5%。經過不斷努力，目前單結晶硅太陽能電池的效率已達到了26.6%。晶硅電池技術成熟，占據了電池市場90%以上的份額，在工業生產和大規模光伏應用領域占有統治地位。

即便如此，因薄膜太陽能電池具有生產成本低、能量回收期短、便于大面積連續生產、運輸安裝方便等特點，也備受關注。晶體硅是間接帶隙半導體材料，光吸收系數相對較低，晶硅電池所用硅片厚度在180μm左右。非晶硅的光吸收系數遠高于晶體硅，制備太陽能電池所需的非晶硅薄膜只需要1μm厚，大大降低了材料的需求量。該材料的沉積溫度低，可以直接沉積在玻璃、不銹鋼和塑料膜等襯底上。非晶硅太陽能電池技術發展最早，已實現大規模生產，但是非晶硅材料在光照時存在光致衰退現象。另外，非晶硅材料帶隙較寬，難以吸收700nm波長以上的光子，限制了其對太陽光譜的利用率。微晶硅材料，是一種非晶與微晶硅顆粒組成的混合相材料，其帶隙最低可接近單晶硅的1.1eV，并且穩定性高，而且微晶硅電池基本無衰退。相對于非晶硅電池而言，采用非晶硅/微晶硅疊層電池既可拓寬電池長波光譜響應，又可提高電池的穩定性。日本夏普和三菱公司最早實現非晶硅/微晶硅疊層太陽能電池產業化生產，生產線產能30MW以上。近些年來，以GaAs等Ⅲ-Ⅴ族化合物、CdS和CdTe等Ⅱ-Ⅵ族化合物以及銅銦鎵硒（Cu-In-Ga-Se，CIGS）等為代表的半導體化合物薄膜太陽能電池技術發展迅速，轉換效率均能超過20%，部分技術已經實現規模化生產。但是，電池的缺陷也十分突出，As、Cd等元素含有劇毒，對環境和人類健康存在很大威脅，而In則是稀有金屬，提取困難。因此，盡管具有高效率、低成本的優勢，仍然無法實現大規模生產和應用。

為此人們提出進一步利用新材料和新技術制備更清潔環保的高效電池，主要包括有機聚合物太陽能電池、新型半導體化合物太陽能電池和有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池等。最引人注目的是近幾年發展起來的有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池，其轉換效率從2009年初次報道的3.8%迅速飆升至22.7%，很快成為了太陽能電池研究領域中關注的焦點。有機-無機雜化鈣鈦礦材料被引入太陽能電池領域后，大大超越染料敏化太陽能電池和有機化合物太陽能電池，顯示出工業化潛力。基于有機金屬鹵化物的鈣鈦礦太陽能電池被認為是近年來光伏領域最重要的發明之一。

本書重點選取幾類目前還處于研究階段、有可能取得突破實現大規模產業化的薄膜太陽能電池進行介紹。希望對太陽能電池領域的研究人員有一些借鑒。

在本書的編著過程中，張帥、賈旭光、王書博、房香、郭華飛、蔣君、馬昌昊、孫越、陸永婷、許林軍、郭曉海、劉巍等進行了部分資料收集，袁寧一、房香、張婧、林本才、邱建華、張克智、董旭幫助校對。由于編者學識所限，加之時間倉促，書中不足之處在所難免，敬請廣大讀者批評指正。

編著者

2018年7月