取向極化助推高效柔性新型薄膜太陽(yáng)電池

孔青榮

摘要：在十三五期間，薄膜發(fā)電產(chǎn)業(yè)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，對(duì)于其方法革新、結(jié)構(gòu)變革以及環(huán)保節(jié)約等方面做出了突出貢獻(xiàn)，為我國(guó)能源可持續(xù)發(fā)展保駕護(hù)航，尤其是薄膜太陽(yáng)能電池的研發(fā)使用，更是學(xué)界研究的重點(diǎn)內(nèi)容。取向極化，即在外電場(chǎng)力矩作用下，電偶極矩受到此影響，并趨向于定向排列，是一種電介質(zhì)極化現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：取向極化;薄膜太陽(yáng)電池;柔性

因其原理，在電池研發(fā)創(chuàng)新層面有著不可忽視的作用。文章通過(guò)文獻(xiàn)檢索、技術(shù)梳理、會(huì)議等多方面進(jìn)行調(diào)研，從研究現(xiàn)狀、現(xiàn)存問(wèn)題入手，闡述取向極化助推高效柔性新型薄膜太陽(yáng)電池的意義價(jià)值，并基于此，提出相關(guān)建議。

一、我國(guó)薄膜太陽(yáng)能電池研究現(xiàn)狀

為研究薄膜太陽(yáng)能電池研究現(xiàn)狀，文章以中國(guó)知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)為數(shù)據(jù)源，對(duì)“薄膜太陽(yáng)能電池”、“取向極化”等主題詞進(jìn)行組合檢索，時(shí)間跨度：2017年-2021年，期刊來(lái)源為SCI、EI、CSSCI、北大核心、CSCD等，確保文獻(xiàn)完整性、一致性、有效性及可靠性，檢索所得文獻(xiàn)數(shù)量、主要主題分布如表1所示。

由表1上半部分內(nèi)容可知，當(dāng)前學(xué)界對(duì)薄膜太陽(yáng)能得研究主要分為對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池、燃料敏化這兩類(lèi)太陽(yáng)能電池及其原材料進(jìn)行研究，此外對(duì)光電性能提升、光電轉(zhuǎn)化效率等方面進(jìn)行探索也是當(dāng)前工作之一。對(duì)取向極化一詞進(jìn)行檢索，發(fā)現(xiàn)其相關(guān)內(nèi)容僅有4篇文獻(xiàn)，并且相關(guān)度低，又因其涉及極化概念，故對(duì)此內(nèi)容的研究也是調(diào)研工作之一。由表1下半部分內(nèi)容可知，當(dāng)前學(xué)者不斷探索弱化極化作用的方法，并且實(shí)現(xiàn)了多種模型的搭建，同時(shí)致力于提升電化學(xué)性能等。

二、新型薄膜太陽(yáng)電池的優(yōu)勢(shì)

新型薄膜太陽(yáng)能電池具有很高的使用價(jià)值、設(shè)計(jì)價(jià)值、環(huán)保價(jià)值、節(jié)能價(jià)值以及經(jīng)濟(jì)價(jià)值。具體優(yōu)勢(shì)有以下方面：

（一）適應(yīng)性強(qiáng)、可塑程度高。

薄膜太陽(yáng)能電池由于獨(dú)特的原材料和制作技術(shù)，而具有可彎曲、可變形、可因地制宜，根據(jù)場(chǎng)景、用途等不同需求，設(shè)計(jì)不同外觀(guān)，因而其適用性更強(qiáng)、可塑化更高。

（二）分類(lèi)體系多元、適用場(chǎng)景多樣。

太陽(yáng)能電池其因原材料和技術(shù)的不同可以分為不同種類(lèi)，其具有的性質(zhì)也不盡相同，當(dāng)前主流的薄膜電池主要有硅基薄膜電池、碲化鎘（CdTe）薄膜電池、銅銦鎵硒 （CIGS）薄膜電池、砷化鎵（GaAs）薄膜電池、染料敏化薄膜電池、非晶硅薄膜電池等。可以根據(jù)不同的性質(zhì)和應(yīng)用場(chǎng)景，進(jìn)行選擇，靈活搭配，提高使用率，降低成本。

（三）性能高，短路現(xiàn)象少。

幾乎不需要硅原料且由于其體積更為輕量化，其采用的原材料較少，并且其制作極少使用硅原料，因而短路問(wèn)題極少發(fā)生提高了電池性能的穩(wěn)定性。同時(shí)電池?fù)p耗較小、光電效率高、累積發(fā)電量較高。

（四）節(jié)能環(huán)保，可持續(xù)發(fā)展。

使用太陽(yáng)能電池這一類(lèi)清潔能源，可以減少對(duì)不可再生資源（如石油、煤炭等）的使用，積極踐行可持續(xù)發(fā)展觀(guān)念。同時(shí)，由于這些資源再使用過(guò)程中，會(huì)造成污染、溫室氣體等環(huán)境問(wèn)題，大力使用太陽(yáng)能電池可以更好地保護(hù)環(huán)境，還人們碧海藍(lán)天、綠水青山。

三、薄膜太陽(yáng)電池研究進(jìn)展及現(xiàn)存問(wèn)題

薄膜太陽(yáng)能電池主要包括非晶硅（α-Si）薄膜太陽(yáng)能電池、銅銦鎵硒化物（CIGS）薄膜太陽(yáng)能電池和碲化鎘（CdTe）薄膜太陽(yáng)能電池[1]。現(xiàn)如今，非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池仍存有成本高、穩(wěn)定性差、效率低等缺點(diǎn)，因而普及情況較差。而組件轉(zhuǎn)換率最高的當(dāng)屬銅銦鎵硒化物和碲化鎘，因而占據(jù)了一定的市場(chǎng)份額。

（一）碲化鎘（CdTe）薄膜電池

作為早期太陽(yáng)能電池研發(fā)的成果之一，CdTe電池具有成本低廉、技術(shù)簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)和轉(zhuǎn)換率高等特點(diǎn)，在太陽(yáng)能電池中一直處于穩(wěn)步發(fā)展的地位，但是其也有不可忽視的缺點(diǎn)。鎘元素具有易揮發(fā)、延展性等特點(diǎn)，極大提高了薄膜電池的柔性，但是其對(duì)人體有害，并且污染環(huán)境，因此受到環(huán)保組織的一定反感。所幸，蒸氣輸運(yùn)法沉積等措施可以有效降低其污染問(wèn)題的影響，成為主要應(yīng)用的太陽(yáng)能電池。

（二）銅銦鎵硒（CIGS）薄膜電池

提及近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型太陽(yáng)電池，銅銦鎵硒薄膜電池應(yīng)當(dāng)是成果較為顯著的一個(gè)，也是當(dāng)前效率最高的薄膜電池之一。將銅銦鎵硒薄膜噴于基底之上，方式主要有磁控濺射、真空蒸發(fā)等。基底一般用玻璃，也可用不銹鋼作為柔性襯底。

（三）鈣鈦礦太陽(yáng)能電池

由表1可知，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究是當(dāng)前的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，學(xué)界學(xué)者及相關(guān)技術(shù)人員致力于提升其性能，促進(jìn)其應(yīng)用。但是，當(dāng)前該類(lèi)太陽(yáng)能電池仍存在穩(wěn)定性低這一制約其應(yīng)用的主要因素。為了提高穩(wěn)定性，必須考慮多種影響因素，包括HTM 層和電極材料制備、晶體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鈣鈦礦的組成、界面工程、薄膜制備方法、模塊技術(shù)和封裝方法等問(wèn)題[2]。

四、取向極化助推高效柔性新型薄膜太陽(yáng)電池的重要性

提高薄膜太陽(yáng)能電池穩(wěn)定性、效能以及柔性仍是當(dāng)前學(xué)界所要攻克的重點(diǎn)問(wèn)題，取向極化作為特殊的電解質(zhì)極化現(xiàn)象，其對(duì)提升電池穩(wěn)定性、增強(qiáng)電池柔性具有重要作用。因此，學(xué)界學(xué)者應(yīng)當(dāng)擴(kuò)展思維，從電池本身入手，著眼于其性能提高等要求上來(lái)。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在未來(lái)，取向極化助推高效柔性新型薄膜太陽(yáng)電池研發(fā)將有助于薄膜太陽(yáng)能電池走向應(yīng)用，并在可持續(xù)發(fā)展背景下，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)、擴(kuò)大就業(yè)渠道，同時(shí)為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)等方面提供廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈秋波，王雪，于中橫，趙晨陽(yáng)，孫艷錚.新能源“薄膜太陽(yáng)能電池”的發(fā)展?jié)摿Ψ治鯷J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2020，28（25）：82-83.

[2]許慶巖，任元文，劉世民.太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展[J].功能材料與器件學(xué)報(bào)，2020，26（04）：257-262.

基金項(xiàng)目：江西省教育廳科技項(xiàng)目“取向極化助推高效柔性新型薄膜太陽(yáng)電池”（編號(hào)：GJJ171066）

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