取向极化助推高效柔性新型薄膜太阳电池

孔青荣

摘要：在十三五期间，薄膜发电产业取得了长足发展，对于其方法革新、结构变革以及环保节约等方面做出了突出贡献，为我国能源可持续发展保驾护航，尤其是薄膜太阳能电池的研发使用，更是学界研究的重点内容。取向极化，即在外电场力矩作用下，电偶极矩受到此影响，并趋向于定向排列，是一种电介质极化现象。

关键词：取向极化;薄膜太阳电池;柔性

因其原理，在电池研发创新层面有着不可忽视的作用。文章通过文献检索、技术梳理、会议等多方面进行调研，从研究现状、现存问题入手，阐述取向极化助推高效柔性新型薄膜太阳电池的意义价值，并基于此，提出相关建议。

一、我国薄膜太阳能电池研究现状

为研究薄膜太阳能电池研究现状，文章以中国知网数据库为数据源，对“薄膜太阳能电池”、“取向极化”等主题词进行组合检索，时间跨度：2017年-2021年，期刊来源为SCI、EI、CSSCI、北大核心、CSCD等，确保文献完整性、一致性、有效性及可靠性，检索所得文献数量、主要主题分布如表1所示。

由表1上半部分内容可知，当前学界对薄膜太阳能得研究主要分为对钙钛矿太阳能电池、燃料敏化这两类太阳能电池及其原材料进行研究，此外对光电性能提升、光电转化效率等方面进行探索也是当前工作之一。对取向极化一词进行检索，发现其相关内容仅有4篇文献，并且相关度低，又因其涉及极化概念，故对此内容的研究也是调研工作之一。由表1下半部分内容可知，当前学者不断探索弱化极化作用的方法，并且实现了多种模型的搭建，同时致力于提升电化学性能等。

二、新型薄膜太阳电池的优势

新型薄膜太陽能电池具有很高的使用价值、设计价值、环保价值、节能价值以及经济价值。具体优势有以下方面：

（一）适应性强、可塑程度高。

薄膜太阳能电池由于独特的原材料和制作技术，而具有可弯曲、可变形、可因地制宜，根据场景、用途等不同需求，设计不同外观，因而其适用性更强、可塑化更高。

（二）分类体系多元、适用场景多样。

太阳能电池其因原材料和技术的不同可以分为不同种类，其具有的性质也不尽相同，当前主流的薄膜电池主要有硅基薄膜电池、碲化镉（CdTe）薄膜电池、铜铟镓硒 （CIGS）薄膜电池、砷化镓（GaAs）薄膜电池、染料敏化薄膜电池、非晶硅薄膜电池等。可以根据不同的性质和应用场景，进行选择，灵活搭配，提高使用率，降低成本。

（三）性能高，短路现象少。

几乎不需要硅原料且由于其体积更为轻量化，其采用的原材料较少，并且其制作极少使用硅原料，因而短路问题极少发生提高了电池性能的稳定性。同时电池损耗较小、光电效率高、累积发电量较高。

（四）节能环保，可持续发展。

使用太阳能电池这一类清洁能源，可以减少对不可再生资源（如石油、煤炭等）的使用，积极践行可持续发展观念。同时，由于这些资源再使用过程中，会造成污染、温室气体等环境问题，大力使用太阳能电池可以更好地保护环境，还人们碧海蓝天、绿水青山。

三、薄膜太阳电池研究进展及现存问题

薄膜太阳能电池主要包括非晶硅（α-Si）薄膜太阳能电池、铜铟镓硒化物（CIGS）薄膜太阳能电池和碲化镉（CdTe）薄膜太阳能电池[1]。现如今，非晶硅薄膜太阳能电池仍存有成本高、稳定性差、效率低等缺点，因而普及情况较差。而组件转换率最高的当属铜铟镓硒化物和碲化镉，因而占据了一定的市场份额。

（一）碲化镉（CdTe）薄膜电池

作为早期太阳能电池研发的成果之一，CdTe电池具有成本低廉、技术简单、可操作性强和转换率高等特点，在太阳能电池中一直处于稳步发展的地位，但是其也有不可忽视的缺点。镉元素具有易挥发、延展性等特点，极大提高了薄膜电池的柔性，但是其对人体有害，并且污染环境，因此受到环保组织的一定反感。所幸，蒸气输运法沉积等措施可以有效降低其污染问题的影响，成为主要应用的太阳能电池。

（二）铜铟镓硒（CIGS）薄膜电池

提及近年来发展起来的新型太阳电池，铜铟镓硒薄膜电池应当是成果较为显著的一个，也是当前效率最高的薄膜电池之一。将铜铟镓硒薄膜喷于基底之上，方式主要有磁控溅射、真空蒸发等。基底一般用玻璃，也可用不锈钢作为柔性衬底。

（三）钙钛矿太阳能电池

由表1可知，钙钛矿太阳能电池的研究是当前的热点问题之一，学界学者及相关技术人员致力于提升其性能，促进其应用。但是，当前该类太阳能电池仍存在稳定性低这一制约其应用的主要因素。为了提高稳定性，必须考虑多种影响因素，包括HTM 层和电极材料制备、晶体结构设计、钙钛矿的组成、界面工程、薄膜制备方法、模块技术和封装方法等问题[2]。

四、取向极化助推高效柔性新型薄膜太阳电池的重要性

提高薄膜太阳能电池稳定性、效能以及柔性仍是当前学界所要攻克的重点问题，取向极化作为特殊的电解质极化现象，其对提升电池稳定性、增强电池柔性具有重要作用。因此，学界学者应当扩展思维，从电池本身入手，着眼于其性能提高等要求上来。

结语

综上所述，在未来，取向极化助推高效柔性新型薄膜太阳电池研发将有助于薄膜太阳能电池走向应用，并在可持续发展背景下，促进产业结构升级、扩大就业渠道，同时为我国经济发展、能源节约、环境保护等方面提供广阔的应用前景。

参考文献：

[1]贾秋波，王雪，于中横，赵晨阳，孙艳铮.新能源“薄膜太阳能电池”的发展潜力分析[J].科技经济导刊，2020，28（25）：82-83.

[2]许庆岩，任元文，刘世民.太阳能电池研究进展[J].功能材料与器件学报，2020，26（04）：257-262.

基金项目：江西省教育厅科技项目“取向极化助推高效柔性新型薄膜太阳电池”（编号：GJJ171066）

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