電位差薄膜太陽能電池可以使用在價格低廉的玻璃、塑膠、陶瓷、石墨，金屬片等不同材料當基板來製造，形成可產生電壓的薄膜厚度僅需數μm，目前轉換效率最高可以達13%。薄膜電池太陽電池除了平面之外，也因為具有可撓性可以製作成非平面構造其套用範圍大，可與建築物結合或是變成建築體的一部份，套用非常廣泛。
基本介紹
- 中文名：電位差薄膜太陽能電池
- 基本概念：是在玻璃底上沉積透明導電膜
- 原理：反應將化學能或物理能轉化為電能
- 參數： 額定電壓
簡介,原理,參數,
簡介
基本概念
非晶矽(a-Si)太陽電池是在玻璃(glass)襯底上沉積透明導電膜(TCO)，然後依次用電漿反應沉積p型、i型、n型三層a-Si，接著再蒸鍍金屬電極鋁(Al).光從玻璃面入射，電池電流從透明導電膜和鋁引出，其結構可表示為glass/TCO/pin/Al，還可以用不鏽鋼片、塑膠等作襯底。
物理優勢
矽材料是現今太陽電池的主導材料，在成品太陽電池成本份額中，矽材料占了將近40%，而非晶矽太陽電池的厚度不到1μm，不足晶體矽太陽電池厚度的1/100，這就大大降低了
薄膜太陽能電池
薄膜太陽能電池
製造成本，又由於非晶矽太陽電池的製造溫度很低(-200℃)、易於實現大面積等優點，使其在薄膜太陽電池中占據首要地位，在製造方法方面有電子迴旋共振法、光化學氣相沉積法、直流輝光放電法、射頻輝光放電法、濺謝法和熱絲法等。特別是射頻輝光放電法由於其低溫過程(-200℃)，易於實現大面積和大批量連續生產，現成為國際公認的成熟技術。在材料研究方面，先後研究了a-SiC視窗層、梯度界面層、μC-SiCp層等，明顯改善了電池的短波光譜回響.這是由於a-Si太陽電池光生載流子的生成主要在i層，入射光到達i層之前部分被p層吸收，對發電是無效的.而a-SiC和μC-SiC材料比p型a-Si具有更寬的光學帶隙，因此減少了對光的吸收，使到達i層的光增加；加之梯度界面層的採用，改善了a-SiC/a-Si異質結界面光電子的輸運特性.在增加長波回響方面，採用了絨面TCO膜、絨面多層背反射電極(ZnO/Ag/Al)和多帶隙疊層結構，即glass/TCO/p1i1n1/p2i2n2/p3i3n3/ZnO/Ag/Al結構.絨面TCO膜和多層背反射電極減少了光的反射和透射損失，並增加了光在i層的傳播路程，從而增加了光在i層的吸收.多帶隙結構中，i層的帶隙寬度從光入射方向開始依次減小，以便分段吸收太陽光，達到拓寬光譜回響、提高轉換效率之目的。在提高疊層電池效率方面還採用了漸變帶隙設計、隧道結中的微晶化摻雜層等，以改善載流子收集。
非晶矽(a-Si)太陽電池是在玻璃(glass)襯底上沉積透明導電膜(TCO)，然後依次用電漿反應沉積p型、i型、n型三層a-Si，接著再蒸鍍金屬電極鋁(Al).光從玻璃面入射，電池電流從透明導電膜和鋁引出，其結構可表示為glass/TCO/pin/Al，還可以用不鏽鋼片、塑膠等作襯底。
物理優勢
矽材料是現今太陽電池的主導材料，在成品太陽電池成本份額中，矽材料占了將近40%，而非晶矽太陽電池的厚度不到1μm，不足晶體矽太陽電池厚度的1/100，這就大大降低了
薄膜太陽能電池
薄膜太陽能電池
製造成本，又由於非晶矽太陽電池的製造溫度很低(-200℃)、易於實現大面積等優點，使其在薄膜太陽電池中占據首要地位，在製造方法方面有電子迴旋共振法、光化學氣相沉積法、直流輝光放電法、射頻輝光放電法、濺謝法和熱絲法等。特別是射頻輝光放電法由於其低溫過程(-200℃)，易於實現大面積和大批量連續生產，現成為國際公認的成熟技術。在材料研究方面，先後研究了a-SiC視窗層、梯度界面層、μC-SiCp層等，明顯改善了電池的短波光譜回響.這是由於a-Si太陽電池光生載流子的生成主要在i層，入射光到達i層之前部分被p層吸收，對發電是無效的.而a-SiC和μC-SiC材料比p型a-Si具有更寬的光學帶隙，因此減少了對光的吸收，使到達i層的光增加；加之梯度界面層的採用，改善了a-SiC/a-Si異質結界面光電子的輸運特性.在增加長波回響方面，採用了絨面TCO膜、絨面多層背反射電極(ZnO/Ag/Al)和多帶隙疊層結構，即glass/TCO/p1i1n1/p2i2n2/p3i3n3/ZnO/Ag/Al結構.絨面TCO膜和多層背反射電極減少了光的反射和透射損失，並增加了光在i層的傳播路程，從而增加了光在i層的吸收.多帶隙結構中，i層的帶隙寬度從光入射方向開始依次減小，以便分段吸收太陽光，達到拓寬光譜回響、提高轉換效率之目的。在提高疊層電池效率方面還採用了漸變帶隙設計、隧道結中的微晶化摻雜層等，以改善載流子收集。
原理
概述
電池是一種能量轉化與儲存的裝置。它通過反應將化學能或物理能轉化為電能。電池即一種化學電源，它由兩種不同成分的電化學活性電極分別組成正負極，兩電極浸泡在能提供媒體傳導作用的電解質中，當連線在某一外部載體上時，通過轉換其內部的化學能來提供能。作為一種電的貯存裝置，當兩種金屬（通常是性質有差異的金屬）浸沒於電解液之中，它們可以導電，並在“極板”之間產生一定電動勢。電動勢大小（或電壓）與所使用的金屬有關，不同種類的電池其電動勢也不同。
電池的性能參數主要有電動勢、容量、比能量和電阻。
電動勢等於單位正電荷由負極通過電池內部移到正極時，電池非靜電力（化學力）所做的功。電動勢取決於電極材料的化學性質，與電池的大小無關。
電池所能輸出的總電荷量為電池的容量，通常用安培小時作單位。電池的能量儲存有限。電池的容量與電極物質的數量有關，即與電極的體積有關。
在電池反應中，1千克
薄膜太陽能電池
薄膜太陽能電池
反應物質所產生的電能稱為電池的理論比能量。電池的實際比能量要比理論比能量小。因為電池中的反應物並不全按電池反應進行，同時電池內阻也要引起電動勢降，因此常把比能量高的電池稱做高能電池。
電池的面積越大，其內阻越小。
實用的化學電池可以分成兩個基本類型：原電池與蓄電池。原電池製成後即可以產生電流，但在放電完畢即被廢棄。蓄電池又稱為二次電池，使用前須先進行充電，充電後可放電使用，放電完畢後還可以充電再用。蓄電池充電時，電能轉換成化學能；放電時，化學能轉換成電能。
原理
在化學電池中，化學能直接轉變為電能是靠電池內部自發進行氧化、還原等化學反應的結果，這種反應分別在兩個電極上進行。負極活性物質由電位較負並在電解質中穩定的還原劑組成，如鋅、鎘、鉛等活潑金屬和氫或碳氫化合物等。正極活性物質由電位較正並在電解質中穩定的氧化劑組成，如二氧化錳、二氧化鉛、氧化鎳等金屬氧化物，氧或空氣，鹵素及其鹽類，含氧酸及其鹽類等。電解質則是具有良好離子導電性的材料，如酸、鹼、鹽的水溶液，有機或無機非水溶液、熔融鹽或固體電解質等。當外電路斷開時，兩極之間雖然有電位差(開路電壓)，但沒有電流，存儲在電池中的化學能並不轉換為電能。當外電路閉合時，在兩電極電位差的作用下即有電流流過外電路。同時在電池內部，由於電解質中不存在自由電子，電荷的傳遞必然伴隨兩極活性物質與電解質界面的氧化或還原反應，以及反應物和反應產物的物質遷移。電荷在電解質中的傳遞也要由離子的遷移來完成。因此，電池內部正常的電荷傳遞和物質傳遞過程是保證正常輸出電能的必要條件。充電時，電池內部的傳電和傳質過程的方向恰與放電相反；電極反應必須是可逆
薄膜太陽能電池
薄膜太陽能電池
的，才能保證反方向傳質與傳電過程的正常進行。因此，電極反應可逆是構成蓄電池的必要條件。為吉布斯反應自由能增量(焦)；F為法拉第常數=96500庫=26.8安·小時；n為電池反應的當量數。這是電池電動勢與電池反應之間的基本熱力學關係式，也是計算電池能量轉換效率的基本熱力學方程式。實際上，當電流流過電極時，電極電勢都要偏離熱力學平衡的電極電勢，這種現象稱為極化。電流密度（單位電極面積上通過的電流）越大，極化越嚴重。極化現象是造成電池能量損失的重要原因之一。極化的原因有三：①由電池中各部分電阻造成的極化稱為歐姆極化；②由電極－電解質界面層中電荷傳遞過程的阻滯造成的極化稱為活化極化；③由電極－電解質界面層中傳質過程遲緩而造成的極化稱為濃差極化。減小極化的方法是增大電極反應面積、減小電流密度、提高反應溫度以及改善電極表面的催化活性。
電池是一種能量轉化與儲存的裝置。它通過反應將化學能或物理能轉化為電能。電池即一種化學電源，它由兩種不同成分的電化學活性電極分別組成正負極，兩電極浸泡在能提供媒體傳導作用的電解質中，當連線在某一外部載體上時，通過轉換其內部的化學能來提供能。作為一種電的貯存裝置，當兩種金屬（通常是性質有差異的金屬）浸沒於電解液之中，它們可以導電，並在“極板”之間產生一定電動勢。電動勢大小（或電壓）與所使用的金屬有關，不同種類的電池其電動勢也不同。
電池的性能參數主要有電動勢、容量、比能量和電阻。
電動勢等於單位正電荷由負極通過電池內部移到正極時，電池非靜電力（化學力）所做的功。電動勢取決於電極材料的化學性質，與電池的大小無關。
電池所能輸出的總電荷量為電池的容量，通常用安培小時作單位。電池的能量儲存有限。電池的容量與電極物質的數量有關，即與電極的體積有關。
在電池反應中，1千克
薄膜太陽能電池
薄膜太陽能電池
反應物質所產生的電能稱為電池的理論比能量。電池的實際比能量要比理論比能量小。因為電池中的反應物並不全按電池反應進行，同時電池內阻也要引起電動勢降，因此常把比能量高的電池稱做高能電池。
電池的面積越大，其內阻越小。
實用的化學電池可以分成兩個基本類型：原電池與蓄電池。原電池製成後即可以產生電流，但在放電完畢即被廢棄。蓄電池又稱為二次電池，使用前須先進行充電，充電後可放電使用，放電完畢後還可以充電再用。蓄電池充電時，電能轉換成化學能；放電時，化學能轉換成電能。
原理
在化學電池中，化學能直接轉變為電能是靠電池內部自發進行氧化、還原等化學反應的結果，這種反應分別在兩個電極上進行。負極活性物質由電位較負並在電解質中穩定的還原劑組成，如鋅、鎘、鉛等活潑金屬和氫或碳氫化合物等。正極活性物質由電位較正並在電解質中穩定的氧化劑組成，如二氧化錳、二氧化鉛、氧化鎳等金屬氧化物，氧或空氣，鹵素及其鹽類，含氧酸及其鹽類等。電解質則是具有良好離子導電性的材料，如酸、鹼、鹽的水溶液，有機或無機非水溶液、熔融鹽或固體電解質等。當外電路斷開時，兩極之間雖然有電位差(開路電壓)，但沒有電流，存儲在電池中的化學能並不轉換為電能。當外電路閉合時，在兩電極電位差的作用下即有電流流過外電路。同時在電池內部，由於電解質中不存在自由電子，電荷的傳遞必然伴隨兩極活性物質與電解質界面的氧化或還原反應，以及反應物和反應產物的物質遷移。電荷在電解質中的傳遞也要由離子的遷移來完成。因此，電池內部正常的電荷傳遞和物質傳遞過程是保證正常輸出電能的必要條件。充電時，電池內部的傳電和傳質過程的方向恰與放電相反；電極反應必須是可逆
薄膜太陽能電池
薄膜太陽能電池
的，才能保證反方向傳質與傳電過程的正常進行。因此，電極反應可逆是構成蓄電池的必要條件。為吉布斯反應自由能增量(焦)；F為法拉第常數=96500庫=26.8安·小時；n為電池反應的當量數。這是電池電動勢與電池反應之間的基本熱力學關係式，也是計算電池能量轉換效率的基本熱力學方程式。實際上，當電流流過電極時，電極電勢都要偏離熱力學平衡的電極電勢，這種現象稱為極化。電流密度（單位電極面積上通過的電流）越大，極化越嚴重。極化現象是造成電池能量損失的重要原因之一。極化的原因有三：①由電池中各部分電阻造成的極化稱為歐姆極化；②由電極－電解質界面層中電荷傳遞過程的阻滯造成的極化稱為活化極化；③由電極－電解質界面層中傳質過程遲緩而造成的極化稱為濃差極化。減小極化的方法是增大電極反應面積、減小電流密度、提高反應溫度以及改善電極表面的催化活性。
參數
電池的主要性能包括額定容量、額定電壓、充放電速率、阻抗、壽命和自放電率。
額定容量
在設計規定的條件（如溫度、放電率、終止電壓等）下，電池應能放出的最低容量，單位為安培小時，以符號C表示。容量受放電率的影響較大，所以常在字母C的右下角以阿拉伯數字標明放電率，如C20=50，表明在20時率下的容量為50安·小時。電池的理論容量可根據電池反應式中電極活性物質的用量和按法拉第定律計算的活性物質的電化學當量精確求出。由於電池中可能發生的副反應以及設計時的特殊需要，電池的實際容量往往低於理論容量。
額定電壓
電池在常溫下的典型工作電壓，又稱標稱電壓。它是選用不同種類電池時的參考。電池的實際工作電壓隨不同使用條件而異。電池的開路電壓等於正、負電極的平衡電極電勢之差。它只與電極活性物質的種類有關，而與活性物質的數量無關。電池電壓本質上是直流電壓，但在某些特殊條件下，電極反應所引起的金屬晶體或某些成相膜的相變會造成電壓的微小波動，這種現象稱為噪聲。波動的幅度很小但頻率範圍很寬，故可與電路中自激噪聲相區別。
充放電速率
有時率和倍率兩種表示法。時率是以充放電時間表示的充放電速率，數值上等於電池的額定容量(安·小時)除以規定的充放電電流（安）所得的小時數。倍率是充放電速率的另一種表示法，其數值為時率的倒數。原電池的放電速率是以經某一固定電阻放電到終止電壓的時間來表示。放電速率對電池性能的影響較大。
阻抗
電池內具有很大的電極-電解質界面面積，故可將電池等效為一大電容與小電阻、電感的串聯迴路。但實際情況複雜得多，尤其是電池的阻抗隨時間和直流電平而變化，所測得的阻抗只對具體的測量狀態有效。
壽命
儲存壽命指從電池製成到開始使用之間允許存放的最長時間，以年為單位。包括儲存期和使用期在內的總期限稱電池的有效期。儲存電池的壽命有乾儲存壽命和濕儲存壽命之分。循環壽命是蓄電池在滿足規定條件下所能達到的最大充放電循環次數。在規定循環壽命時必須同時規定充放電循環試驗的制度，包括充放電速率、放電深度和環境溫度範圍等。
自放電率
電池在存放過程中電容量自行損失的速率。用單位儲存時間內自放電損失的容量占儲存前容量的百分數表示。
額定容量
在設計規定的條件（如溫度、放電率、終止電壓等）下，電池應能放出的最低容量，單位為安培小時，以符號C表示。容量受放電率的影響較大，所以常在字母C的右下角以阿拉伯數字標明放電率，如C20=50，表明在20時率下的容量為50安·小時。電池的理論容量可根據電池反應式中電極活性物質的用量和按法拉第定律計算的活性物質的電化學當量精確求出。由於電池中可能發生的副反應以及設計時的特殊需要，電池的實際容量往往低於理論容量。
額定電壓
電池在常溫下的典型工作電壓，又稱標稱電壓。它是選用不同種類電池時的參考。電池的實際工作電壓隨不同使用條件而異。電池的開路電壓等於正、負電極的平衡電極電勢之差。它只與電極活性物質的種類有關，而與活性物質的數量無關。電池電壓本質上是直流電壓，但在某些特殊條件下，電極反應所引起的金屬晶體或某些成相膜的相變會造成電壓的微小波動，這種現象稱為噪聲。波動的幅度很小但頻率範圍很寬，故可與電路中自激噪聲相區別。
充放電速率
有時率和倍率兩種表示法。時率是以充放電時間表示的充放電速率，數值上等於電池的額定容量(安·小時)除以規定的充放電電流（安）所得的小時數。倍率是充放電速率的另一種表示法，其數值為時率的倒數。原電池的放電速率是以經某一固定電阻放電到終止電壓的時間來表示。放電速率對電池性能的影響較大。
阻抗
電池內具有很大的電極-電解質界面面積，故可將電池等效為一大電容與小電阻、電感的串聯迴路。但實際情況複雜得多，尤其是電池的阻抗隨時間和直流電平而變化，所測得的阻抗只對具體的測量狀態有效。
壽命
儲存壽命指從電池製成到開始使用之間允許存放的最長時間，以年為單位。包括儲存期和使用期在內的總期限稱電池的有效期。儲存電池的壽命有乾儲存壽命和濕儲存壽命之分。循環壽命是蓄電池在滿足規定條件下所能達到的最大充放電循環次數。在規定循環壽命時必須同時規定充放電循環試驗的制度，包括充放電速率、放電深度和環境溫度範圍等。
自放電率
電池在存放過程中電容量自行損失的速率。用單位儲存時間內自放電損失的容量占儲存前容量的百分數表示。
