太阳能薄膜电池的制造技术革新

常艳霞

摘 要 要得到更轻更薄、光电转换率更高的太阳能薄膜电池，除了电池本身材质的研究，太阳能薄膜电池的制造技术革新也是突破点之一。3D打印作为一种新型的加法制造技术，将会对太阳能薄膜电池的制造技术革新提供诸多帮助。

关键词 太阳能；太阳能薄膜电池；技术革新

中图分类号 TK51 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）160-0138-02

1 太阳能的优势

太阳能具有其它能源都无法比拟的优点。首先是太阳光的覆盖范围广，不受地域的限制，矿产被开采或核能的能量产生后，必须要有运输的过程，而太阳能则不同，可以现场采集现场使用。其次，太阳能的开发使用潜力大，矿产的开采总是有限度的，但太阳能却几乎可以说是取之不尽，用之不竭的，只要太阳继续向地球辐射能量，那我们就可以一直利用太阳能。

再者，太阳能属于清洁能源，对环境没有任何危害，但在各种矿产的开采和使用过程中，无论是对人体的伤害还是对环境的污染作用都是巨大且不可避免的；对于核能，也存在很大的核污染隐患，核废料和核泄漏都是很严重的问题。在国内，雾霾时时触动着人们的神经，各种河流海洋的污染问题也层出不穷，环境保护更加得到人们的重视，这种情况下，清洁无污染的太阳能就更显得难能可贵。将来太阳能可以更好的工业化推广后，相信即使其成本会稍高，也必定会更加受国家、社会和消费者的青睐。因此，在应用太阳能已经得到越来越多的重视的同时，如何高效环保的利用太阳能就成了至关重要的问题。

2 太阳能电池大规模应用的瓶颈

若想有效的利用太阳能，就必须要用到太阳能电池。在太阳光的照射下，太阳能电池可以瞬间输出电压并产生电流，通过光电效应或光化学效应将太阳能转换成电能。

对于太阳能电池，主要有2方面问题阻碍了其大规模应用，一是成本，二是光电转换的效率。目前，虽然一部分太阳能电池的成本较低，但其光电转换效率非常不理想；另一部分太阳能电池虽然光电转换效率稍好，技术也较为成熟，但由于成本太高，难以被大规模推广。因而，从这两个方面解决太阳能电池本身的问题，才有可能进一步的对太阳能进行推广。

利用太阳能电池时，除了上面提到的太阳能电池本身的技术性问题，还会遇到一些外界环境的不利因素。如辐射至地球的太阳能的总能量虽然比较巨大，但这种能量却是比较分散的，这就导致了太阳能收集的不易。再者，即使在同一地点，不同时间被辐射到的太阳能总量也是不稳定的，要受季节、昼夜、天气等因素的影响。因此，虽然太阳能有诸多优点，且太阳能电池具备了一定的光电转换率，但太阳能电池的大规模推广应用仍任重而道远。

3 太阳能薄膜电池的优点

在各种太阳能电池中，硅太阳能电池的发展和应用相对要成熟一些，目前属于在应用中相对多的太阳能电池。硅太阳能电池的缺点是当温度升高时，它的光电转换率会降低；但是金属氧化物的太阳能电池则不同，当温度升高时，金属氧化物太阳能电池的光电转换率也会升高。同时，金属氧化物的成本比硅低，且来源较广阔，这使得金属氧化物有更广阔的应用潜力。在太阳能电池中，金属氧化物是作用机理是首先将光子转化成电子，然后通过电子将水解离成氧气和氢气。

更轻更薄、光电转换效率更高是太阳能电池的发展趋势，特别是对于应用在航空航天设备上的太阳能电池，对于太阳能电池的性能有着更严苛的要求。在太阳能电池中，太阳能薄膜电池有质量轻、厚度极薄、可弯曲的优点。在航天航空设备上利用太阳能电池时，选择太阳能薄膜电池有更多的优势，首先，薄膜电池的重量轻厚度薄，可以为飞行器节约更多的动力；其次，薄膜电池的可弯曲特性使其除了具有较好的强度外，还具备了更好的弯曲强度和韧性，这更有利于将薄膜电池包覆在飞行器上，从而可以更有效的采集太阳光。目前，太阳能薄膜电池的主要材质有铜铟镓硒、非晶体硅、碲化镉等。

4 太阳能薄膜电池的制造技术革新

要制备出更轻更薄、光电转换率更高的太阳能薄膜电池，除了电池本身材质的研究，薄膜电池制造技术的革新也是研究的一大重点。对于相同的材料，不同的制造技术也会导致其性能的差异，因此，选择更科学的太阳能薄膜电池加工制造方法，对更优性能的太阳能薄膜电池研究是非常有益的。

制造技术通常可被分为减法制造、等法制造和加法制造，减法制造无疑是最为人所知的形式，比如切削加工。等法制造一般是指在几乎不改变材料本身质量的情况下，通过技术手段改变其形状或内部结构，以得到理想的性能。加法制造是在制造的过程中，采取加量的方式，对单一零件进行制造，这是一种具有特色的新型制造方法。对于太阳能薄膜电池制造技术，应该更综合的考虑这3种方法，通过综合利用这3种制造方法，相信可以得到性能更优异的太阳能薄膜电池。

在本文中，笔者主要对加法制造进行一些介绍，在加法制造中，最著名的就是3D打印技术。3D打印是一种可以快速成型的制造技术，它以电脑中建立的数字模型为基础，通过运用金属粉末或聚合物等材料的逐层固化，用来制造所要得到的产品。这种制造技术与传统的制造技术是截然不同的，传统制造的逻辑是先获取一种材质合理的材料，然后通过模具成型或切削等方式将其加工成想要的结构。这种制造方法不仅步骤复杂，而且不可避免的会浪费许多材料。特别是对于一些价格较高的材料和形状较为特别的部件，如一个曲度较为特别的钛合金扇页，当其被制造成型时，被去除掉的材料质量甚至远远高于剩下的有效部件的质量，这不仅是经济的浪费，也是一种能量的浪费。

而3D打印则克服了这个缺点，在打印伊始，它就会按照既成模型的形状对原材料进行逐层加工，以一层一层打印叠加的方式，完成样品的成型。这种加工方法不仅可以有效节省原材料、节省加工能量，还更适用于制造一些特殊形状的部件，在加工过程中，也可以严格控制部件不同层面的材料属性。

对于太阳能薄膜电池，虽然它的厚度较薄，但它并不是均相材料，特别是在厚度方向，材料分布情况更为复杂，这就使其更适用于3D打印的方法。3D打印不仅可以严格控制产品的厚度，还可以有效控制产品在厚度方向的材料分布。但其中的挑战也是极高的，因为太阳能薄膜电池的厚度极薄，这就要求3D打印时必须可以准确控制材料的厚度，这样才能在太阳能薄膜电池的制造技术革新过程中发挥更大的作用。

参考文献

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