1. Cienkowarstwowe baterie słoneczne z tellurku kadmu
CdTe to półprzewodnik złożony o przerwie energetycznej Eg wynoszącej 1,45 eV. CdTe stał się nowym rodzajem materiału do cienkowarstwowych baterii słonecznych o dobrych perspektywach zastosowań dzięki wysokiej zdolności absorpcji światła oraz możliwości osadzania warstw CdTe na dużych powierzchniach. Jednak ze względu na efekt samokompensacji CdTe trudno jest przygotować homozłącze o wysokiej przewodności, dlatego w praktyce stosuje się głównie cienkowarstwowe baterie heterozłączeniowe. CdS i CdTe mają niewielkie różnice w stałych sieci krystalicznej i zwykle są najlepszymi materiałami okienkowymi stosowanymi w cienkowarstwowych bateriach CdTe. Metody przygotowania cienkich warstw CdTe obejmują głównie epitaksję fazy ciekłej (LPE), sublimację w warunkach bliskich próżni, osadzanie transportem pary, napylanie, osadzanie elektrochemiczne oraz termiczną dekompozycję natryskową.
Wysoka wydajność cienkowarstwowych baterii słonecznych CdTe sprawia, że zajmują one znaczący udział na rynku fotowoltaicznym, a cienkowarstwowe baterie słoneczne CdTe mogą być elastyczne i przezroczyste, co zwiększa ich perspektywy zastosowań w przemyśle motoryzacyjnym i budowlanym. Jednak zarówno Cd, jak i Te są pierwiastkami toksycznymi, co w pewnym stopniu ogranicza promocję i zastosowanie cienkowarstwowych baterii słonecznych CdTe. Dlatego przyszłe badania powinny koncentrować się na zmniejszeniu zawartości pierwiastków toksycznych przy jednoczesnym zwiększaniu wydajności lub na poprawie stabilności samej baterii i zmniejszeniu ryzyka wycieku toksycznych pierwiastków.
2. Cienkowarstwowe baterie słoneczne z GaAs
GaAs to półprzewodnik złożony grupy III-V o bezpośredniej przerwie energetycznej (Eg=1,43 eV). Metody przygotowania cienkowarstwowych baterii słonecznych GaAs obejmowały dyfuzję, LPE, metaliczno-organiczne osadzanie z fazy gazowej (MOCVD) i inne.
Cienkowarstwowe baterie słoneczne GaAs mają wiele zalet, takich jak wysoka sprawność konwersji, dobra odporność na promieniowanie i wysoką temperaturę, a także możliwość wykonania baterii na heteropodłożach i wielozłączowych, co zwiększa perspektywy zastosowań baterii GaAs w przemyśle kosmicznym. Jednak koszt produkcji cienkowarstwowych baterii GaAs jest zbyt wysoki, a toksyczne właściwości As ograniczają zastosowanie takich baterii w sektorze cywilnym. Dlatego przyszłe badania powinny skupić się na uproszczeniu procesu produkcji baterii oraz znalezieniu obfitych i nietoksycznych pierwiastków zastępujących arsen, aby poszerzyć zakres zastosowań tego typu baterii słonecznych.
3. Cienkowarstwowe baterie słoneczne z selenku miedziowo-indowo-galowego
Cienkowarstwowe baterie słoneczne CIGS są wykonane z cienkowarstwowych baterii z selenku miedziowo-indowego (CIS) poprzez częściową zamianę indu na gal. Typowa struktura cienkowarstwowych baterii CIGS to TCO/ZnO/CdS/CIGS/elektroda tylna/podłoże. Główne metody przygotowania cienkowarstwowych baterii CIGS to napylanie, MOCVD, natrysk ciekły, piroliza natryskowa, sitodruk oraz elektroosadzanie.
Cienkowarstwowe baterie słoneczne CIGS mają zalety takie jak wysoka wydajność, długi czas życia, brak efektu fotodegradacji oraz możliwość osadzania na elastycznych podłożach polimerowych i metalowych. Jednak baterie CIGS mają też pewne wady, takie jak duża liczba materiałów syntetycznych, skomplikowany proces syntezy oraz obecność rzadkich pierwiastków In i toksycznego Cd w materiałach, co nie tylko podnosi koszty baterii, ale także powoduje poważne zanieczyszczenie środowiska. W odpowiedzi na wady związane z rzadkimi lub toksycznymi pierwiastkami stosuje się tanie Zn i Sn do zastąpienia drogich In i Ga, aby uzyskać cienkowarstwowe baterie Cu2ZnSn(S, Se)4 (CZTSSe) podobne do baterii CIGS. Cienkowarstwowe baterie CZTSSe są nie tylko przyjazne dla środowiska, ale także CZTSSe jest materiałem o bezpośredniej przerwie energetycznej i dużym współczynniku absorpcji. Dlatego poprzez zmniejszenie grubości cienkowarstwowej baterii można ograniczyć ilość użytych materiałów, co obniża całkowity koszt tego typu baterii.
