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 rzeczywiste baterie to głównie cienkowarstwowe baterie heterozłączeniowe. Cd 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 przestrzeni bliskiej, osadzanie transportem pary, napylanie, osadzanie elektrochemiczne oraz termiczną dekompozycję natryskową.
Wysoka wydajność cienkowarstwowych baterii słonecznych CdTe sprawia, że zajmują one określony 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, metal-organiczną chemiczną depozycję 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 mogą być wykonane jako baterie heteropodłoża i wielozłączowe, 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 As, 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 zastąpienie części indu (In) pierwiastkiem Ga. 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 i elektroosadzanie.
Cienkowarstwowe baterie słoneczne CIGS mają zalety wysokiej wydajności, długiej żywotności, braku efektu fotodegradacji oraz możliwość osadzania na elastycznych podłożach polimerowych i metalowych. Jednak baterie CIGS mają też pewne wady, takie jak wiele materiałów syntetycznych, skomplikowany proces syntezy oraz obecność rzadkich pierwiastków In i toksycznego Cd w materiałach syntetycznych, 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.
