1. Тонкоплівкові сонячні батареї на основі кадмій телуриду
CdTe — це складний напівпровідник з шириною забороненої зони (Eg) 1,45 еВ. CdTe став новим типом матеріалу для тонкоплівкових сонячних батарей з хорошими перспективами застосування завдяки високій здатності поглинати світло та можливості осадження CdTe плівок на великій площі. Однак через ефект самокомпенсації CdTe важко отримати гомоперехід з високою провідністю, тому на практиці переважно використовують гетероперехідні тонкоплівкові батареї. CdS і CdTe мають невелику різницю в константах решітки і зазвичай є найкращими матеріалами для вікон у тонкоплівкових CdTe батареях. Методи виготовлення тонких плівок CdTe включають рідкофазну епітаксії (LPE), сублімацію в близькому просторі, осадження паровим транспортом, розпилення, електрохімічне осадження та термічний розпил.
Висока ефективність тонкоплівкових сонячних батарей на основі CdTe забезпечує їм певну частку на ринку фотоелектричних пристроїв, а також тонкоплівкові CdTe сонячні батареї можуть бути гнучкими та прозорими, що розширює їхні перспективи застосування в автомобільній та будівельній галузях. Однак як Cd, так і Te є токсичними елементами, що обмежує поширення та застосування тонкоплівкових CdTe сонячних батарей. Тому майбутні дослідження мають зосередитися на зниженні вмісту токсичних елементів при одночасному підвищенні ефективності або на покращенні стабільності самої батареї та зменшенні ризику витоку токсичних елементів.
2. Тонкоплівкові сонячні батареї на основі GaAs
GaAs — це напівпровідниковий матеріал III-V групи з прямою забороненою зоною (Eg=1,43 еВ). Методи виготовлення тонкоплівкових сонячних батарей GaAs пройшли через дифузійний метод, LPE, метал-органічне хімічне осадження з парової фази (MOCVD) тощо.
Тонкоплівкові сонячні батареї GaAs мають багато переваг, таких як висока ефективність перетворення, хороша радіаційна стійкість і стійкість до високих температур, а також можуть бути виготовлені як гетеропідкладкові та багатошарові сонячні батареї, що розширює перспективи застосування GaAs батарей у космічній галузі. Однак виробничі витрати на тонкоплівкові батареї GaAs надто високі, а токсичні властивості As обмежують їх застосування у цивільній сфері. Тому майбутні дослідження мають зосередитися на спрощенні процесу виготовлення батарей і пошуку доступних та нетоксичних елементів для заміни As, щоб розширити сферу застосування цього типу сонячних батарей.
3. Тонкоплівкові сонячні батареї на основі селеніду міді-індію-галлію (CIGS)
Тонкоплівкові сонячні батареї CIGS виготовляються на основі тонкоплівкових сонячних батарей з селеніду міді-індію (CIS) шляхом заміни частини індію (In) елементом Ga. Типова структура тонкоплівкових батарей CIGS: TCO/ZnO/CdS/CIGS/задній електрод/підкладка. Основні методи виготовлення тонкоплівкових сонячних батарей CIGS — це розпилення, MOCVD, рідке розпилення, піроліз розпиленням, трафаретний друк та електродепозиція.
Тонкоплівкові сонячні батареї CIGS мають переваги високої ефективності, тривалого терміну служби, відсутності фотодеградації та можливості осадження на гнучкі полімерні та металеві підкладки. Однак вони мають і недоліки, такі як велика кількість синтетичних матеріалів, складний процес синтезу, а також наявність рідкісних елементів In і токсичного Cd у матеріалах, що підвищує вартість батареї та спричиняє серйозне забруднення навколишнього середовища. З огляду на недоліки рідкісних або токсичних елементів, недорогі Zn і Sn використовують для заміни дорогих In і Ga, щоб отримати тонкоплівкові сонячні батареї Cu2ZnSn(S, Se)4 (CZTSSe), схожі на CIGS батареї. Тонкоплівкові батареї CZTSSe не лише екологічно безпечні, а й CZTSSe є матеріалом з прямою забороненою зоною та великим коефіцієнтом поглинання. Тому, зменшуючи товщину тонкоплівкової батареї, можна зменшити кількість використаних матеріалів, що знизить загальну вартість цього типу батарей.
