1. Тонкоплівкові сонячні батареї на основі телуриду кадмію
CdTe — це напівпровідник-компаунд 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 плівок CdTe 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 батареях CdTe. 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 CdTe забезпечує їм певну частку на ринку фотоелектричних пристроїв, а також тонкоплівкові сонячні батареї CdTe 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 сонячних батарей CdTe. 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 речовин.
2. Тонкоплівкові сонячні батареї на основі GaAs
GaAs — це напівпровідник-компаунд 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, їх можна виготовляти у вигляді гетеропідкладкових та багатошарових сонячних батарей, що розширює перспективи застосування GaAs у космічній галузі. Однак висока вартість виробництва тонкоплівкових батарей GaAs та токсичні властивості As обмежують їхнє застосування у цивільній сфері. Тому майбутні дослідження мають бути спрямовані на спрощення процесу виготовлення батарей і пошук 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
Тонкоплівкові сонячні батареї CIGS виготовляються на основі тонкоплівкових сонячних батарей з селеніду міді-індію (CIS) шляхом заміни частини індію (In) на елемент 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, піролізне розпилення, трафаретний друк та електродепозиція.
Тонкоплівкові сонячні батареї CIGS мають переваги високої ефективності, тривалого терміну служби, відсутності фотодеградації та можливість осадження на гнучкі полімерні та металеві підкладки. Однак вони мають і недоліки: багато синтетичних матеріалів, складний процес синтезу, а також рідкісні елементи In і токсичний Cd у складі, що не лише підвищує вартість батареї, а й 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. 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 і таким чином знизити загальну вартість цього типу батарей.
