构建生态宜居之都_从光伏建筑一体化开始

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1、构建生态宜居之都—从光伏建筑一体化开始时方晓，陈曦（沈阳建筑大学材料科学与工程学院，沈阳，中国，110168）摘要:本文介绍了太阳能电池在新型节能建筑中的应用。在回顾和比较了晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池以及柔性薄膜太阳能电池的发展历程和各自特点的基础上，总结了光伏技术与建筑相结合的几种方式。针对新兴的光伏建筑一体化技术，着重讨论了薄膜太阳能电池应用在光伏建筑一体化方面的优势，并对未来光伏建筑一体化的前景进行了充分展望。在介绍国内外太阳能电池研发和应用领域的一些新进展的同时，还提出了自行研发的染料敏化太阳能电池

2、的新颖制备技术。该技术的最大优势在于用自动控制的静电雾化喷射沉积系统使基底上导电层的制备、纳米二氧化钛层的制备、染料包覆、电解质灌注等步骤全部原位完成，实现低温、连续、可控、均匀的制备目标，为在线快速制备组装薄膜型太阳能电池的规模化生产奠定基础，同时也可以直接生成柔性薄膜太阳能光伏屋面卷材。关键词:薄膜太阳能电池；光伏建筑一体化；柔性薄膜电池；光伏幕墙1前言近年来，随着煤、石油、天然气等能源日益枯竭和环境污染日益加剧，可再生能源问题越来越引起人们的关注。太阳能作为无限可再生的清洁能源，光伏发电技术备受关注。太阳

3、能电池是利用光电效应或光化学效应将太阳能直接转化为电能的装置，是太阳能利用的有效形式。光伏的意义在于直接在现场把太阳能转化为电能，不用担心对环境的危害，没有噪音和污染。在光伏技术越来越广泛的商业化使用过程中，光伏与建筑的一体化是最重要的应用领域和市场。2为什么选择薄膜太阳能电池虽然商品化的晶体硅太阳能电池光电转换效率最高，但其受材料纯度和制备工艺限制，很难再提高转换效率或降低成本。而薄膜太阳能电池只需几μm的厚度就能实现光电转换，降低了制作成本，增加了它与晶体硅太阳能电池竞争的实力。目前，已经研发的薄膜太阳能电

4、池主要有非晶硅薄膜太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池、无机多元化合物薄膜太阳能电池和染料敏化纳米晶太阳能电池（DSSC）等。薄膜太阳能电池的种类、特性及适用场所如表1所示。非晶硅薄膜太阳能电池是用非晶硅半导体材料在玻璃、特种塑料、陶瓷、不锈钢等衬底上制备的一种薄膜电池，它是迄今薄膜太阳能电池中最成熟的产品，虽然在转换效率方面略逊于晶体硅太阳能电池，但该材料的沉积温度低，可直接沉积在廉价衬底材料上，工艺简单，单片电池面积大，便于工业化大规模生产，同时亦能减少能量回收时间，降低生产成本，这是晶体硅太阳能电池所不能比拟

5、的，因而它被公认为目前环保性能最好的太阳能电池。多晶硅薄膜太阳能电池是将多晶硅薄膜生长在低成本的衬底材料上,用相对薄的晶体硅层作为太阳能电池的激活层，它不仅保持了晶体硅太阳能电池的高性能和稳定性，而且材料的用量大幅下降，成本明显降低。因此，近几年多晶硅薄膜太阳能电池成为薄膜太阳能电池研究开发的热点之一。如日本SONY公司用多孔硅分离技术制备的多晶硅薄膜太阳能电池的光电转换效率达到12.5℅，而德国费来堡太阳能研究所采用区熔再结晶技术制得多晶硅薄膜太阳能电池转化效率可高达19℅。近年来开发出了以CdTe、CuIn

6、Se2、Cu(In,Ga)Se2和GaAs等为代表的新型无机多元化合物薄膜太阳能电池。CdTe薄膜太阳能电池属于多晶薄膜太阳能电池，由于CdTe结构简单，成本相对较低，也成为近年来国内外研发的热点。目前CdTe/CdS薄膜太阳能电池的实验室转1表1.薄膜太阳能电池的种类、特性及适用场所薄膜太阳能太阳能电池特性适用场所电池种类弱光性能好；转换效率比多晶硅电池低；成本较门窗玻璃、玻璃幕墙、非晶硅低透光屋顶电池稳定性好；效率比非晶硅电池高；多晶硅遮阳板、不透光屋面性价比高门窗玻璃、玻璃幕墙、无机多元化合物弱光性能好；

7、转换效率高；原材料有限；成本高透光屋顶染料敏化纳米晶转换效率较低；制作工艺简单；成本低玻璃幕墙、透光屋顶换效率已达到16.5℅。CuInSe2是一种三元化合物，是直接带隙的半导体材料，常温下带隙宽度为1.0eV，光吸收系数很大(大于104)，0.5μm厚的CuInSe2可以吸收90%的太阳光子，所以薄膜不需很厚，可以降低成本。目前在不同条件下得到Cu(In,Ga)Se2太阳能电池的转换效率几乎都与单晶硅太阳能电池转换效率相当。DSSC是利用二氧化钛纳米晶薄膜吸附无机或有机染料作为敏化剂而制备的一种新型太阳能电池

8、，如图1所示，主要由表面吸附了染料敏化剂的半导体电极、电解质、对电极组成。它以潜在的低成本、制作工艺简单和电池制备低能耗等优势赢得了世人的关注。同时所有的原材料和生产工艺无毒、无污染，部分材料可以充分回收，对保护环境有重要的意义。经过改进的柔性基材的薄膜太阳能电池柔软、尺寸随意、轻薄、安全、环保，拓展了DSSC的应用范围。在建筑产品上应用这种柔性太阳能电池，不仅可满足部分建筑物的能源需