镉作为吸收体的薄膜半导体材料，与窗口层

CdS 形成异质结太阳电池。吸收层碲化镉薄膜

室温禁带宽度为

1.45eV。制备方法有生化、MOCVD、CVD、电沉积、丝网印刷、真空蒸发以及

原子层外延等多种方法，各种方法的转化效率均有

10%以上的记录。 

　　

3 纳米结构电池的研究 

　　太阳电池的发展历经了第一代半导体晶体片

pn 结太阳电池和第二代半导体薄膜 pin 结

构太阳电池，第一代转换效率较高但是成本较高，第二代成本低但是转换效率和稳定性不
够高。第三代电池应该朝着高效率、低成本、长寿命、无污染、高稳定性的方向发展，需要拓宽
对太阳光谱吸收范围，选择更加优质的材料、更加合理的结构、减少自身的损耗等。下面介绍
其特性。

 

　　

3.1 量子阱结构的带隙可调谐特性 

　　量子阱结构是利用两种或多种具有不同禁带宽度的材料，利用分子束外延或金属有机
化学气相淀积法形成的多层超薄异质结构。一维量子阱结构中，窄带隙材料是量子阱，宽带
隙材料是势垒层。量子阱结构用作太阳电池的特点是：第一，可以拓宽对太阳光谱的能量吸
收范围，这有利于实现宽频带和强吸收；第二，选择具有适宜晶格失配度的材料可以实现
量子阱有源区的无位错生长，可显著减少界面处的载流子复合过程，从而有效提高对光生
载流子的收集效率；第三，可以利用光子回收效应，即利用电池背面的分布布拉格反射镜
面的反射作用，使能量地狱量子阱带隙能量的光子被反射，从而减少暗电流。

 

　　

3.2 纳米薄膜的良好光吸收特性 

　　纳米半导体薄膜由纳米晶粒和界面结缔组织构成，晶粒尺寸

3-6 纳米，界面区宽 2-4 个

原子层厚。纳米半导体材料已经在各种纳米电子器件和光电子器件中占据重要地位，近期也
开始被应用于太阳电池。纳米薄膜的重要特点是：表面

/体积比大，因此与体材料或者其他

薄膜材料相比，光吸收系数更高；纳米薄膜材料具有显著的量子限制效应，通过控制晶粒
尺寸和密度分布可以调节能带特性，拓宽光吸收谱范围；良好的光照稳定性，例如纳米晶
薄膜无光致亚稳效应，具有较高的工作稳定性。

 

　　

3.3 纳米线阵列的低反射率特性 

　　纳米线、纳米棒、纳米晶须、纳米管等式典型准一维纳米结构，它们可以作为纳米结构太
洋电池的材料。纳米线结构和纳米薄膜相比优势是：第一，比纳米薄膜的比表面及更大，因
此光吸收能力更强；第二，纳米线中原子定向有序生长可提高结晶质量，此外一维电子运
输特性可以改善纳米结构中的载流子输运过程，

 从而有利于提高光电转换效率；第三，纳

米线结构反射率低、抗反射特性好、载流子迁移率高，因此是高转换效率的潜力材料。

 

　　结语

 

　　本文总结了

3 大类太阳电池，第一类是晶体硅电池，特点是光电转换效率高，但是成

本较高，制作工艺复杂。第二类是薄膜电池，特点是成本不高，但是光电转换效率不高，而
且稳定度和寿命不够高，并且有的材料对环境和人体有害。第三类是纳米结构太阳电池，这
类电池还处于研发阶段，但当前的科研成果认为纳米结构电池在转换效率、寿命、稳定性、无
害性等方面均有巨大的研究和开发的潜力，是未来的发展方向。

 

　　参考文献

 

　　

[1]耿新华，孙云，王宗畔，李长剑.薄膜太阳电池的研究进展[J].物理学和经济建设，

1999，2（28）. 
　　

[2]邓志杰.Si 基太阳电池发展现状[J].世界有色金属，2000（03）.