基于玻璃的铜铟镓硒太阳能电池
基于箔条的铜铟镓硒太阳能电池
薄膜太阳能电池的结构
因为太阳能电池的功能和结构是密切相关的，所以我们还是有必要回顾一下它的工作原理。薄膜太阳能电池背后的基础科学知识与传统的硅晶电池还是相同的。
光电转换电池需要依赖于半导体。半导体以纯物质存在时是绝缘体，但是被加热或和其他材料结合时便能够导电。当半导体材料被混合或掺杂磷后，就有了额外的自由电子，这就是我们所熟知的N型半导体。当半导体以其他材料掺杂（如硼），就有了额外的空位能够接收电子，这就是P型半导体。
薄膜太阳能电池通过一层膜将N型半导体和P型半导体连接起来，这就是连接面。即使在没有光的情况下，少量的电子能够从N型半导体穿过连接面到达P型半导体，产生一个小电压。在有光的条件下，光子能够击出大量的电子，这些电子流过连接面形成电流。此电流能够为用电设备供能，从白炽灯到手机充电器。
传统的太阳能电池在P型半导体和N型半导体中加入硅，而最新一代的薄膜太阳能电池使用碲化镉或铜铟镓硒薄层替代硅。Nanosolar公司已经开发出了一种新工艺将铜铟镓硒材料制成含油墨的纳米粒。一个纳米粒是指至少在一维上的尺寸小于1纳米的粒子。以纳米粒子的形式存在，铜铟镓硒四种元素在均匀分配系统中进行自装配，以确保这四种元素的比例永远是正确的。
下面将对组成两种非硅薄膜太阳能电池的膜层进行说明。值得注意的是，铜铟镓硒太阳能电池有两种基本的外形。玻璃态的电池需要用钼制造正电极，但是在箔条状电池中不需要钼薄层，因为箔条可以作为电极。氧化锌薄膜在铜铟镓硒电池中扮演另一电极的角色。在正负电极之间插入的是半导体材料和硫化镉，这两个薄层扮演了N型半导体和P型半导体的角色，用于传到电极之间产生的电流。
碲化镉电池和铜铟镓硒电池有着相似的结构。它的一个电极由一层渗了铜的碳胶制成，另以电极由氧化锡或锡酸镉制成。所用的半导体是碲化镉，和硫化镉一起扮演了N型半导体和P型半导体的角色。
那么薄膜太阳能电池的效率与传统太阳能电池相比如何呢？从理论上而言，硅晶太阳能电池的最大转换效率是50%，也就是有一半能量能够转换为电能。实际上，硅晶太阳能电池一般只能达到15%到25%的转换效率。薄膜太阳能电池对传统电池很有竞争力，因为碲化镉电池的效率已经超过了15%，而铜铟镓硒电池的转换效率已经达到了20%。
由于在薄膜太阳能电池中使用了镉，所以人们担心这会不会引起健康问题。镉是一种剧毒成分，像汞一样，也可以沿食物链积累，这是任何一项技术想成为绿色革命所不可避免的缺陷。国家可再生能源实验室和一些其他的机构公司正在研制无镉薄膜太阳能电池，这些无镉技术都想要证明它们与含镉电池一样高效。
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