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目前，雖然太陽(yáng)能電池板市場(chǎng)（2010年生產(chǎn)18.2 GWP）的主宰仍是晶硅太陽(yáng)能電池，但是，基于硫族化合物（S，SE和TE）的薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)，將大大增加它們的市場(chǎng)滲透。例如，第一太陽(yáng)能公司（First Solar）2010年生產(chǎn)15億瓦的碲化鎘（CdTe）組件，估計(jì)2011年底會(huì)達(dá)到23億瓦。其他碲化鎘公司，比如普萊姆星公司（Primestar）就屬于能源巨頭通用電氣公司，它正在加速碲化鎘生產(chǎn)，而很多其他公司，如太陽(yáng)能前沿公司（Solar Frontier），邁阿太陽(yáng)公司（Miasole），阿升特公司（Ascent），納米太陽(yáng)能公司（Nanosolar）等，都在集中搞銅銦鎵（DI）硒（CIGS：copper indium gallium （di）selenide）太陽(yáng)能電池。銅銦鎵硒有可能達(dá)到更高的效率，實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的設(shè)備效率已達(dá)20.3%（《創(chuàng)造新世界紀(jì)錄效率的銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能電池效率超過(guò)20%》）。

除了設(shè)備性能之外，價(jià)格波動(dòng)問(wèn)題（特別是銦），稀土稀缺性問(wèn)題（例如碲），以及潛在的環(huán)境問(wèn)題（如鎘的毒性問(wèn)題），都已引起一些人顧慮碲化鎘和銅銦鎵硒。最先找到的下一代薄膜光伏材料，就是低成本季銅鋅錫硫（CZTS：quaternary copper-zinc-tin-sulfide）和銅鋅錫硫族（CZTSSe：copper-zinc-tin-chalcogenide）。值得注意的是，這些材料包含地殼中豐富的天然元素，毒性非常低（見(jiàn)《豐富的無(wú)機(jī)材料可取代鉑用于染料敏化太陽(yáng)能電池》）。

“從歷史上看，大部分季銅鋅錫硫薄膜太陽(yáng)能電池的合成，是采用真空沉積金屬前體，之后再硫化，”休哥W ?希爾豪斯（Hugh W. Hillhouse）說(shuō)，他是華盛頓大學(xué)（University of Washington）化學(xué)工程系任伯格（Rehnberg）首席教授。“然而，這種方法具有挑戰(zhàn)性，原因是成本、空間異質(zhì)性成分和所形成的二元化合物，如硫化鋅（ZnS）。因此，他們正在開(kāi)發(fā)一些溶液為基礎(chǔ)的無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池化學(xué)技術(shù)，以顯著降低生產(chǎn)成本，提高性能。”

當(dāng)前的紀(jì)錄，銅鋅錫硫族太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率超過(guò)10.1%，這一紀(jì)錄是由米茲（Mitzi）和IBM的同事制造的（《高效率太陽(yáng)能電池采用地球上豐富的液體處理吸收劑》），使用的前體需要用肼（hydrazine）穩(wěn)定，肼是一種具有肝毒性、易爆的致癌溶劑。

有一篇論文發(fā)表在最近一期《先進(jìn)能源材料》上，就是《地球上豐富的光伏元素直接來(lái)自可溶性前體高產(chǎn)量需使用無(wú)毒溶劑》（Earth-Abundant Element Photovoltaics Directly from Soluble Precursors with High Yield Using a Non-Toxic Solvent），希爾豪斯和他的小組表明，還有其他的化學(xué)方法，使用更加良性的溶劑，這需要演示一種簡(jiǎn)單輕便的液相法（solution phase method），以制成季銅鋅錫硫薄膜太陽(yáng)能電池，使用市售前體和無(wú)毒溶劑，也可高產(chǎn)。

在這項(xiàng)工作中，一個(gè)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是有了一些替代品，這樣，不再使用納米晶體油墨或有毒溶劑如肼，也可以產(chǎn)生高效溶液加工的太陽(yáng)能電池。

“事實(shí)上，對(duì)于溶液加工無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池有什么可能性，我們很可能只是抓住了表面，”希爾豪斯說(shuō)。

他淺顯的新化學(xué)方法制備銅鋅錫硫族薄膜太陽(yáng)能電池，需采用旋涂溶液，就是一種高度可溶、價(jià)格便宜的市售前體，還有環(huán)保無(wú)毒溶劑，即二甲基亞砜（dimethyl sulfoxide），這樣，就可形成高質(zhì)量銅鋅錫硫族薄膜，在涂有鉬（molybdenum）的內(nèi)石灰（sodalime）玻璃上隨后進(jìn)行硒化（selenization）。制成的太陽(yáng)能電池設(shè)備具有空氣穩(wěn)定性，呈現(xiàn)的效率是4.1%。

希爾豪斯指出，從前體到薄膜，用這種方法摻合的金屬量可接近100%，采用納米晶體油墨方法就不是這樣的情況，但可以制成效率7.2%的設(shè)備。

這種新穎的加工方法打開(kāi)了一扇大門，可以制造成本低、用溶液加工制備的薄膜太陽(yáng)能電池，就采用地球上豐富的元素。吸收層沉積，可以采用狹縫擠壓涂層（slot die coating），間壁涂層，或其他易于升級(jí)的工藝。

“到目前為止，都很少了解這種基本電子屬性、缺陷物理學(xué)、熱力學(xué)，或季銅鋅錫硫的形成動(dòng)力學(xué)，甚至更不太了解基于季銅鋅錫硫的異質(zhì)結(jié)構(gòu)光電器件，”希爾豪斯說(shuō)。“單結(jié)太陽(yáng)能電池的理論效率極限，使用季銅鋅錫硫或銅鋅錫硫族均超過(guò)30%，很可能，一旦這些基本條件到位，季銅鋅錫硫太陽(yáng)能電池有朝一日就可以取代銅銦鎵硒、碲化鎘，甚至硅基光伏發(fā)電技術(shù)。”