薄膜太阳能电池这个名字就是根据其厚度特征定义出来的。硅晶太阳能电池有350微米左右厚的吸光层，但是薄膜太阳能电池的吸光层只有1微米厚。1微米也就是1米的百万分之一。
1．非晶硅
非晶硅薄膜是太阳能电池核心原材料之一，也称微晶硅。按照材料的不同，当前硅太阳能电池可分为三类：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池三种。非晶硅薄膜就是相对于单晶硅和多晶硅来说的。薄膜太阳电池作为一种新型太阳能电池，由于其原材料来源广泛、生产成本低、便于大规模生产，因而具有广阔的市场前景。薄膜电池基本上分为：非／微晶硅薄膜电池、CIGS薄膜电池和CdTe薄膜电池三种。
其中，GIGS的转换效率最高，约为10％～12％，CdTe的转换效率次之，约为8．5％～10．5％，非／微晶电池最低，一般为6％～8％；但从原材料的可获取性来看，非／微晶电池的原材料为硅烷，最为普遍，而另外两种电池的原材料中均包含稀有元素化合物，可获取性较低。近年来，非晶硅薄膜太阳电池逐渐从各种类型的太阳电池中脱颖而出，在全球范围内掀起了一股投资热潮。大尺寸玻璃基板薄膜太阳电池投入市场，必将极大地加速光伏建筑一体化、屋顶并网发电系统以及光伏电站等的推广和普及。同时，非晶硅薄膜电池在高气温条件下衰减微弱，所以也适合高温、荒漠地区建设电站。
2．铜铟镓硒电池板
CIGS是太阳能薄膜电池CuInxGa(1-x)Se2的简写，其具有稳定性好、抗辐照性能好、成本低、效率高等优点。小样品CIGS薄膜太阳能电池的最高转化效率2014年12月刷新为21．7％，由德国太阳能和氢能研究机构ZSW采用共蒸镀法制备。
大面积电池组件转化效率及产量根据各公司制备工艺不同而有所不同，一般在10％～15％范围内。铜铟镓硒薄膜太阳电池具有生产成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等特点，光电转换效率居各种薄膜太阳能电池之首，接近晶体硅太阳电池，而成本则是晶体硅电池的三分之一，被国际上称为“下一时代非常有前途的新型薄膜太阳电池”。
此外，该电池具有柔和、均匀的黑色外观，是对外观有较高要求场所的理想选择，如大型建筑物的玻璃幕墙等，在现代化高层建筑等领域有很大市场。
虽然CIGS电池具有高效率和低材料成本的优势，但他也面临三个主要的问题：
(1)制程复杂，投资成本高
(2)关键原料的供应不足
(3)缓冲层CdS具有潜在的毒性。
3．碲化镉
CdTe是Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体，带隙1．5eV，与太阳光谱非常匹配，最适合于光电能量转换，是一种良好的PV材料，具有很高的理论效率(28％)，性能很稳定，一直被光伏界看重，是技术上发展较快的一种薄膜电池。碲化镉容易沉积成大面积的薄膜，沉积速率也高。CdTe薄膜太阳电池是太阳能电池中最容易制造的，因而它向商品化进展最快。提高效率就是要对电池结构及各层材料工艺进行优化，适当减薄窗口层CdS的厚度，可减少入射光的损失，从而增加电池短波响应以提高短路电流密度，较高转换效率的CdTe电池就采用了较薄的CdS窗口层而创了最高纪录。要降低成本，就必须将CdTe的沉积温度降到550℃以下，以适于廉价的玻璃作衬底；实验室成果走向产业，必须经过组件以及生产模式的设计、研究和优化过程。
4．有机薄膜太阳能电池
有机太阳能电池，顾名思义，就是由有机材料构成核心部分的太阳能电池。主要是以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料，以光伏效应而产生电压形成电流，实现太阳能发电的效果。有机薄膜太阳能电池具有材料潜在的低价格、加工容易、可大面积成膜、分子及薄膜性质的可设计性、质轻、柔性等显著优点，但有机半导体的载流子迁移率较无机半导体低、稳定性差。目前有机太阳能电池光电转换效率很低，只有将光电转换效率提高到5％以上才可能大规模应用。
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