太阳能电池研究现状及发展趋势

编号：1432130135

本科毕业论文

太阳能电池研究现状及发展趋势

院系：

姓名：

学号：

专业：物理学

年级：2010级

指导教师：

职称：

完成日期：2014年5月11日

摘要

能源是人类社会存在和发展的物质基础，以煤炭、石油等化石燃料为代表的能源极大地促进了世界各国的经济发展。然而，化石燃料的大量使用也带来了一系列的问题，如能源危机和环境污染，促使人类探寻新的、清洁、安全、可再生的能源——太阳能，由此极大地促进了太阳能电池技术的飞速发展。鉴于此，在查阅大量文献的基础上，首先综述太阳能电池的种类，然后就其研究现状、存在的问题、解决的途径以及发展趋势等做了一些分析，完善太阳能电池的相关研究。

关键词：太阳能电池；研究现状；发展趋势

I

Abstract

Energy is the material basis for the existence and development of human society, To coal, oil and other fossil fuels for energy is greatly promoted the economic development of countries all over the world. However, Use of fossil fuels also brings a series of problems, such as energy crisis and environmental pollution, human in the search for a new, clean, safe, renewable energy, solar energy. Thus greatly promote the rapid development of the solar cell technology. In view of this, on the basis of consulting a large number of literature, firstly reviews the types of solar cells, and then the research situation and existing problems, solutions as well as development trend made some analysis and research to improve the solar cell.

Key word: Solar cell；Research status；Development trend

目录

1绪论 (1)

1.1 研究背景和意义 (1)

1.2 国内外发展现状 (2)

1.3 主要方法和研究进展 (4)

1.4 主要研究内容 (5)

2 太阳能电池简介 (6)

2.1 太阳能电池的工作原理 (6)

2.2 太阳能电池的种类 (6)

3 太阳能电池现状分析 (8)

3.1 硅太阳能电池 (8)

3.1.1 单晶硅太阳能电池 (8)

3.1.2 多晶硅太阳能电池 (9)

3.2 薄膜太阳能电池 (9)

3.2.1 非晶硅薄膜太阳能电池 (9)

3.2.2 多元化合物薄膜太阳能电池 (12)

3.3 新型太阳能电池 (13)

3.3.1 纳米晶太阳能电池 (13)

3.3.2 叠层太阳能电池 (13)

3.3.3 柔性电池 (14)

4 太阳能电池发展面临的问题及发展趋势 (15)

4.1 我国太阳能电池发展的主要问题及解决办法 (15)

4.2 太阳能电池发展趋势 (17)

5 结论与展望 (19)

参考文献 (20)

致谢 (21)

1 1 绪论

1.1 研究背景和意义 诺贝尔奖获得者美国Rice University 的Smalley 教授曾经指出，在未来的50年里，人类面临着随之而来的10大问题中，能源问题排在首位。目前人类使用的能源中，化石能源占90%以上，而到21世纪中叶，其比例将减少到人类使用能源的一半，达到其极值，之后核能和可再生能源将占主导地位。到

2100

年时，可再生能源将占人类使用能源的l/3以上[1-2]，如图1-1示。在诸多可再生能源中，包括太阳能、风能、潮汐能、地热能、氢能和生物质能，太阳能所蕴藏的能量是所有其他可再生能源能量总和的上千倍，因此发展太阳能潜力巨大。

自地球形成以来，生物就主要以太阳提供的热和光生存，人类利用太阳能这一取之不尽的清洁能源的想法由来已久, 最早是将它直接转换为热能利用, 后来光生伏特效应的发现使太阳能利用领域更加灵活、广阔，所谓太阳能电池是指由光电效应或光化学效应直接把光能转化成电能的装置。太阳能电池除具有清洁、能量充足的特点外，还可以直接设置在需要用电的地方发电。目前，太阳能电池的国际市场年增长率已达到30%，而在2030年前，还会以约25%的速度持续增长，太阳能光伏装机容量将从目前的约84GW 增长到2030年的300GW 。

中国的可再生能源中长期发展规划中，提出2020年可再生能源要占到15%，其中太阳能电池发电容量达到 1.8GW 。市场上的太阳能电池主要是硅基太阳能电池，其中又以多晶硅太阳能电池为主流。

图1-1 世界能源结构预测（欧盟联合研究中心）

众所周知，能源消耗量越来越大，传统能源越来越难以供应人类的发展，而且由于传统能源不够清洁，带来了一系列环境问题，作为一切能源的最终来源，太阳能以其具有无污染、清洁安全、普遍、可再生、可持续性等特点越来越被人们所关注，太阳能的利用显得意义重大。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式，太阳能电池发电是一种新兴的可再生能源，在能源消费中占有举足轻重的地位，据欧洲光伏工业协会EPIA预测，太阳能光伏发电在21世纪会占据世界能源消费的重要席位（图1-1），不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上[3]。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。

现今，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，尤其是能源危机及传统能源对环境污染程度日趋严重,更加快了人类对太阳能探索的步伐，开发清洁环保能源成为人类面临的重大问题, 研究太阳能电池因此也成为21世纪科学研究的重要领域之一，所以，研究太阳能电池具有重要的意义。表1-1为世界常规能源储备状况。

表1-1世界常规能源储备状况

剩余使用年限（自2012年开始计算）

能源种类世界中国

太阳能无穷大无穷大

石油约45年约15年

天然气约61年约30年

煤约230年约81年

铀约71年约50年

1.2 国内外发展现状

中国对太阳能电池的研究开发工作高度重视，早在七五期间，非晶硅半导体的研究工作已经列入国家重大课题，八五和九五期间，中国把研究开发的重点放

在大面积太阳能电池等方面。

根据半导体设备暨材料协会(SEMI)的统计，2011年中国国内新增光伏装机容量2.7GW，占到2011年全球新增光伏装机容量的10%左右。水利水电规划总院的数据显示，截至到2012年底，中国光伏发电容量已经达到了7982.68MW，超越美国占据第三，但是最重要的还是集中在西部地区。中国19个省共核准了484个大型并网光伏发电项目，核准容量是11543.9 MW；中国15个主要省已累计建成233个大型并网光伏发电项目，总的建设容量为4193.6MW，2012年兴建98个。其中青海、宁夏、甘肃3省的建设容量和市场份额都占据了半壁江山。为了解决这种光伏发电集中的情况，从2012年12月开始了分布式光伏发电示范项目的一个技术评审，到2013年5月，中国26个省市共上报了140个示范区，每一个示范区项目不是一个独立项目，可能涵盖了若干个市、县或者是镇，它的总容量是16529.6MW。根据OFweek行业研究中心的最新数据显示，2013年上半年中国新增光伏装机2.8GW，其中1.3GW为大型光伏电站。截至2013年上半年，中国光伏发电累计建设容量已经达到10.77GW，其中大型光伏电站5.49GW，分布式光伏发电系统5.28GW。

目前，国务院审议通过了《可再生能源中长期发展规划》，明确太阳能发电是可再生能源发展的重要组成部分，当前和今后一段时间要加快开发利用。按照国家规划，到2020年将达到1.8GW，到2050年将达到600GW（百万千瓦）。按照中国电力科学院的预测，到2050年，中国可再生能源的电力装机将占全国电力装机的25%，其中光伏发电装机将占到5%。与此同时，中国已经形成了多家世界级的光伏产品生产企业，并分别在美国、香港上市。从已上市企业的市值看，世界十大光伏企业中，中国有保利协鑫、茂迪（台湾）、天合光能、无锡尚德四家，分别位居第二、五、七、八。

德国、美国、日本三个国家是主要的利用太阳能的国家，集中了太阳能电池生产商，也是产品主要的需求国。西班牙则发展迅速。德国太阳能装机容量在2007 年达到1328MW，占世界新增容量的47%。是目前全球最大的太阳能发电市场，而西班牙是增长最快的市场之一，2007 年新增太阳能光伏发电装机容量640MW，同比增长480%，成为全球新的第二大市场。美国市场新增220 MW，同比增长57%，只有日本在政府取消了一定的政策补贴后增速下降了22%，综上，全球太阳能电池呈迅猛式的发展。图1-2为2010-2015年全球太阳能电池产量、增长率统计和预测。

图1-2 2010-2015年全球太阳能电池产量及增长率

太阳能电池优缺点主要体现在成本、转化率、生产工艺、技术等方面，导致电池转换效率提高的原因主要来自于以下几个方面：

(1) 材料质量的改善，显著的提高了光生载流子在电池体内的扩散长度和收集效率；

(2) 电池表面绒面和减反射膜的形成有效地提高了太阳光在电池体内的吸收；

(3) 铝背场(BSF)的形成有效地减少了电池背面的表面复合速率；

(4) 磷吸杂、铝吸杂和体内的氢钝化有效地提高了多晶硅材料的质量；

(5) 二氧化硅和氮化硅对发射(emitter)结的表面进行了有效的钝化，从而减少了电池前表面的复合速率；

(6)选择性扩散，即金属电极下的发射结浓度远远大于其余发射结的浓度，从而有效地抑制了电极区的复合速率，并提高了电池在短波处的光谱响应。

1.3 主要方法和研究进展

本课题的完成，采用了文献研究法、调查研究法、比较研究法等相结合的研究方法。具体步骤：

(1) 查阅资料，了解太阳能电池的种类和现实中主要利用哪些太阳能电池；

(2) 对太阳能电池现状进行分析总结，包括其优缺点、市场情况、发展面临主要问题等内容；

(3) 在指导老师的指导下，对发展趋势进行猜想、推理，完成论文。

关于太阳能电池的研究进展，目前以商品化的晶体硅的光电转化效率最高,技术成熟，但受材料纯度和制备工艺限制,成本高,很难再提高转化效率或降低成本，其大规模普及及应用受到一定程度的限制，并不是理想的发展对象，但就目前而言，晶体硅太阳能电池仍占行业的主导地位，占市场份额的90%。

而薄膜太阳能电池只需几μm的厚度就能实现光电转换,是降低成本和提高光子循环的理想材料。薄膜太阳能电池与晶体硅太阳电池相比具有以下优点：(1) 材料消耗少：薄膜太阳能电池只需使用极薄光电转换材料；(2) 制造能耗低：薄膜太阳能电池使用化学气相沉积、物理化学气相沉积等多种技术，与晶体硅太阳能电池高耗能的晶体拉制、切割工艺相比较，制造能耗大大降低；(3) 质量轻：薄膜太阳能电池结构质量轻、转换效率高、可根据用途使用软性基材制造，易折叠携带、应用空间弹性大。当前，薄膜太阳能电池的开发与应用已逐步走向商业化、产业化。本文综述了薄膜太阳能电池的研究现状,对薄膜太阳能电池的发展趋势进行了展望，薄膜太阳能电池开发太阳能电池的两个关键问题就是提高效率和降低成本。

1.4 主要研究内容

(1) 综述太阳能电池的研究背景及研究进展；

(2) 简要介绍太阳能电池原理及常见的几种太阳能电池；

(3) 阐述太阳能电池的国内外发展现状，分析各类太阳能电池的优缺点、市场应用情况、发展面临的主要问题及可能的解决方案等内容；

(4) 通过对太阳能电池相关资料和文献的学习与总结，预测太阳能电池的发展趋势。

2 太阳能电池简介

2.1 太阳能电池的工作原理

太阳能电池发电利用了太阳能电池的光生伏特效应，是一种直接将太阳辐射(直接辐射、散射辐射、反射、辐射等)能转化成为电能的发电形式。所谓光生伏特效应就是当物体受光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。当太阳光线照射到太阳能电池表面由P、N两种不同类型的半导体材料构成的P—N结时，一部分光子被硅材料吸收，光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了跃迁，形成电子空穴对。在P—N结内建电厂的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，如果从材料两侧引出电极，并接上负载就会产生电压和电流，对外部电路产生一定的输出功率，此即硅太阳能电池发电的基本原理。

而非晶硅太阳电池是在玻璃衬底上沉积透明导电膜，然后依次用等离子体反应沉积p型、i型、n型三层非晶硅，接着再蒸镀金属电极铝光从玻璃面入射，电池电流从透明导电膜和铝引出，其结构可表示为玻璃/透明导电膜/pin/铝[4]。

2.2 太阳能电池的种类

太阳能电池的种类（具体分类图2-1）：硅太阳能电池、多元化合物太阳能电池、有机物太阳能电池、纳米晶太阳能电池等。硅太阳能电池又分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟，规模生产时的效率为15%，在大规模应用和工业生产中占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。非晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为8%，且非晶硅薄膜太阳能电池重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用[5]。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。

薄膜太阳能电池又可分为非晶硅电池、微晶硅电池、化合物半导体II-IV族电池、色素敏化染料电池、有机导电高分子电池、铜铟硒化物电池等。它的模块

是由玻璃基板、金属层、透明导电层、电器功能盒、胶合材料、半导体层所构成的。具有相同遮蔽面积下功率损失较小，照度相同下损失的功率较晶体硅太阳能电池少等优点。

图2-1 太阳能电池分类

多晶硅电池

51% 非晶硅电池 46.1% 其他化合物电池 53.9%

3 太阳能电池现状分析

3.1 硅太阳能电池

硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池（图3-1）、多晶硅太阳能电池（图3-2）和非晶硅太阳能电池（图3-3）三种。

图3-1单晶硅电池图3-2多晶硅电池图3-3非晶硅电池

3.1.1 单晶硅太阳能电池

单晶硅太阳能电池转换效率为最高，技术也最为成熟。作为太阳能电池，单晶硅有很多特点：作为原料的硅材料在地壳中含量丰富，对环境基本上没有影响；单晶硅制备以及pn结的制备都有成熟的集成电路工艺做保证；硅的密度低，材料轻。即使是50um以下厚度的薄片也有很好的强度；与多晶硅、非晶硅比较，转换效率高[6]；电池工作稳定，已实际用于人造卫星等方面，并且可以保证20年以上的工作寿命。

单晶硅太阳能电池在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用，单晶硅太阳能电池要想进一步发展普及，必须降低成本并提高转化效率。

由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。单晶硅太阳能电池的构造和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料[7]。为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。

表3-1 主要太阳能电池对比

技术路线实验室最

高转换效

率

批量生产

效率

组件成本

（美元/W）

优缺点

晶体硅太阳能电池单晶硅电池24.70% 17% 2.29 硅耗大、成本高多晶硅电池19.30% 14% 2.25 硅耗大、成本高

薄膜太阳能

电池非晶硅薄膜电

池

12.80% 6%-7% 1.0-1.5

硅耗小、投资大、有

衰减

聚光太阳能电池40.70% 30% 3 效率高、成本高

3.1.2 多晶硅太阳能电池

多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，实验室最高转换效率为18%，工业规模生产的转换效率为10%。从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些（如表

3-1），材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此将逐步取代单晶硅太阳能电池的市场[8]。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。多晶硅太阳能电池的生产需要消耗大量的高纯硅材料，而制造这些材料工艺复杂，电耗很大，在太阳能电池生产总成本中己超二分之一。针对目前多晶硅电池大规模生产的特点，提高转换效率的主要创新点有以下几个方面：

(1) 高产出的各向同性表面腐蚀以形成绒面；

(2) 简单、低成本的选择性扩散工艺；

(3) 具有创新的、高产出的扩散和PECVDSiN淀积设备；

(4) 降低硅片的厚度；

(5) 背电极的电池结构和组件。

3.2 薄膜太阳能电池

3.2.1 非晶硅薄膜太阳能电池

非晶硅薄膜太阳电池在20世纪70年代世界能源危机时获得了迅速发展，它在降低成本方面的巨大潜力，引起了世界各国研究单位、企业和政府的普遍重视。非晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同，工艺过程大大简化，硅材料消耗很少，电耗更低，成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，它的主要优点是在弱光条件也能发电，有极大的潜力[9-10]。大力发

展薄膜型太阳电池不失为当前最为明智的选择，薄膜电池的厚度一般大约为0.5至数微米，不到晶体硅太阳电池的1/100，大大降低了原材料的消耗，因而也降低了成本。其非晶硅太阳能电池的主要特点是：

(1) 重量轻，比功率高

在不锈钢衬底和聚脂薄膜衬底上制备的非晶硅薄膜太阳能电池电池，重量轻、柔软，具有很高的比功率。在不锈钢衬底上的比功率可达1000W/kg，在聚脂膜上的比功率最高可达2000W/kg。而晶体硅的比功率一般仅40-100W/kg。由于衬底很薄，可以卷曲、裁剪，便于携带，这对于降低运输成本特别是对于空间应用十分有利。

(2) 抗辐照性能好

由于晶体硅太阳电池和砷化镓太阳电池在受到宇宙射线粒子辐照时，少子寿命明显下降。如在1Mev电子辐射通量1×1016e/cm2时，其输出功率下降60%，这对于空间应用来说是个严重问题。而非晶硅薄膜太阳电池则表现出良好的抗辐射能力，因宇宙射线粒子的辐射不会(或很小)影响非晶硅太阳电池中载流子的迁移率，但却能大大减少晶体硅太阳电池和砷化镓太阳电池中少子的扩散长度，使电池的内量子效率下降。在相同的粒子辐照通量下，非晶硅薄膜太阳电池的抗辐射能力远大于单晶硅太阳电池的50倍，具有良好的稳定性[10]。因此非晶硅薄膜太阳电池具有更高的抗辐照能力。

(3) 耐高温

单晶硅材料的能带宽度为1.1eV，砷化镓的能带宽度为1.35eV，而非晶硅材料的光学带隙大于 1.65eV，有相对较宽的带隙，所以非晶硅材料比单晶硅和砷化镓材料有更好的温度特性。在同样的工作温度下，非晶硅太阳电池的饱和电流远小于单晶硅太阳电池和砷化镓太阳电池，而短路电流的温度系数却高于晶体硅电池的一倍，这十分有利在较高温下保持较高的开路电压和曲线因子。在盛夏，太阳电池表面温度达到60-70度是常有的，良好的温度特性十分重要。

据报导在空间应用时，由于辐照和高温的原因，初始稳定效率为9%的非晶硅太阳电池，其性能优于初始效率为14%的单晶硅太阳电池[9,11]。非晶硅太阳电池经过30多年的发展,在技术上已取得很大进展，主要是用非晶碳化硅薄膜或微晶碳化硅薄膜来替代非晶硅薄膜做窗口材料，以改善电池的短波方向光谱响应；采用梯度界面层，以改善异质界面的输运特性；采用微晶硅薄膜做n型层，以减少电池的串联电阻；用绒面二氧化锡代替平面氧化铟锡；采用多层背反射电极，

以减少光的反射和透射损失，提高短路电流；采用激光刻蚀技术，实现电池的集成化加工；采用叠层的电池结构,以扩展电池的光谱响应范围，提高光电转换效率；采用分室连续沉积技术，以消除反应气体的交叉污染，提高电池的性能。上述技术的采用使非晶硅薄膜太阳电池的光电转换效率从2%提高到13.7%。

随着非晶硅薄膜太阳电池光电转换效率的提高，其产业化进程也取得令人瞩目的进展。由于非晶硅材料优越的短波响应特性，使其在计算器、手表等荧光灯下工作的微功耗电子产品中占据很大优势，不仅在80年代的10年中取得了数十亿美元的利润，而且至今仍具有很大的消费市场。从计算器、手表等弱光应用到各种消费品甚至功率方面的应用，如收音机、太阳帽、庭院灯、微波中继站、航空航海信号灯、气象监测、光伏水泵及小型独立电源等应用领域不断扩大，产量迅速上升。世界上出现了若干MW级的生产线和许多非晶硅薄膜太阳电池的企业，目前，整个非晶硅薄膜太阳电池的年销售量增长很快，形成了非晶硅薄膜、多晶硅和单晶硅的三分天下的局面。

尽管非晶硅薄膜太阳电池具有上述诸多优点，然而在发展中也显现出一些明显的问题。主要是电池的光电转换效率在强光作用下呈逐渐衰退的态势，这一问题是阻碍非晶硅薄膜太阳电池进一步发展的主要障碍。初期产品的光电转换效率本来就低(仅4-5%)，再加上30%左右的衰退率，使非晶硅薄膜太阳电池的低成本的优势被较低的效率所抵消。这样就造成了非晶硅薄膜太阳电池的产量从80年代末到90年代初期间处在停滞不前的徘徊阶段。对此学术界一直围绕如何提高非晶硅薄膜太阳电池光电转换效率稳定性的问题，从材料、器件结构等多个层面进行研究。特别针对光电转换效率在强光作用下衰退的机理进行了不懈的探索，初步结论是本征非晶硅材料的S-W效应。为了揭示S-W效应的起因,在理论上人们提出了各种微观模型：如Si-Si 弱键模型；电荷转移模型；再杂化双位模型；Si-H弱键模型以及桥键模型等。

由于独特的技术优势，多晶硅薄膜电池具有广阔的应用前景：

(1) 在光伏建筑一体化上的应用：采用薄膜太阳能电池作为玻璃幕墙可以在成本提高不多的前提下实现建筑物能源的自给自足，且整体性好，美观；

(2) 大规模低成本发电站：薄膜电池因为其弱光效应好，每天工作时间可超过8个小时，远高于晶硅电池每天约4个小时的工作时间，这补足了其发光效率相对较低的不足；

(3) 太阳能照明光源：由于薄膜硅太阳能电池的弱光响应好，这个优势使薄

膜电池组件在太阳能交通灯和公共照明系统上的应用更具优势。而LED节能灯和非晶硅薄膜电池的匹配，更是开创了无源照明的新纪元。

薄膜太阳能电池是缓解能源危机的新型光伏器件，太阳能的充分开发和有效利用为人类解决能源危机提供了一条途径，也必将给人类带来巨大的社会和经济效益，市场调查公司美国Nano Markets发布的预测显示，薄膜太阳能电池全球市场规模2015年将达到140亿美元。然而在太阳能电池开发和制备过程中，面临的问题和挑战依然很多，广大科研工作者尚需认真思考和解决以下几个方面的问题：(1) 降低太阳能电池的成本，使其应用更具有普遍性，而太阳能电池的薄膜化是降低成本的有效途径；(2) 拓宽其光敏响应频率范围，尤其是对可见光的利用，提高薄膜太阳能电池的转换效率[12]；(3) 研究新型材，提高薄膜太阳能电池的稳定性，减小材料本身对人类和环境的危害。

3.2.2 多元化合物薄膜太阳能电池

为了寻找单晶硅电池的替代品，人们除开发了多晶硅、非晶硅薄膜太阳能电池外，又不断研制其它材料的太阳能电池。其中主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，在广泛深入的应用研究基础上，国际上许多国家的碲化镉薄膜太阳电池已由实验室研究阶段开始走向规模工业化生产。现今，美国高尔登光学公司碲化镉薄膜电池的生产能力为2MW，日本的碲化镉电池产量为2.0MW，此外，德国一家公司将建成一家年产10MW的碲化镉薄膜太阳电池组件生产厂，预计其生产成本将会低于$1.4/W。该组件不但性能优良，而且生产工艺先进，使得该光伏组件具有完美的外型，能在建筑物上使用，既拓宽了应用面，又可取代某些建筑材料而使电池成本进一步降低。但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品[13]。

砷化镓III-V化合物电池的转换效率可达28%，砷化镓化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率，抗辐照能力强，对热不敏感，适合于制造高效单结电池。但是砷化镓材料的价格不菲,因而在很大程度上限制了用砷化镓电池的普及。

铜铟硒薄膜电池（简称CIS）适合光电转换，不存在光致衰退问题[13]，转换效率和多晶硅一样。具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向。唯一的问题是材料的来源，由于铟和硒都是比较

稀有的元素，因此，这类电池的发展又必然受到限制。

3.3 新型太阳能电池

3.3.1 纳米晶太阳能电池

纳米TiO2晶体化学能太阳能电池是新近发展的，优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在10%以上，制作成本仅为硅太阳电池的1/5～1/10。寿命能达到5年以上。纳米太阳能电池的研究也已成为光电化学领域研究的热点，在这一领域经过大量的研究，取得喜人的成就，但由于此类电池的研究和开发刚刚起步，估计不久的将来会逐步走上市场。此外，纳米晶太阳能电池仍存在一些问题，如染料敏化剂的制备成本较高，还有一个重要问题就是目前仍旧沿用液态电解质，由于电解液泄漏，电极腐蚀，电池寿命短等缺陷，使得以固态空穴传输材料代替液态电解质制备全固态纳米太阳能电池成为一个必然方向。目前，虽然已有大量的研究制备出全固态电池，并取得了一定的成绩，但由于大部分光电转换率不很理想仍需进一步深入研究。

3.3.2 叠层太阳能电池

叠层电池使得电池的性能可以得到叠加。太阳能电池的薄层化使其可以做得更薄，因此器件的叠层也变得更为现实可行。叠层电池可以是同种器件的叠层，也可以是异类器件的叠层。每一个叠层单元，由于感光部分的光响应性能不同，可分别吸收利用不同波段的太阳光。经过叠层，太阳光可以在全波段上都受到较好的吸收；同时由于器件之间的耦合效应，整体的光能转换效率可以达到更高水平。例如，单个III／V族化合物薄膜电池光电转换效率在10%一20%之间，经过叠层，能量转换效率亦可达到30%以上。在新概念电池方面，8.18%的染料敏化太阳能电池经过与13.9%的CIGS电池叠层，整体效率可达到15.09%。叠层太阳能电池的设计难题在于要寻找两种品格匹配良好的半导体晶体，其禁带宽度将引起高效率的能量转换。此外．在理想的情况下，电池导带的最上层应该有与底层价带大约相同的能量，这使得顶端半导体的电子被太阳光激发后能够很容易的从导带进入底部半导体晶格的孔。电子在价带上又被不同波长的太阳光激发。这样一来，两部分的电池一起工作，像两个串连的蓄电池，并且总功率与两个电池的功率总和相等。否则，当电子流过时就会因为由此产生的电阻造成功率损耗。另外就是实际应用中叠层电池的稳定性问题。

3.3.3 柔性电池

柔性太阳能电池板采用高晶硅材料制成，并用高强度、透光性能强的太阳能专用钢化玻璃以及高性能、耐紫外线辐射的专用密封材料层压制而成，有能抗冰雪、抗震、防压等多种优点，即使在温度剧变的恶劣条件下也能正常使用，。所以柔性电池能用在平板类太阳能电池难以胜任的许多领域，例如太阳能汽车、飞机、飞艇、建筑、纺织品、帐篷、服装、头盔，玩具等特殊曲面上。从制备工艺上看，由于该种电池有望采用成卷生产技术，便于大面积连续生产，降低成本的潜力很大。另外，柔性电池可以进行卷曲折叠，从而方便携带。柔性电池通常采用柔韧的聚合物半导体作为感光组元组装器件，或者在其他新概念电池中采用导电的柔性有机基板电极。目前几乎各种类型的光伏器件都在不同程度上实现了柔性化，如聚合物有机半导体太阳能电池、无机半导体太阳能电池、非晶硅、染料敏化太阳能电池等。

4 太阳能电池发展面临的问题及发展趋势

4.1 我国太阳能电池发展的主要问题及解决办法

由于国外市场特别是德国市场需求的刺激。我国太阳能电池厂家发展迅速，估计今年全国数十家企业新上的或扩产的太阳能电池生产线的产能目标将超过600MW，而实际产量也将达到300MW以上。但在“形势一片大好”的背后存在着不少潜在的问题。

(1) 硅原材料

太阳能电池用硅原材料缺乏已成为国际性的一大问题，对我国的影响尤为严重，国际上长期供货合同的均价以上涨了25%，而在我国，由于畸形发展，上涨的幅度远不止25%，一般向国外生产厂家直接订货合同价格为40-60美元/kg；同通过中间商的硅材料价格2005年一路飙升，一年之间已从25美元/kg上升到超过200美元/kg，最近已达220美元/kg。以目前国际市场太阳能电池销售价4.0-4.2美元/W计算[14]，如此昂贵的硅材料价格已使太阳能电池生产厂无利润可言，更为严重的是现在已有一些新上电池生产线、即使高价也买不到货，处于半停产状态，尽管洛阳中硅、四川峨眉等公司计划扩产，特别是洛阳中硅已决定新建年产1000吨多晶硅的生产线项目，但上这样的大项目风险不小，不仅投资很大，而且从年产300吨试验生产线扩展到年产1000吨生产线，技术上将会遇到不少问题。由于太阳能电池用多晶硅材料用量猛增，已带动了整个电子信息产业的硅材料上涨，影响到其他硅电子元器件的材料成本。

有资料表明，目前我国对多晶硅的需求量为3800吨，其中光伏产业需求2691吨，而我国多晶硅的产量只有60吨，即使全部供应光伏产业，也仅占市场需求的2.6%。我国硅原材料非常丰富，是石英砂矿（制备晶体硅的原材料）的出产大国，在海南岛等地拥有大量的矿产资源，在世界硅产量中我国就占了1/3，这是我国大力发展太阳能电池的有利资源条件。但是我国的提纯技术较为落后，提纯成本很高，价格贵。我认为，我们一定要重视多晶硅规模生产技术的自主研发，努力增大科技投入的，不能依赖于从国外买进技术，必须要靠科研人员和企业的自主研发创新，扭转现在的被动局面，为将来的发展作好技术储备。

(2) 市场

目前我国的太阳能电池产品主要是外销，太阳能电池和组件有95%以上销往

国外，国内市场份额很小，太阳能电池成了典型的两端在外的行业：技术、原材料在外，销售和市场在外，而加工制造在内，这导致高额利润由国外厂商赚，国内花费大量劳力、能源、资源、仅取得低额利润。值得注意的是，现在我国能源紧缺，消耗紧缺的能源制取可再生的能源产品，源源不断地输送到国外获得微薄收益，不符合国家的根本利益。

最近几年国内太阳能电池市场一直处于停滞不前的状态，在国外，发展太阳能光电产业主要是依靠大量安装屋顶并网系统，早在两年前已占全世界太阳能电池总用量的60%以上，现在估计已超过70%，而我国只有深圳、上海和北京有些

图4-1 中国太阳能电池产量及增长率

零星的并网屋顶系统，如果没有大中型城市和东南沿海经济发达地区大量推广屋顶并网系统，即使实施西部地区村通电工程也难以使我国的太阳能电池市场获得持久快速发展。

如果国内市场没有发展起来，一旦国外市场受阻，而众多的太阳能电池生产厂商将面临十分困难的局面。因此，太阳能电池要想获得长足的发展，必须要打开国内市场，这还依赖于政府的扶持。

(3) 技术进步

近年来我国太阳能电池产业发展很快，但技术进步并不显著，主流的晶体硅太阳能电池的技术进步几乎全依赖于先进的进口设备，很少有属自主创新的核心技术；除少数企业外，产品总体质量不如日、欧、美等发达国家。在目前的科技体制下，科研院所要想开展具有原创性的太阳能电池研究有很多困难，因此，包括生产设备制造在内的总体技术水平始终与发达国家有一定的差距。

我认为要解决技术进步的问题，关键是需要有一大批拔尖的技术人才，而我国现有的情况是：大学比较注重一些新型太阳能电池的研究，缺乏对常规太阳能电池生产工艺的研发，而一些有关科技院所已改制或面临改制，无力投入大量资

太阳能电池发展现状综述

太阳能电池发展现状综述 摘要：随着社会的发展，传统能源消耗殆尽,能源越来越收到重视。其中发展前景最为广阔的莫过于太阳能。太阳能绿色环保，因此逐渐受到了人们的普遍重视。太阳能已成为新能源领域最具活力的部分，世界各国都致力于发展太阳能。本文主要阐述了太阳能电池的发展历程，太阳能电池的种类，太阳能电池的现状以及发展前景. 关键词：太阳能电池；太阳能电池种类；发展现状； Narration on the Current Situation of Solar Battery Abstract:With the development of society, traditional energy will be used up in a short time.Eneygy are being payed more and more attention.And the solar energy is the most promising.Because of its’environmental protection,it gets widespread attention. Solar energy has become the most vibrant part among the new energy field,and all countrise tried their best to develop solar energy.This article mainly explains the development of solar battery,the types of solar battery,curent situation of solar battery and its’ prospect. Key Words:solar battery; types of solar battery; curent situation of solar battery 1引言 随着经济的发展，能源的重要性日趋凸显。但是石油、煤等不可生起源消耗殆尽，人们开始探索新的能源。太阳能取之不尽用之不竭，因此受到了人们的亲睐。在太阳能电池领域中，太阳能的光电利用是近些年来发展最快、最具活力的研究领域[1]．太阳能电池的研制和开发日益得到重视．制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础．其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生的光电子转化反应。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：①硅太阳能电池；②以无机盐如砷化镓Ⅲ一V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；③纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：①半导体材料的禁带不能太宽；②要有较高的光电转换效率；③材料本身对环境不造成污染；④材料便于工业化生产且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料[2]．这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因. 本文简要地综述了太阳能电池发展进程，太阳能电池的种类，以及发展现状，并讨论了太阳能电池的发展趋势。 2太阳能电池现状及其前景

有机薄膜太阳能电池的研究进展

有机薄膜太阳能电池的研究进展 摘要：围绕提高有机薄膜太阳能电池的能量转换效率，从太阳光吸收效率、激子的分解率、载流子的迁移率和电荷向电极的注入效率4个方面综述了国内外的研究进展，并指出了提高转换效率的研究趋势，展望了有机薄膜太阳能电池的美好前景。 关键词：有机薄膜太阳能电池；转换效率 1 前言 近年来，有机薄膜太阳能电池的发展尤其引人注目，德国、日本、韩国和美国在这一领域处于领先地位。相比传统的硅基太阳能电池，有机薄膜太阳能电池以其潜在的低成本、高效率、环境友好、稳定性高的特点，成为最有希望实现民用化光伏的产业，目前的转换效率突破了9%，发展趋势被业界一致看好。 2 有机薄膜太阳能电池的基本原理 图1 有机薄膜太阳能电池的基本原理 当阳光从阳极层（P型有机半导体）照射时，有机分子吸收光产生激子，激子向电子给体和电子受体的界面移动，在界面处通过光诱导解离分解成自由电子和自由空穴，自由电子和自由空穴各自向电极两端迁移，最后注入到两端电极输向外电路。 3 提高转化效率的研究进展 有机薄膜太阳能电池要实现产业化，就需要有较高的转换效率，目前提高转换效率的研究主要集中在以下几方面： 3.1 提高太阳光吸收效率 材料对太阳光的吸收效率越高激子的生成效率就越高。有机材料对太阳光的吸收一般在可见光区，大部分材料对太阳光的吸收利用率不超过40 %，提高材料的吸收光谱与太阳光谱的 匹配性是提高材料对太阳光吸收效率的有效途径。另外，还可以在器件结构中引入具有强吸收特性的材料。利用它们吸收部分太阳能量，再通过激子扩散将其转移给活性材料［1］。 将太阳光吸收特性不同的电池单元层积得到级联电池（又称叠层电池），通过底层电池对顶层电池的补充吸收可以增加对太阳光谱的吸收。张馨芳［2］等人研究了有机无机复合体系本体异质结叠层有机太阳能电池，用Ag作为夹层材料来连接上层的本体异质结太阳电池和下层的太阳电池，得到的叠层结构的太

有机太阳能电池研究进展(1)

专题介绍 有机太阳能电池研究进展 X 林　鹏,张志峰,熊德平,张梦欣,王　丽 (北京交通大学光电子技术研究所,信息存储、显示与材料开放实验室,北京,100044) 摘　要:有机太阳能电池与无机太阳能电池相比,还存在许多关键性问题。为了改善有机太阳能电池的性能,各种研究工作正在进行,这些研究主要是为了寻找新的材料,优化器件结构。对电池原理、部分表征方法、效率损失机制、典型器件结构、最近的发展、以及未来的发展趋势作了简要描述。 关键词:有机太阳能电池;器件结构;给体;受体;转换效率 中图分类号:T N 383 文献标识码:A 文章编号:1005-488X(2004)01-0055-06 Progres s in Study of Organic Sola r Ce ll LIN Peng ,ZHANG Zhi -feng ,XIONG De -ping ,ZHANG Meng -xin ,WANG Li (I nstitute of O p toelectronics T echnology ,Beij ing J iaotong University ,Beijing ,100044,China )Abstr act :Compaer ed with inorganic solar cells ,organic solar cells still have many critical pr oblems.In order to improve the properties of organic solar cells,a lot of different studies have been carried on.T he main purposes of these studies are to seek new mater ials and new device structure.A brief review of the theory of photovoltaic cells,along with some aspects of their characterization ,the basic efficiency loss mechanism ,typical device structures ,and the trends in research will be presented. Key wor ds :organic photovoltaic cell;device structure;donor;acceptor ;conversion effi-ciency 前　言 进入21世纪以来,由于煤、石油、天然气等自然资源有限,已经不能满足人类发展的需要。环境污染也已经成为亟待解决的严重问题。同使用矿物燃料发电相比,太阳能发电有着不可比拟的优点。 太阳能取之不尽,太阳几分钟射向地球的能量相当 于人类一年所耗用的能量。太阳能的利用已经开始逐年增长。但目前使用的硅等太阳能电池材料,因成本太高,只能在一些特殊的场合如卫星供电、边远地区通信塔等使用。目前太阳能发电量只相当于全球总发电量的0.04%。要使太阳能发电得到大规模推广,就必须降低太阳能电池材料的成本,或 第24卷第1期2004年3月 光　电　子　技　术OPT OELECT RONIC T ECHNOLOGY Vol.24No.1 Mar.2004 　 X 收稿日期:2003-11-17 作者简介:林　鹏(1978-),男,硕士生。主要从事光电子技术研究。 张志峰(1977-),男,硕士生。主要从事有机电致发光(OLED)的研究工作。熊德平(1975-),男,硕士生。主要从事无机半导体材料方面的研究工作。

硅基太阳能电池的发展及应用

.. 硅基太阳能电池的发展及应用 摘要：太阳能电池是缓解环境危机和能源危机一条新的出路，本文介绍了硅基太阳能电池的原理，综述了硅基太阳电池的优点与不足，以及硅基太阳能电池和其他太阳能电池的横向比较，硅基太阳能电池在光伏产业中的地位，并展望了发展趋势及应用前景等。 关键词：硅基太阳能电池转换效率 1引言 二十一世纪以来，全球经济增长所引发的能源消耗达到了空前的程度。传统的化石能源是人类赖以生存的保障，可是如今化石能源不仅在满足人类日常生活需要方面捉襟见肘，而且其燃烧所排放的温室气体更是全球变暖的罪魁祸首。随着如今全球人口突破70亿，能源的需求也在过去30年间增加了一倍。特别是电力能源从上世纪开始，在总能源需求中的比重增长迅速。中国政府己宣布了其在哥本哈根协议下得承诺，至2020年全国单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40% --45%，非化石能源占一次能源消费的比重提高至少15%左右【6】。 目前太阳能电池主要有以下几种：硅太阳能电池，聚光太阳能电池，无机化合物薄膜太阳能电池，有机化合物薄膜太阳能电池，纳米晶薄膜太阳能电池，叠层薄膜太阳能电池等，其材料主要包括产生光伏效应的半导体材料，薄膜衬底材料，减反射膜材料等【5】。

（图1：太阳能电池的种类） 太阳电池的基本工作原理是：在被太阳电池吸收的光子中，那些能量大于半导体禁带宽度的光子，可以使得半导体中原子的价电子受到激发，在p区、空间电荷区和n区都会产生光生电子左穴对，也称光生载流子。这样形成的光生载流子由于热运动，向各个方向迁移。光生载流子在空间电荷区中产生后，立即被内建电场分离，光生电子被推进n区，光生空穴被推进p区。因此，在p-n结两侧产生了正、负电荷的积累，形成与内建电场相反的光生电场。这个电场除了一部分要抵消内建电场以外，还使p型层带正电，n型层带负电，因此产生了光生电动势，这就是光生伏特效应(简称光伏)。

光伏电池的原理及发展现状

光伏电池的原理及发展现状 众所周知，太阳能是一种用之不竭、储量巨大的清洁可再生能源，每天到地球表面的辐射能量相当于数亿万桶石油燃烧的能量，太阳能开发与利用逐步成府重点发展的战略。热能和光能利用是太阳能应用的两种重要形式。光伏发电是利用光伏电池的光伏效应将太阳光的光能直接转换为电能的一种可再生、无污染的发电方式，正在全球范围内迅猛发展，其不仅要替代部分化石能源，而且未来将成为世界能源供应的主体，是世界各国可再生能源发展的重点。本文阐述了太阳能光伏电池的原理，综述了国内外光伏发电技术的发展现状及发展趋势。 光伏电池的原理及发展现状1839 年，法国的Edmond Becquerel 发现了光伏效应，即光照能使半导体材料内部的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流。光伏电池是基于半导体P- N 结接受太阳光照产生光伏效应，直接将光能转换成电能的能量转换器。1954 年，美国Bell 实验室的G．Pearson 等发明了单晶硅光伏电池，其原理如图1 所示。 图 1 中，太阳光照射到光伏电池表面，其吸收具有一定能量的光子，在内部产生处于非平衡状态的电子－空穴对;在P- N 结内建电场的作用下，电子、空穴分别被驱向N，P 区，从而在P- N 结附近形成与内建电场方向相反的光生电场;光生电场抵消P- N 结内建电场后的多余部分使P，N 区分别带正、负电，于是产生由N 区指向P 区的光生电动势; 当外接负载后，则有电流从P 区流出，经负载从N 区流入光伏电池。图2 为光伏电池等效电路，其中，Iph为与光伏电池面积、入射光辐照度成正比的光生电流（1 cm2硅光伏电池的Iph值为16 ～30 mA）;ID，Ish分别为P- N 结的正向电流、漏电流;串联电阻RS主要由电池体电阻、电极导体电阻等组成（RS一般＜1 ）;旁漏电阻Rsh 由硅片边缘不清洁或体内缺陷所致（Rsh一般为几k）;RL 为外接负载电阻，IL，UO 分别为光伏电池输出电压、电流;当负载开路（RL= ）时，UO即为开路电压Uoc，其与环境温度成反比、与电池面积无关（在100 mW/cm2的光谱辐照度下，硅光伏电池的Uoc一般为450 ～600 mV。与图2 对应的光伏电池解析模型，

太阳能电池的发展历史

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/f93862839.html, 太阳能电池的发展历史 作者：张金晶 来源：《商情》2016年第26期 【摘要】相对于风能、地热能、生物能和潮汐能等新能源，太阳能以污染小、可利用率高、资源分布广泛和使用安全可靠等优点，成为最具有发展前景的能源之一。目前，随着太阳能电池制备技术的不断完善，其技术的开发应用已经走向商业化、大众化，特别是一些小功率、小器件的太阳能电池在一些地区都已经大量生产而且广泛使用。所以谁先开发光电转换效率高、制备成本低的太阳能电池就能在将来的市场抢占先机。 【关键词】太阳能单晶硅薄膜电池 引言：随着社会的飞速发展，能源是影响当今社会进步的重要因素，但是现阶段人类社会发展大部分还是依靠化石能源提供能量。可是化石能源分布极不均衡，并且不可再生，而且燃烧化石能源带来的环境污染、雾霾气候和温室效应严重影响到了人类社会的可持续发展。然而太阳能是一种可再生清洁能源，可以提供充足的能量供人类使用，因此开发新能源，是人类社会薪火相传，世代相传的重要保证。 此外，不可再生能源的过快消耗对当今的环境形势提出了新的挑战。例如如何解决温室效应，臭氧空洞等问题。有限的化石能源以及在开发利用不可再生能源的过程中出现的负面影响，不仅阻碍了人类经济的飞速发展，而且还严重影响到社会的可持续发展。因此，发展一种新型能源已然成为世界各国提升自己综合国力和倡导能源发展的一个重要手段。 1. 第一代太阳能电池 第一代太阳能电池是发展时间最久，制备工艺最为成熟的一代电池，一般按照研究对象我们将其可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅电池。按照应用程度来说前两者单晶硅与多晶硅在市场所占份额最多，商业前景最好。 单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池。从单晶硅太阳能电池发明开始到现在，尽管硅材料有各种问题，但仍然是目前太阳能电池的主要材料，其比例约占整个太阳电池产量的90%以上。我国北京市太阳能研究所从20世纪90年代起开始进行高效电池研究，采用倒金字塔表面织构化、发射区钝化、背场等技术，使单晶硅太阳能电池的效率达到了19.8%。多晶硅太阳能电池的研究开发成本较低，稳定性也比较好，这两大优势引起了科研工作者的注意。其光电转换效率随着制备工艺的成熟不断提高，它达到的最高的光电转换效率为21.9%，但是它的电池效率在目前的太阳能电池中仍处于一般水平。 2.第二代太阳能电池

太阳能电池片技术发展的现状和趋势

太阳能电池片生产技术的发展和趋势 LED光伏电子项目部 2009/2/22

1太阳能电池片的生产工艺 1.1太阳能电池的工作原理 典型的太阳电池本质上是一个大面积半导体二极管，它利用光伏效应原理把太阳辐射能转换成电能。当太阳光照射到太阳电池上并被吸收时,其中能量大于禁带宽度Eg的光子能把价带中电子激发到导带上去，形成自由电子,价带中留下带正电的自由空穴，即电子-空穴对，通常称它们为光生载流子。自由电子和空穴在不停的运动中扩散到pn结的空间电荷区,被该区的内建电场分离电子被扫 到电池的n型一侧，空穴被扫到电池的p型一侧，从而在电池上下两面(两极)分别形成了正负电荷积累，产生“光生电压”,即“光伏效应”（photovoltaic effect）若在电池两侧引出电极并接上负载,负载中就有“光生电流”通过，得到可利用的电能,这就是太阳电池的工作原理，如图1所示。 图1太阳电池的工作原理 光伏效应是1839年法国Becqueral第一次在化学电池中观察到的。1876年在固态硒(Se)的系统中也观察到了光伏效应,随后开发出Se/CuO光电池。硅光电池的报道出现于1941年1954年，贝尔实验室Chapin等人开发出效率为6%的单晶硅光电池，为太阳能光伏发电奠定了技术基础，成为现代太阳电池时代的划时代标志。作为能源,硅太阳电池于1958年首先在航天器上得到应用。在随后10。多年里,硅太阳电池在空间应用中不断扩大，工艺不断改进,电池设计逐步定型。70 年代初，许多新技术引入电池制造工艺,转换效率有了很大提高。与此同时,硅太阳电池开始引入地面应用，70年代末，地面太阳电池产量已经超过了空间电池产量,促使成本不断降低。80年代初，硅太阳电池发展进入快速发展时期，技术进步和研究开发使太阳电池效率进一步提高，商业化生产成本持续降低，应用不断扩大。在太阳电池的整个发展历程中,先后开发出各种不同结构的电池，如肖特基(MS)电池、MIS电池、MINP电池、异质结电池等，其中同质p2n结电池自始至终占着主导地位，其他结构电池对太阳电池的发展也产生了重要影响。在材料方面,有晶硅电池、非晶硅薄膜电池、铜铟硒(CIS)薄膜电池、碲化镉(CdTe)薄膜电池、砷化镓薄膜电池等，由于薄膜电池被认为是未来大幅度降低成本的根本出路,因此成为太阳电池研发的重点方向和主流，在技术上得到快速发展,并逐步向商业化生产过渡，多晶硅薄膜电池和Gratzel电池在90年代中后期开始成为薄膜电池的研发热点,技术发展比较迅速。 1.2太阳能电池的生产工艺

中国太阳能发展现状及其前景

我国太阳能发展现状及其发展前景 摘要：能源是现代社会存在和发展的基石。随着全球经济社会的不断发展，能源消费也相应的持续增长，但是化石能源是不可再生的，所以，在化石能源供应日趋紧张的背景下，大规模的开发和利用可再生能源已成为未来各国能源战略中的重要组成部分。本文旨在介绍我国太阳能发展的现状及其发展方向。关键词：太阳能；清洁能源；化石能源；光伏发电；光热转换 0 引言 化石能源是千百万年前埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的，所以。随着时间的推移，化石能源的稀缺性越来越突显，且这种稀缺性也逐渐在能源商品的价格上反应出来。而且，化石能源在利用的过程中还会带来一系列的诸如温室效应，粉尘，酸雨等环境问题。而在全球的能源消费结构中化石能源的比例达到87%，在我国，化石能源的比例竟然达到了92%！[1]所以，在化石能源供应日趋紧张的背景下，大规模的开发和利用可再生能源已成为未来各国能源战略中的重要组成部分。 1. 太阳能的优点 在诸如风能，水利能，潮汐能，太阳能等各种新型清洁能源中，有很多专家学者都对太阳能青眼有加。 首先太阳能具有普遍性：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且勿须开采和运输。其次太阳能有无害害性，开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。 其次太阳能总量十分巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，而据世界能源会议统计，世界已探明可采煤炭储量共计15980亿吨，预计还可开采200年，全世界可开采的化石能源总量相当于33730亿吨原煤，所以可以说太阳能其总量属现今世界上可以开发的最大能源。 还有最重要的长久性：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。因此，太阳能的大规模开发利用是面向未来，实现可持续发展的必然选择。 2 我国太阳能资源的现状 我国土地辽阔，幅员广大，在中国广阔富饶的土地上，有着十分丰富的太阳能资源。全国各地太阳年辐射为3340MJ/m2~8400MJ/m2，中值为5852MJ/m2。从中国太阳能总量的分布来看，西部地区由于地理位置较好，太阳辐射总量很大。我国各省的太阳能资源分布如下表一所示。[2] 3 我国太阳能的发展现状 目前，我国利用太阳能的方式大多都是太阳能光热转换和光电转换两大种类，例如，太阳热水器、太阳灶、太阳房、太阳能干燥、太阳能温室、太阳能制冷与空调、太阳能发电及光伏发电系统等。 太阳能光热转换 太阳能光热转换是指将太阳光直接或通过聚光照射于集热器上，使光能直接转化为热能。目前主要用于太阳能热水器和太阳热能发电。 在光热转换方面，截至2007年底，中国太阳能热水器产量达2300万平方米，总保有量达亿平方米，占世界的55％，成为全球太阳能热水器生产和使用第一大国，且拥有完全自主知识产权，技术居国际领先水平。这种迹象表明，我国正在向太阳能时代迈进！为了促进太阳能热水系统的推广应用，国家制定

太阳能电池的研究现状及发展

太阳能电池的研究现状及发展 【摘要】近年来随着人们对环境的重视，对新能源的需要变得越来越大，太阳能成为新型能源将被广泛应用。黄铁矿结构的二硫化铁（FeS2）是一种具有合适的禁带宽度（Eg≈0.95eV）和较高光吸收系数（当λ≤700nm时，α=5×105cm-1）的半导体材料，而且其组成元素在地球上储量丰富、无毒，有很好的环境相容性。因此，FeS2薄膜在光电子以及太阳能电池材料等方面有潜在的应用前景，受到人们的广泛关注。本文从不同制备方法所制备出的二硫化铁薄膜的研究结果，来分析二硫化铁薄膜的研究状况。 【关键词】能源;二硫化铁;制备方法;光电性能 1.引言 太阳能电池自1954年由诺贝尔实验室和RCA公司几位杰出的科学家发明问世以来，由于地球变暖现象的日益严重，世界各国对二氧化碳的排放量均采取严格的管制，再加上石油匮乏，40年后将消耗殆尽，其价格持续攀升，这些因素都促成了对代替能源的重视与需求，也激发了太阳能产业的蓬勃发展。 太阳是一座聚合核反应器，它一刻不停地向四周空间放射出巨大的能量。它的发射功率为3.865×1026J/S（相当于烧掉1.32×1016ton标准煤释放出来的能量）。地球大气表层所接收的能量仅是其中的22亿分之一，但是地球一年接收的太阳的总能量却是现在人类消耗能源的12000倍。另外，根据文献记载太阳的质量为1.989×1030kg，根据爱因斯坦相对论（E=mc2）可以计算出太阳上氢的含量足够维持800亿年。而由地质资料得出的地球年龄远远小于这个数字。因此可以说太阳能是取之不尽、用之不竭的[1-3] 2.太阳能电池 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。 2.1 太阳能电池发展 目前，太阳能电池产品是以半导体为主要材料的光吸收材料，在器件结构上则使用P型与N型半导体所形成的PN结产生的内电场，从而分离带负电荷的电子与带正电荷的空穴而产生电压。由于晶体硅材料与器件在技术的成熟度方面领先于其他半导体材料，最早期的太阳能电池极为晶体硅制成，直到近几年晶体硅太阳能电池仍有大约90%的市场占有率。除了技术与投资门槛较低以外，不用担心硅原料匮乏等都是造成其市场占有率高的主因。 在晶体硅太阳能电池之后，大约从1980年起开始有非晶硅薄膜太阳能电池

太阳能电池发展现状及存在的主要问题

太阳能电池发展现状及存在的主要问题 晨怡热管2008-10-17 23:05:45 一、2005年国际太阳能电池产业发展情况 2005年，世界太阳能电池总产量1656MW，其中日本仍居首位，762M W，占世界总产量的46％，欧洲为464M W，占总产量的28％，美国156M W，占总产量的9％，其他274MW，占总产量的17％。 2004年全球前14位太阳能电池公司总产量达到1055MW，占当年世界总产量的88.3％，近五年来，日本Sharp公司一直领先，2004年产量达到324MW，见表1。

以2004年数据分析，各种太阳能电池中硅基太阳能电池占总产量的98％，晶体硅太阳能电池占总产量的84.6％，多晶硅太阳能电池占总量的56％，见表2。

2005年，世界光伏市场安装量1460M W，比2004年增长34％，其中德国安装最多，为837MW，比2004年增长53％，占世界总安装量的57％；欧洲为920MW，占总世界安装量的63％，日本安装量292M W，增幅为14％，占世界总安装量的20％；美国安装量为102MW，占世界总安装量的7％，其他安装量为146M W，占世界总安装量的10％。

至2005年全世界光伏系统累计安装量已超过5GW，2005年一年内投资太阳能电池制造业的资金超过10亿美元。现在，一个世界性的问题是制造太阳能的电池的硅原材料紧缺，尽管2005年全世界硅原材料供应增长了12％，但仍然供不应求，国际上长期供货合同抬价25％。持续的硅材料紧缺将对2006年太阳能电池生产产生较大的影响，预计2006年世界太阳能电池产量的增幅将不限制在10％左右。要解决硅材料的紧缺问题预计将需要5年以上的时间。 根据光伏市场需求预测，到2010年，全世界光伏市场年安装量将在3.2G到3.9GW之间，而光伏工业年收入将达到186美元到231亿美元。 日本和欧美各国都提出了各自的中长期PV发展路线图。 按日本的PV路线图（TV Roadmap 2030），到2030年PV电力将达到居民电力消耗的50％（累计安装容量约为100GW），具体的发展目标见表3和表4。

太阳能电池的种类特点及发展趋势

太阳能电池的种类特点及发展趋势一、种类 按照材料分类 硅太阳能电池：以硅为基体材料（单晶硅、多晶硅、非晶硅） 化合物半导体太阳能电池：由两种或两种以上的元素组成具 半导体特性的化合物半导体材料制成的太阳能电池(硫化镉、 砷化稼、碲化镉、硒铟铜、磷化铟) 有机半导体太阳能电池：用含有一定数量的碳－碳键且导电 能力介于金属和绝缘体之间的半导体材料制成的电池(分子 晶体、电荷转移络合物、高聚物) 单晶硅太阳电池 特点 硅系列太阳能电池中，单晶硅的光电转换效率最高，技术也最成熟，高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关成熟的加工工艺基础上。提高转换效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。单晶硅太阳能电池的转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍旧占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本据高不下，严重影响了其广泛应用。 单晶硅太阳能电池的特点是对于大于0.7μm的红外光也有一定的灵敏度。以p 型单晶硅为衬底，其上扩散n型杂质的太阳能电池与n型单晶硅为衬底的太阳能电池相比，其光谱特性的峰值更偏向左边（短波长一方）。它对从蓝到紫色的短波长（波长小于0.5μm）的光有较高的灵敏度，但其制法复杂，成本高，仅限于空间应用。此外，带状多晶硅太阳能电池的光谱特性也接近于单晶硅太阳能电池的光谱特性。 1. 铸造多晶硅 结晶形态分 单晶硅 多晶硅 非晶硅 高纯多晶硅 薄膜多晶硅 带状多晶硅 区熔单晶硅 直拉单晶硅

多晶硅太阳电池 特点 单晶硅太阳能电池的缺点是制造过程复杂，制造电池的能耗大。为解决这些问题，用浇铸法或晶带法制造的多晶硅太阳能电池的开发取得了进展。在1976年证明用多晶硅材料制作的太阳能电池的转换效率已超过10%，对大晶粒的电池，有报道效率可达20%。这种低成本的多晶硅太阳能电池已经大量生产，目前，它在太阳能电池工业中所占的分额也相当大。 但是多晶硅材料质量比单晶硅差，有许多 晶界存在，电池效率比单晶硅低； 晶向不一致，表面织构化困难。 单晶、多晶与非晶的区别 多晶：短程有序（团体有序），成百上千个原子尺度，通常是在微米的量级； 非晶：局部有序（个体有序），微观尺度，几个原子、分子尺度，一般只有十几埃至几十埃的范围； 单晶：长程有序（整体有序），宏观尺度，通常包含了整块固体材料。 尽管多晶硅材料由于存在晶粒间界而不利于太阳能电池转换效率的提高。但因为制备多晶硅材料比制备单晶硅材料要便宜得多，所以研究人员正致力于减少颗粒间界的影响以期得到低成本多晶硅太阳能电池。 发展趋势 晶硅太阳电池向薄片化方向发展 硅片减薄 硅片是晶硅电池成本构成中的主要部分。 降低硅片厚度是结构电池降低成本的重要 技术方向之一。 铸造多晶硅 结晶形态分 单晶硅 多晶硅 非晶硅 高纯多晶硅 薄膜多晶硅 带状多晶硅 区熔单晶硅 直拉单晶硅

柔性太阳能电池未来的发展趋势

柔性太阳能电池未来的发展趋势 来源：OFweek 太阳能光伏网发布时间：2014-11-27 6:29:27 近年来，光伏产业中的新兴技术层出不穷，种类繁多，但是大多都是朝着低成本、高转换率、柔性方向发展，其中比较成就斐然的是有机太阳能电池和染料敏化太阳能电池两种。 2010年起，有机光伏产业正在迅猛发展，许多科研机构纷纷开始与有机太阳能电池相关的研究，瑞士、德国、日本、美国等技术先进国家的政府也都设立了支持有机光伏产业发展的专项基金。在众多创业资本的扶持下，国外与有机太阳能电池相关的创新公司也纷纷涌现。目前国外从事有机太阳能电池开发并拥有自主技术的较成功企业有三家。在这三家主要企业中，Konarka和Solarmer的技术路线是高分子型，而Heliatek的技术路线是不溶性小分子型。这些公司都已经建立起了较大规模的中试线，能够生产一定面积的电池组件。 目前国内也有许多科研机构正在进行有机太阳能电池的研究，如清华大学导电高分子实验室、中国科学院化学研究所、华南理工大学、华东理工大学等，但是国内机构更偏向于基础技术研究，暂时还不具备走产业化方向的能力。厦门惟华光能是全国第一家进行有机太阳能电池研发的企业，目前处于中试阶段，其钙钛矿太阳能电池的实验室效率已达19%。该公司主要进行可溶性小分子有机太阳能电池的研究，可溶性小分子有机太阳能电池技术的稳定性好于高分子有机太阳能电池。后者的工作寿命实测值为三到五年，而可溶性小分子太阳能电池不需要考虑高分子太阳能电池中的相分离、高分子光致交联等问题，只要进行有效的隔氧封装，就可以实现十到二十年的工作寿命。值得注意的是，在诸多创新公司介入有机太阳能电池研究之后，电池的光电转化效率提升得更快了。按照业内的普遍预测，有机太阳能电池的光电转化效率将在2015 年突破19%，在2018年突破25%。 除了有机太阳能电池之外，目前有许多公司致力于染料敏化太阳能电池的产业化开发，如Solaronix，Dyesol等。染料敏化太阳能电池中必须使用电解质。转化效率在10%以上的染料敏化太阳能电池都是采用液态电解质的，液态电解质

太阳能电池材料的研究现状及未来发展

太阳能电池材料的研究现状及未来发展 太阳能是人类取之不尽，用之不竭的可再生能源，它不产生任何环境污染，是清洁能源.太阳光辐射能转化电能是近些年来发展最快，最具活力的研究，人们研制和开发了不同类型的太阳能电池.太阳能电池其独特优势，超过风能、水能、地热能、核能等资源，有望成为未来电力供应主要支柱.制造太阳能电池材料的禁带宽E:应在1.1eV-13W之间，以1.5eV左右为佳，最好采用直接迁移型半导体，较高的光电转换效率(以下简称“效率”)，材料性能稳定，对环境不产生污染，易大面积制造和工业化生产. 1954年美国贝尔实验室研制了世界上第一块实用半导体太阳能电池，不久后用于人造卫星.经近半个世纪努力，人们为太阳电池的研究、发展与产业化做出巨大努力.硅太阳电池于1958年首先在航天器上得到应用.在随后10多年里，空间应用不断扩大，工艺不断改进.20世纪70年代初，硅太阳电池开始在地面应用，到70年代末地面用太阳电池产量己经超过空间电池产量，并促使成本不断降低.80年代初，硅太阳电池进入快速发展，开发的电池效率大幅度提高，商业化生产成本进一步降低，应用不断扩大.20世纪80年代中至今，薄膜太阳能电池研究迅速发展，薄膜电池被认为大幅度降低成本的根本出路，成为 今后太阳能电池研究的热点和主流，并逐步向商业化生产过渡. 1.不同材料太阳电池分类及特性简介 太阳能电池按材料可分为品体硅太阳电池、硅基薄膜太阳电池、化合物半导体薄膜太阳电池和光电化学太阳电池等儿大类.开发太阳能电池的两个关键问题就是:提高效率和降低成本. 1晶体硅太阳电池 晶体硅太阳电池是PV(Photovoltaic)市场上的主导产品，优点是技术、工艺最成熟，电池转换效率高，性能稳定，是过去20多年太阳电池研究、开发和生产主体材料.缺点是生产成本高.在硅电池研究中人们探索各种各样的电池结构和技术来改进电池性能，进一步提高效率.如发射极钝化、背面局部扩散、激光刻槽埋栅和双层减反射膜等，高效电池在这些实验和理论基础上发展起来的. 2硅基薄膜太阳电池 多晶硅(ploy-Si)薄膜和非晶硅(a-Si)薄膜太阳电池可以大幅度降低太阳电池价格.多晶硅薄膜电池优点是可在廉价的衬底材料上制备，其成本远低于晶体硅电池，效率相对较高，不久将会在PV市场上占据主导地位.非晶硅是硅和氢(约10%)的一种合金，具有以下优点:它对 厚，材料的需求量大大减少，沉积温度低(约200'C)，阳光的吸收系数高，活性层只有1m 可直接沉积在玻璃、不锈钢和塑料膜等廉价的衬底材料上，生产成本低，单片电池面积大，便于工业化大规模生产.缺点是由于非晶硅材料光学禁带宽度为1.7eV，对太阳辐射光谱的长

太阳能电池的研究现状及发展趋势

太阳能电池的研究现状及发展趋势 摘要：太阳能电池的利用可为人类社会提供可再生的清洁能源。综述了太阳能电池的研究现状, 从材料、工艺与转换效率等方面讨论了它们的优势和不足之处, 并对太阳能电池的发展趋势进行了预测。 关键词：太阳能太阳能电池发展趋势 前言 随着煤、石油等一次性能源的逐渐枯竭及对环境的恶化影响，人类迫切需求对环境友好的可再生能源。目前，太阳能电池由于制造成本高、光电转换效率低，因而其应用受到了限制，但其优点及化石能源的枯竭又促使人们不断地寻找低成本、高效率的太阳能电池材料。 太阳能电池的研究现状 太阳能电池由材料分类大致可分为4类:硅太阳能电池;多元化合物薄膜太阳能电池;有机物太阳能电池;纳米晶太阳能电池。 目前研究和应用最广泛的太阳能电池主要是单晶硅、多晶硅和非晶硅电池。硅太阳能电池中以单晶硅太阳能电池转换效率最高,技术也最为成熟。单晶硅电池己十分成熟,效率高,寿命长,在大规模应用和工业生产中,单晶硅太阳能电池占据主导地位。单晶硅电池的最高效率已达到24.4%,而多晶硅电池的效率也已达到19.8%。但是硅电池生产工艺比较复杂,需要高温(400～2000)和高真空条件,这导致其制造成本较高;同时其成熟的技术使光电转换效率已基本达到极限值,而且其材料本身不利于降低成本。开发太阳能电池的两个关键是:提高转换效率和降低成本。由于非晶硅薄膜成本低,便于大量生产,受到普遍重视并得到迅速发展。目前非晶硅太阳能电池的研究取得两大进展:3叠层结构非晶硅太阳能电池转换效率达到13%,创下新的记录;3叠层太阳能电池年生产能力达5MW。非晶硅太阳能电池由于具有较高的转换效率和较低的成本及质量轻等特点,有着极大的潜力。 多元化合物薄膜太阳能电池主要有砷化镓(GaAs)电池、碲化镉(CdTe)电池、硫化镉(CdS)电池和铜铟硒(CuInSe2)薄膜电池。砷化镓及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。在多元化合物薄膜太阳能电池中,由于GaAs电池的原料价格昂贵,且不易制备;而CdTe电池含有危险的重金属元素,对环境保护不利,并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。 以聚合物代替无机材料是太阳能电池制造的方向。其原理是利用不同氧化还原型聚合物的不同氧化还原电势,在导电材料(电极)表面进行多层复合,制成类似无机pn结的单向导电装置。其中一个电极的内层由还原电位较低的聚合物修饰,外层聚合物的还原电位较高,电子转移方向只能由内层向外层转移;另一个电极的修饰正好相反,并且第一个电极上两种聚合物的还原电位均高于后者的两种聚合物的还原电位。当两个修饰电极放入含有光敏化剂的电解液中时。光敏化剂吸光

太阳能电池的发展与趋势

《物理演示实验》结课论文题目：太阳能电池的发展与趋势 学生姓名： 学号： 专业班级： 2013年 5月25日

摘要：现代社会应是节约型的社会，而社会生活也应是节约能耗的生活。而太阳能作为一种取之不尽的新型环保能源已成为世界各国世界上能源探究工作中的一个重要课题。是我国在经济目前状况下采取的较为简单、经济、环保、可靠的节能办法。近些年，随着我国经济的飞速发展、科技水平的快速提升，太阳能技术已逐渐普及、应用到各个行业领域乃至人们的生活中，而市面上也涌现出了大量的太阳能热水器、太阳能发电设备、太阳能照明器具等产品。其中，太阳能电池的应用，不仅充分发挥了太阳能技术环保、节能、可再生的特点，同时也有效满足了当代社会发展、科技进步的需求。本文就太阳能电池新发展的新概念及新的方向作简要的分析、探讨。 关键字：太阳能新能源太阳能电池 一、引言 太阳内部进行着剧烈的由氢聚变成氦的核反应，并不断向宇宙空间辐射出巨大的能量，可以说是“取之不尽、用之不竭”的能源。地面上的太阳辐射能随时间、地理纬度、气候变化，实际可利用量较低，但可利用资源仍远远大于满足现在人类全部能耗及2100年后规划的能源利用量?。地球上太阳能资源一般以全年总辐射量[kJ/(m^2·年)]和全年日照总时数表示。就全球而言，美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大，为世界太阳能资源最丰富地区。我国陆地面积每年接收的太阳辐射总量3．3×10^3～8．4×10^6 kJ/(m^2·年)之间，相当于2．4×10^4亿t标煤，属太阳能资源丰富的国家之一。全国总面积2／3以上地区年日照时数大于2200h，日照在5×10^6kJ/(m^2·年)以上。我国西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古高原的总辐射量和日照时数均为全国最高，属太阳能资源丰富地区；除四川盆地、贵州资源稍差外，东部、南部及东北等其他地区为资源较富和中等区，所以在我国太阳能有很大的发展前景。 随着新型太阳能电池的涌现，以及传统硅电池的不断革新，新的概念已经开始在太阳能电池技术中显现，从某种意义上讲，预示着太阳能电池技术的发展趋势。通过对太阳能电池的发展背景、现状进行分析，可将太阳能电池发展的新概念、新方向归纳为薄膜电池、柔性电池、叠层电池、以及新概念太阳能电池。 二、太阳能电池概况 1、太阳能电池定义 太阳能电池就是把太阳光转化为电的一种器件，在一般的情况下（注意条件），太阳能电池 的效率随光强增加而增加的。再进一步说就是太阳能电池效率和安装地的综合气候条件有关系。2、太阳能电池的分类 不同的材料对光的吸收系数不同，禁带宽度也不同，量子效率自然也不同，电池效率自然也 不同了。一般来说，单晶硅/多晶硅对光的系数系数远小于非晶硅的，所以非晶硅太阳能电池厚度仅仅有单晶硅/多晶硅厚度的百分之一即可较好的吸收太阳光。另外理论上讲GaAs太阳能电池的极限效率要大于其他太阳能电池的极限效率，因为GaAs太阳电池的禁带宽度在1.4ev，和地面太阳光光谱能量的最值最为接近。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池3、功能高分子材料制备的太阳能电池4、纳米晶太阳能电池等。硅是最理想的太阳能电池材料，这是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。在以上电池中单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟，光电转化效率可达23.3%。随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它材料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。目前国际成本大规模生产技术的研究主要集中在多晶硅、大面积薄膜非晶硅、CdTe电池、CIS 电池的制造技术、III-V族化合物半导体高效光电池，非晶硅及结晶硅混合型薄膜光电池等方面。 三、太阳能电池发展综述 长期以来，世界各国在大力发展经济的同时，各行业领域的过度生产消耗了大量的能源，倘若继续按照此种趋势发展，在未来的五十年里，能源危机将是影响人类生活、阻碍社会进步的首要问题。目前，不同国家、地区、种类的全部能源中，能够使用的化石能源占90%以上，若是以现阶段世界各国的能源消耗状态发展到二十一世纪的中期，可供使用的能源储备、化石能源所占比例将减少近50%，之后的能源需求必将是以可再生能源、核能为主。基于此种趋势，预计到2100年，在人类所使用的能源中，可再生资源将占有30%以上。可供开发、使用的可再生能源主要有地热能、生

铜铟镓硒薄膜太阳能电池的现状及未来

铜铟镓硒薄膜太阳能电池的现状及未来学术界和产业界普遍认为太阳能电池的发展已经进入了第三代。第一代为单晶硅太阳能电池，第二代为多晶硅、非晶硅等太阳能电池，第三代太阳能电池就是铜铟镓硒CIGS(CIS中掺入Ga)等化合物薄膜 太阳能电池及薄膜Si系太阳能电池。 铜铟镓硒薄膜太阳能电池是多元化合物薄膜电池的重要一员，由于其优越的综合性能，已成为全球光伏领域研究热点之一。本文阐述了铜铟镓硒薄膜太阳能电池的特性和竞争优势;介绍了国内外在铜铟 镓硒薄膜太阳能电池领域的研究现状;最后探讨了铜铟镓硒薄膜太阳 能电池的应用展望。 关键词：太阳能电池;薄膜;铜铟镓硒;展望 近几年，世界各国加速发展各种可再生能源替代传统的化石能源，以解决日益加剧的温室效应、环境污染和能源枯竭等全球危机。作为理想的清洁能源，太阳能永不枯竭，正成为当今世界最具发展潜力的产业之一。目前，太阳能电池市场主要产品是单晶硅和多晶硅太阳能电池，占市场总额的80%以上。由于晶硅电池的高成本和生产过程的高污染，成本更低、生产过程更加环保的薄膜太阳能电池得到快速发展。现阶段，有市场前景的薄膜太阳能电池有3种，分别是非晶硅、碲化镉(CdTe)和铜铟镓硒(CuInGaSe2,一般简称CIGS)薄膜太阳能电池。作为直接带隙化合物半导体，铜铟镓硒吸收层吸收系数高达

105cm-1，转化效率是所有薄膜太阳能电池中最高的，已成为全球光伏领域研究热点之一，即将成为新一代有竞争力的商业化薄膜太阳能电池。 1、铜铟镓硒薄膜太阳能电池的特性和竞争优势 太阳能电池的材料一般要求主要包括：半导体材料的禁带宽度适中;光电转化效率比较高;材料制备过程和电池使用过程中，不存在环境污染;材料适合规模化、工业化生产，且性能稳定。经过数十年电子工业的研究发展，作为半导体材料硅的提炼、掺杂和加工等技术已经非常成熟，所以，现在的商品太阳能电池主要硅基的。但是，硅是间接带隙半导体材料，在保证电池一定转化效率前提下，其吸收层厚度一般要求150～300微米以上，理论极限效率为29%，按目前技术路线，提升效率的难度已经非常巨大。同时考虑到加工过程近40%的材料损耗，材料成本是硅太阳能电池的最主要构成。另外，其材料生产过程的高温提炼、高温扩散导致其制备过程能耗高，这使其能量偿还周期长，整体成本高。尽管经过近几年的规模化发展，市场价格得到大幅下降，其每瓦成本仍高于2美元。如果再考虑到其制备过程的高污染，更增加了其环境治理社会成本，这些都严重制约了其竞争优势。相比较，薄膜太阳能电池具有较大的成本下降空间，同时它能够以多种方式嵌入屋顶和墙壁，非常适合光电一体化建筑和大型并网电站项目。在这种情况下，薄膜太阳能电池引起了人们的重视，近几年成了科技工作者的研究重点。从全球范围来看，光伏产业近期仍将以