有机太阳能电池的优势与前景
周宇翔王昊禺胡剑书赵秋辰
(北京大学化学与分子工程学院09 级，北京)
摘要简要分析了有机太阳能电池的机理，通过对比传统的硅基太阳能电池，分析了有机太阳能电池的优势，并对有机太阳能电池的前景作了展望。
关键词有机太阳能电池；硅基太阳能电池；电光转化率；能源回收年数；柔性材料
0．引言
能源是为人类的一切活动提供不同种类能量的资源，是人类社会最重要的基础资源之
一，可以说是与人类的现在与未来密不可分的一种物质，也因此备受人们关注。
能源按消耗后是否产生污染分为污染型能源（如化石燃料等）与清洁型能源（如水能、
风能、太阳能等）。在和谐社会与可持续发展的理念下，清洁型能源自然成为了当前各界关注的重点。清洁型能源中的太阳能更是以其覆盖面广，环境限制低，又无需运输等优点
而成为人们关注的焦点。
太阳能的开发与利用主要分为热能利用以及光能利用：一方面人们通过利用阳光加热水
产生蒸汽等方式以利用其内能，另一方面人们用太阳能电池将太阳能转化为电能来进行利用。综合比较，因电能更易储存和输送，将太阳能转化为电能更有利于人们对太阳能的综合利用。因此太阳能电池在近几十年中不仅是人们重点关注的问题，也是科学家最感兴趣的话题之一。
目前，从太阳能电池的市场的结构来看，硅材料的太阳能电池是主流，硅基太阳能电池
占有市场80% 以上[1]，而有机太阳能电池只占其中很小的一部分。但是，有机太阳能电池具
有一定的优势与前景，作为新近的研究重点同样受到了关注，所以本文将就各类的太阳能电池的结构、光电效率、生产技术成本、市场前景等方面做比较，综合讨论有机太阳能电池的优缺点。
1．太阳能电池原理
太阳能电池是一种可以将光能转化为电能的半导体装置，基于法国物理学家Edmund Becquerel 在1839 年发现的光伏效应（Photovoltaic Effect）制成[2]。例如P-N 异质结
结构，当光照射在n 型半导体与p型半导体之间的复合结构上时，n 型半导体中的电子作为
主要载流子离开原来的位置，产生空穴，而P-N 复合结构的界面处将产生电场。将电子与空穴分开（如图1 所示）从而产生光电压而形成电流，其他的结构同样可以产生电场而将电
子与空穴分离。这就是太阳能电池将光能转化为电能的基本原理。
图1 P-N复合结构的界面产生电场示意图‐ 2 ‐
2．有机太阳能电池的结构与原理
2.1 有机太阳能电池的原理
有机太阳能电池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。主要的光敏性质的有机材料均具有共轭结构并且有导电性，如酞菁化合物、卟啉、菁（cyanine）等。
2.2 有机太阳能电池的几种结构
有机太阳能电池按照半导体的材料可以分为单质结结构、P-N异质结结构、染料敏化纳
米晶结构。
2.3 单质结结构
单质结结构是以Schotty 势垒为基础原理而制作的有机太阳能电池。其结构为玻璃/金
属电极/染料/金属电极，利用了两个电极的功函不同，可以产生一个电场，电子从低功函的金属电极传递到高功函电极从而产生光电流。由于电子—空穴均在同一种材料中传递，所以其光电转化率比较低[3]。
2.4 P—N 异质结结构
P-N 异质结结构是指这种结构具有给体-受体（N 型半导体与P 型半导体）的异质结结构，结构如图。其中半导体的材料多为染料，如酞菁类化合物、北四甲醛亚胺类化合物[4]，利用半导体层间的D/A 界面以及电子—空穴分别在不同的材料中传递的特性，使分离效率提高。Elias Stathatos 等人结合无机以及有机化合物的优点制得的太阳能电池光电转化率
在5%~6%[5]。
2.5 NPC(nanocristaline photovoltaic cell)染料敏化纳米晶
染料敏化太阳能电池（DSSC）主要是指以染料敏化的多空纳米结构TiO2 薄膜伟光阳极
的一类太阳能电池。它是仿生植物叶绿素光合作用原理的太阳能电池。而NPC 太阳能电池可选用适当的氧化还原电解质从而使光电效率提高，一般可稳定于10%，并且纳米晶TiO2制备简便，成本低廉，寿命可观，具有不错的市场前景。
3．各类太阳能电池效率及对比及优势
鉴于现下的太阳能电池市场的组成主要为硅基太阳能电池，其余的以有机太阳能电池为主，所以我们再次对这两种电池从光电转化率、成本、单独制作、使用性能方面进行比较。
3.1 光电转化率的对比
从前文我们可以看到，有机太阳能电池中的DSSC 以及NPC 结构的太阳能电池的光电转化率目前最高能达到10%左右。而对于硅基太阳能电池，由于发展比较早，其工艺比较成熟，
转化率比较高。提高转化效率主要是通过单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺，例如德国费莱堡的夫朗霍夫太阳能系统研究所，他们采用一定的处理方法制得的电池转换效率超过23％[6]
。
从数据上来看，当前的有机太阳能电池比硅基的太阳能电池的转化率低约10%，有机太
阳能电池的光电转化率低现在仍是一个重要的制约其推广的问题。由此可见，如何提高转化率有机太阳能电池是有机太阳能电池的推广的重点问题。
3.2 成本以及工艺的的对比
有机太阳能电池中NPC 材料主要是纳米TiO2以及有机复合材料，这二者的生产成本均
远低于高精硅的提炼，从中我们可以预见到有机太阳能电池的成本低廉，事实上，现下的有‐ 3 ‐
机太阳能电池成本平均为硅基太阳能电池的10%-20%。
从生产工艺上讲，硅基太阳能电池主要重点是硅的表面微结构处理，以及硅的提纯处理
技术。有机太阳能电池的材料研发周期比较长，但是投入生产以后十分便捷，并且有机太阳能电池的精细程度比较容易掌握，有良好的市场前景。
3.3 使用性能的对比
为衡量太阳能电池的成本，我们引入了能源回收年数的概念：
能源回收年数=生产太阳能电池所消耗的能量/每年利用太阳能电池转化的能量
单晶硅多晶硅为19.3 年，采用连续加料炉可减至16 年，采用电子计算机控制14 年，
带状多晶太阳能电池9 年，α硅太阳能电池 1.5 年。而有机太阳能电池能源回收年数仅为传
统硅电池的10%~15%。
材料物理性质：有机材料多属柔性材料，超薄的有机太阳能电池也具有柔性，可以进行
折叠、卷曲。由于有机材料密度比较轻，因此方便携带。硅基太阳能电池不能进行弯曲折叠，并且密度较大，不便于携带。
由此可见，有机太阳能电池的寿命相当可观，方便实际使用，可以符合市场的实际需要。虽然受技术条件限制还存在环境适应性差、光电转化率不高等缺点，但仍有独特的优越性，具有很强的市场竞争力。
4.有机太阳能电池的前景
4.1 技术前景
（1）提高能量转化率
现今有机太阳能的转化率最高达到6.5%，只能驱动耗电极少的用电器工作。随着科学
技术的发展，科学家必将研制出转化率更高的电池。届时，手机、MP3 等常用工具将摆脱充电麻烦的问题，使人们的生活更加富有机动性。
提高能量转化率可以在以下几方面进行改进：
①优化表面结构，将电池表面反射的光重新聚集进入电池；
②使用反射镀膜复活光子和制造多结多禁带结构电池捕获宽波长的光子从而获得合理
的光子吸收率；
③使用低电阻率和小覆盖面的金属作为前点击已获得最大填充因子和较大光电流[7]
；
④制造由纳米级材料组成的光电池。纳米材料是由超细微粒组成的，其边界区的体积
大约是材料总体积的50%，这样的结构可能会带来神奇性能[8]
。
（2）便携、可折叠
与Si 基太阳能电池相比，有机太阳能电池的一大特点就是质量轻，柔软而可折叠。众
所周知，太阳能电池产生的功率与其受垂直光照的面积成正比。如果将有机太阳能电池设计成轻薄柔软的材料，做成类似阳伞的形状，既减小了体积，方便了携带，又可在有阳光的时候随时充电，实用性很强。
（3）仿生学应用
自然界有很多能够高效转化太阳能的酶。以光合作用的第一步光反应为例，通过原初反
应使光系统的反应中心发生电荷分离，产生的高能电子推动着光合膜上的电子传递，这种方法的光能转化率可以达到42%之多[9]。随着新型仿生技术的发展，达到，甚至超越这个数值
是很可能的。‐ 4 ‐
（4）两种模型猜想
①层状模型
采用透光性能较好的材料作为极板材料，采取多层叠加的方式，每一层使用不同的光敏
材料以吸收不同波长的光，从而达到尽可能多的吸收太阳光辐射的目的。这样做优点有二：a．有针对性的吸收特定长度的光更加便于控制，与传统的广谱吸光相比转化率更高。
b.光线可以在层间发生反射，有效地降低了光能向外界的耗散。
②针状模型。
将有机太阳能电池做成柔软的针状，并相对紧密的排列，增加其比表面积。光线照射在
上面时，通过在针间的无数次反射减少光能向外界的耗散。由于硅基太阳能电池多为刚性材料，质地脆而硬，制作上述电池有很大危险，因此选用有机太阳能电池无疑为更好的选择。
4.2 应用前景
已知太阳光照射到地球上的平均能量密度为1376W/平方米[9]，假设能量转化率已达到
为30%。城市每个三口之家每天的平均用电量为3kw·h[9]，平均太阳光照时间4h，则只
需不
足2 平方米太阳能电池板即可为之提供充足的电力。另一方面，家庭电路最大熔断电流一般
在20A左右，最大瞬时功率4400W。达到此瞬时功率只需10平方米左右的太阳能电池板即
可。
工厂、学校的等大型耗电场所则依靠水利、风力发电、核能发电等途径获得电力。这种
多层次的供电体系既可以保证社会正常运转，也充分利用了清洁能源。
由上述计算我们也以大致看出，太阳能电池只能作为辅助能源，而不能作为主要能源使用。因为太阳能虽然总量很大，但受场地及成本等因素限制不可能达到很高的功率，难以满足高耗电场所的电力需求，而且太阳能受天气情况等因素影响较大，并不十分稳定，所以利用它做主要能源是不现实的。
5.总结
综上，太阳能作为一种重要辅助能源在未来社会占据着不可取代的地位，而有机太阳能
电池也必将因为其优越的性能和低廉的成本在未来能源领域显示出不可比拟的竞争力
太阳能发展前景及利用 选题背景 目前能源危机已成为影响人类继续发展的一项重要因素，太阳能作为一种新型的清洁能源，被人类给予了厚望，太阳能的能否有效利用关系着人类的未来。 项目条件 太阳光线太阳能 研究目的 太阳能已逐渐走进我们的生活，对于太阳能或许我们还有一点陌生，借此机会我们 来讨论一下“太阳能”。 主要研究方法 上网查阅资料查阅相关书籍请教相关人士 研究的基本思路 在本次研究中，通过各种渠道获得相关知识，并加以分析，从中获取自己需要的，加入自己的认识，再编写论文。 研究的先进性 广泛获取信息，具有科学性，真实性。 研究的基本过程 先选取题材，制定学习过程，再通过各种渠道获取相关信息，最后编写论文。论文分为以下步骤：背景及目的，研究过程，研究心得，中英文摘要，太阳能的认识，太阳能的利用范围，太阳能在国内外的利用程度，太阳能的前景，总结。 研究心得 通过此次研究学习我对太阳能有了进一步认识，对资源节约及开发也有了新的理解。通过本次学习提高了我的综合能力，拓宽了我的知识面。
中文摘要 太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为3.75×1026W）的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。下图是地球上的能流图。从图上可以看出，地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。 太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。但太阳能也有两个主要缺点：一是能流密度低；二是其强度受各种因素（季节、地点、气候等）的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。 英文摘要 Thesolarenergyisanenergy,andiscanrenewableenergy.Itsresourcesisabund ant,freetouse,anddidn'tneedtobetransported,totheenvironmentiswithoutthep ollution.Butthesolarenergyalsohastwomainweakness:Oneisflowdensitylow;Two isitsstrengthundertheinfluenceofvariousfactor(season,location,andweather ...etc.)cannotmaintainquantityoften.Thesetwogreatestweaknessesconsumedly limitedsolarenergyeffectivelytomakeuseof. 关键词 太阳能环境资源清洁 太阳能的认识 太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨道上的平均太阳辐射强度为1367kw/m2。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得的能量可达173,000TW。在海平面上的标准峰值强度为1kw/m2，地球表面某一点24h 的年平均辐射强度为0.20kw/m2，相当于有102,000TW的能量，人类依赖这些能量维
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
薄膜型太阳能电池的优缺点 3.4 薄膜型太阳能电池 薄膜型太阳能电池由于使用材料较少，就每一模块的成本而言比起堆积型太阳能电池有着明显的减少，制造程序上所需的能量也较堆积型太阳能电池来的小，它同时也拥有整合型式的连接模块，如此一来便可省下了独立模块所需在固定和内部连接的成本。未来薄膜型太阳能电池将可能会取代现今一般常用硅太阳能电池，而成为市场主流。 非晶硅太阳能电池与单晶硅太阳能电池或多晶硅太阳能电池的最主要差异是材料的不同，单晶硅太阳能电池或多晶硅太阳能电池的材料都疏，而非晶硅太阳能电池的材料则是SiH4，因为材料的不同而使非晶硅太阳能电池的构造与晶硅太阳能电池稍有不同。 SiH4 最大的优点为吸光效果及光导效果都很好，但其电气特性类似绝缘体，与硅的半导体特性相差甚远，因此最初认为SiH4 是不适合的材料。但在1970年代科学家克服了这个问题，不久后美国的RCA制造出第一个非晶硅太阳能电池。虽然SiH4 吸光效果及光导效果都很好，但由于其结晶构造比多晶硅太阳能电池差，所以悬浮键的问题比多晶硅太阳能电池还严重，自由电子与电洞复合的速率非常快；此外SiH4 的结晶构造不规则会阻碍电子与电洞的移动使得扩散范围变短。基于以上两个因素，因此当光照射在SiH4上产生电子电洞对后，必须尽快将电子与电洞分离，才能有效产生光电效应。所以非晶硅太阳能电池大多做得很薄，以减少自由电子与电洞复合。由于SiH4的吸光效果很好，虽然非晶硅太阳能电池做得很薄，仍然可以吸收大部分的光。 非晶硅薄膜型太阳能电池的结构不同于一般硅太阳能电池，如图9 所示，其主要可分为三层，上层为非常薄（约为0.008微米）且具有高掺杂浓度的P＋；中间一层则是较厚（0.5～1 微米）的纯质层（Intrinsic layer），但纯质层一般而言通常都不会是完全的纯质（Intrinsic），而是掺杂浓度较低的n 型材料；最下面一层则是较薄（0.02 微米）的n。而这种p+-i-n的结构较传统p-n结构有较大的电场，使得纯质层中生成电子电洞对后能迅速被电场分离。而在P＋上一层薄的氧化物膜为透明导电膜（Transparent Conducting Oxide :TCO），它可防止太阳光反射，以有效吸收太阳光，通常是使用二氧化硅（SnO2）。非晶硅太阳能电池最大的优点为成本低，而缺点则是效率低及光电转换效率随使用时间衰退的问题。因此非晶硅太阳能电池在小电力市场上被广泛使用，但在发电市场上则较不具竞争力。 图9 非晶硅薄膜型太阳能电池的结构图
.. 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)。
《太阳能电池控制器的研制应用》可行性报告 一、项目发展现状及研制目的意义 最近几年，全球国际油价不断上涨，能源日趋紧张，能源问题显得日益突出，我国已经成为了全球第二大能源消耗国，仅次于美国，能源消耗GDP是日本的九倍，甚至有文章预测，十几年后我国能源消耗将超过美国，成为全球第一大能源消耗国。 我国幅员辽阔、人口众多、化石燃料中石油资源量不足，煤炭资源丰富，在能源消耗中占75%以上，不可避免地带来了一系列环境问题，发展可再生能源对改善生态环境、解决缺能地区能源和资源有效利用都有着重要意义。因此，国务院前期批准出台了《可再生能源中长期发展规划》，作为对新能源行业的全力支持，规划中指出将积极推进风力发电、太阳能发电、生物质发电等可再生能源技术的发展，以规模化建设带动产业化发展，在政策面力挺和市场前景广阔的背景下，我所提出了太阳能电池控制器研制应用项目，着重在河流航标灯、交通信号灯等行业的应用。 目前国际上在太阳能产业链（简称光伏产业链）行业走在最前的主要是日本、德国。从太阳能产业链原始的单晶硅和多晶硅的熔炼到太阳能电池的封装以及太阳能产业的应用广度，都领先于其他国家。日本则从我国进口大量的廉价硅砂原材料，提炼出太阳能电池封装所需要的高纯度单晶硅和多晶硅，再高价出售到我国（因我国目前主要是俄罗斯的设备，提炼出来的单晶硅和多晶硅纯度不高，从而影响太阳能转换成电能的效率）。 我们国内的现状是：两头在外，中间在内。即单晶硅和多晶硅大量进口，国内封装电池、产品大量出口。目前国内领先的企业是无锡尚德太阳能技术有限公司和保定天威保变电气股份有限公司。前者在美国纳斯达克交易所上市，后者在上海证券交易所上市。它们共同的特点是有自己的原材料生产基地。无锡尚德控股了河南洛阳中德原材料公司，保定天威控股了四川新光硅业原材料公司。 通过我们和无锡尚德的接触，它们主要生产原材料（单晶硅和多晶硅）和太阳能电池的封装，国内用户向其购买太阳能电池板，然后组装成太阳能应用系统。 由于太阳能是取之不尽、用之不竭的环保、清洁的绿色能源，再加上政府从政策上鼓励、激励，因此我国的阳光产业蓬蓬勃勃开展起来。全国有15个省市准备上太阳能电池原材料单晶硅和多晶硅提炼生产线，其中有我们江西新余市的江西赛维LDK太阳能高科技有限公司。据报道该公司已经提炼出来了一块硅锭样品，现正在招商引资年产1000吨单晶硅和多晶硅的生产线，争取明年在美国纳斯达克上市。 我们拟申报的太阳能电池智能控制器项目，就是该项目的一个核心。 二、项目技术可行性分析 1、项目特点： 太阳能电池板首先吸收太阳光并转换成电能，此电能需要储存或是逆变，再点亮发光器件（灯泡、发光二极管等），该过程需要一系列电气控制，而我们以前研制过的产品直流屏和高频开关电源就含有以上两项主要技术，充分掌握了直流电对蓄电池的充放电技术和直流电转变成交流电的逆变技术，同时根据用户需求和应用的不同场合，例航标灯塔、铁路公路信号系统、微波中继站和家庭公共场所的照明等，我们还可以把高频开关电源中的智能控制技术应用到该项目中，保证该项目研制成功和实施应用。 2、项目技术关键点 直流电对蓄电池的充放电技术和直流电转变在交流电的逆变技术。 3、可行性分析 我们有直流屏和高频开关电源的研制经验和技术，并有借鉴资料，特别是项目组成员有多年行业经验，对控制器技术要点、技术发展趋势和市场需求相当熟悉，有着丰富
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/9517884431.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
光伏发电优缺点分析说明 太阳能光伏发电过程简单，没有机械转动部件，不消耗燃料，不排放包括温室气体在内的任何物质，无噪声、无污染；太阳能资源分布广泛且取之不尽、用之不竭。因此，与风力发电和生物质能发电等新型发电技术相比，光伏发电是一种最具可持续发展理想特征（最丰富的资源和最洁净的发电过程）的可再生能源发电技术，其主要优点有以下几点。 1.太阳能资源取之不尽，用之不竭，照射到地球上的太阳能要比人类目前消耗的能量大6000倍。而且太阳能在地球上分布广泛，只要有光照的地方就可以使用光伏发电系统，不受地域、海拔等因素的限制。 2.太阳能资源随处可得，可就近供电，不必长距离输送，避免了长距离输电线路所造成的电能损失。 3.光伏发电的能量转换过程简单，是直接从光子到电子的转换，没有中间过程（如热能转换为机械能、机械能辖换为电磁能等）和机械运动，不存在机械磨损。根据热力学分析，光伏发电具有很高的理论发电效率，可达80%以上，技术开发潜力巨大。 4.光伏发电本身不使用燃料，不排放包括温室气体和其他废气在内的任何物质，不污染空气，不产生噪声，对环境友好，不会遭受能源危机或燃料市场不稳定而造成的冲击，是真正绿色环保的新型可再生能源。 5.光伏发电过程不需要冷却水，可以安装在没有水的荒漠戈壁上。光伏发电还可以很方便地与建筑物结合，构成光伏建筑一体化发电系统，不需要单独占地，可节省宝贵的土地资源。 6.光伏发电无机械传动部件，操作、维护简单，运行稳定可靠。一套光伏发电系统只要有太阳能电池组件就能发电，加之自动控制技术的广泛采用，基本上可实现无人值守，维护成本低。 7.光伏发电系统工作性能稳定可靠，使用寿命长（30年以上）。晶体硅太阳能电池寿命可长达20～35年。在光伏发电系统中，只要设计合理、选型适当，蓄电池的寿命也可长达10～15年。 8.太阳能电池组件结构简单，体积小、重量轻，便于运输和安装。光伏发电系统建设周期短，而且根据用电负荷容量可大可小，方便灵活，极易组合、扩容。 二、光伏发电缺点分析
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
光伏发电的工作原理以及优缺点介绍 光伏发电定义 光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。 光伏发电的工作原理 太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p 区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的光伏发电工作原理。 太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。 （1）光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程；后一个过程是热—电转换过程，与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10倍。 （2）光—电直接转换方式该方式是利用光伏效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光—电转换的基本装置就是太
阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。 光伏发电的优缺点 与常用的发电系统相比，太阳能光伏发电的优点主要体现在： 太阳能发电被称为最理想的新能源。 光伏发电优点 ①无枯竭危险； ②安全可靠，无噪声，无污染排放外，绝对干净（无公害）； ③不受资源分布地域的限制，可利用建筑屋面的优势； ④无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电； ⑤能源质量高； ⑥使用者从感情上容易接受；
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
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。
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
第二章太阳能电池的基本理论 2.1 半导体 半导体是导电性能介于金属与绝缘体之间的一种材料。在高纯度的半导体中材料中，电子和空穴的浓度相等，这样的半导体称为本征半导体。如果向其中加入某种杂质元素，若电子的浓度大于空穴的浓度，则称它为n型半导体，此时的电子成为多数载流子，空穴则为少数载流子。反之，可以形成p型半导体。 图2.1 半导体的能带图示意图 2.2 pn结及其能带结构 2.2.1 pn结 图2.2 （a）pn结简化结构图（b）理想均匀掺杂pn结的掺杂剖面如图2.2（b）所示，随着扩散运动的进行，在p区和n区的交界面p
2.2.2 pn 结的能带结构 当两块半导体结合形成pn 结时，按照费米能级的意义，电子将从费米能级高的n 区流向费米能级低的p 区，空穴从费米能级低的p 区流向费米能级高的n 区因此，E Fn 不断下降，E Fp 不断上升，直到E Fn = E Fp 为止。这时，pn 结中有统一的费米能级E F , pn 结处于平衡状态。其能带如图所示 图2.3 平衡pn 结的能带图(a)n 、p 型半导体能带(b)平衡pn 结能带图 事实上，E Fn 是随着n 区能带一起向下移动，E Fp 是随着p 区能带一起向上移动的。能带能移动的原因是pn 结空间电荷区存在内建电场的作用。随着内建电场（方向n→p ）的增加，空间电荷区内电势V(x)（方向n→p ）降低，而电子的势能-qV(x)由n 区向p 区升高，所以p 区的能带相对n 区上移，n 区的能带相对于p 区下移，直至费米能级处处相等时，能带才停止相对移动，pn 结达到平衡状态。 因此,pn 结中费米能级处处相等恰好标志了每一种载流子的扩散电流和漂移电流相互抵消，没有净电流通过pn 结。 这一结论也可从电流密度方程式中推出，电子电流密度和空穴电流密度分别如下： （式2-1） F n n dE J n dx =μ
光伏发电系统优缺点分析 1光伏发电的优点 太阳能光伏发电发电过程简单，没有机械转动部件，不消耗燃料，不排放包括温室气体在内的任何物质，无噪声、无污染；太阳能资源分布广泛且取之不尽、用之不竭。因此，与风力发电、生物质能发电和核电等新型发电技术相比，光伏发电是一种最具可持续发展理想特征(最丰富的资源和最洁净的发电过程)的可再生能源发电技术，具有以下主要优点。 ①太阳能资源取之不尽，用之不竭，照射到地球上的太阳能要比人类目前消耗的能量大6000倍。而且太阳能在地球上分布广泛，只要有光照的地方就可以使用光伏发电系统，不受地域、海拔等因素的限制。 ②太阳能资源随处可得，可就近供电，不必长距离输送，避免了长距离输电线路所造成的电能损失。 ③光伏发电的能量转换过程简单，是直接从光能到电能的转换，没有中间过程(如热能转换为机械能、机械能转换为电磁能等)和机械运动，不存在机械磨损。根据热力学分析，光伏发电具有很高的理论发电效率，可达80％以上，技术开发潜力巨大。 ④光伏发电本身不使用燃料，不排放包括温室气体和其它废气在内的任何物质，不污染空气，不产生噪声，对环境友好，不会遭受能源危机或燃料市场不稳定而造成的冲击，是真正绿色环保的新型可再生能源。 ⑤光伏发电过程不需要冷却水，可以安装在没有水的荒漠戈壁上。光伏发电还可以很方便地与建筑物结合，构成光伏建筑一体化发电系统，不需要单独占地，可节省宝贵的土地资源。 ⑥光伏发电无机械传动部件，操作、维护简单，运行稳定可靠。一套光伏发电系统只要有太阳能电池组件就能发电，加之自动控制技术的广泛采用，基本上可实现无人值守，维护成本低。 ⑦光伏发电系统工作性能稳定可靠，使用寿命长(30年以上)。晶体硅太阳能电池寿命可长达20～35年。在光伏发电系统中，只要设计合理、选型适当，蓄电池的寿命也可长达10～15年。 ⑧太阳能电池组件结构简单，体积小、重量轻，便于运输和安装。光伏发电系统建设周期短，而且根据用电负荷容量可大可小，方便灵活，极易组合、扩容。 太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点。太阳能光伏发电与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染；太阳能电池可以大中小并举，大到百万千瓦的中型电站，小到只供一户用电
太阳能电池材料的发展及应用 材料研1203 Z 石南起新材料（或称先进材料）是指那些新近发展或正在发展之中的具有比传统材料的性能更为优异的一类材料。新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料，具有比传统材料更为优异的性能。新材料技术则是按照人的意志，通过物理研究、材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程，创造出能满足各种需要的新型材料的技术。 随着科学技术发展，人们在传统材料的基础上，根据现代科技的研究成果，开发出新材料。新材料按组分为金属材料、无机非金属材料（如陶瓷、砷化镓半导体等）、有机高分子材料、先进复合材料四大类。按材料性能分为结构材料和功能材料。21 世纪科技发展的主要方向之一是新材料的研制和应用。新材料的研究，是人类对物质性质认识和应用向更深层次的进军。 功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。 功能材料是新材料领域的核心，是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。它涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术等现代高新技术及其产业。功能材料不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，还对我国相关传统产业的改造和升级，实现跨越式发展起着重要的促进作用。 功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。世界各国均十分重视功能材料的研发与应用，它已成为世界各国新材料研究发展的热点和重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。在全球新材料研究领域中，功能材料约占85%。我国高技术 （863）计划、国家重大基础研究[973] 计划、国家自然科学基金项目中均安排了许多功能材料技术项目（约占新材料领域70%比例），并取得了大量研究成果。 1、能源材料 太阳能电池材料是新能源材料研究开发的热点，IBM公司研制的多层复合太阳能
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