太阳能电池的研究进展

第3期2019年6月No.3 June，2019

硅太阳能电池和薄膜太阳能电池构成了当前的太阳能电

池市场，太阳能电池可分为第一代、第二代太阳能电池和第

三代新太阳能电池。第一代使用晶体硅作为主要结构，第二

代薄膜太阳能电池的厚度比第一代低很多。而第三代太阳能

电池以有机薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池和钙钛矿

太阳能电池（PVSCs）为代表，具有效率高、成本低的优点，

目前主要处于研究阶段。其中，钙钛矿太阳能电池的结构来

源于染料敏化电池，以有机金属卤化物作为吸光材料，以固

态空穴传输材料代替液态电解质。1 钙钛矿太阳能电池发展介绍1.1 结构与原理

钙钛矿太阳能电池的结构来自染料敏化电池，染料敏

化电池的光阳极基于FTO玻璃，在侧基板上具有一层多孔TiO2纳米晶体[1]，吸光材料是吸附于TiO2上的染料，另一侧

基底上沉积Pt作为电极，两级间以I/I3-液态电解质填充。在PVSCs中，吸光材料是有机金属卤化物，液态电解质则由固

态空穴传输材料替代[2]，且PVSCs多为平面异质结结构。在

后来的研究中，逐渐形成了以钙钛矿为光吸收层的电池结

构，钙钛矿层两端界面分别和N型电子传输材料、P型空穴传

输材料接触形成p-i-n结构的异质结，欧姆接触由异质结两侧

的光阳极和对电极形成。介孔结构、含覆盖层介孔结构、p-i-n

平面结构和n-i-p反型平面结构是目前主要的PVSCs结构。1.2 发展历程

2009年，首次出现了PVSCs，Miyasaka等采用

CH3NH3PbX3（X=Br，I）钙钛矿作吸光材料，TiO2作光阳

极，用钙钛矿纳米晶体作为TiO2的修饰材料，光电转换效率

（Photoelectric Conversion Efficiency，PCE）达3.8%。2011

年，Park等用原位生长法制备出几个纳米级的CH3NH3PbI3钙钛矿，PCE达6.5%。2012年，Gratzel采用了固态染料敏化

太阳能电池结构，将吸光材料CH3NH3PbI3填充在0.6 μm

应用技术　

太阳能电池的研究进展　

徐云远　

浙江嘉兴市方圆公正检验行浙江嘉兴３１４０００　

摘要：太阳能是一种清洁可再生能源，其中利用半导体等光电材料的光伏发电效应的太阳能电池有良好的前景。本文通过对太阳能电池原理的分析　

简要的介绍了硅基类太阳能电池、有机化合物太阳能电池、染料敏化太阳能电池和其它太阳能电池。　

关键词：太阳能电池原理种类　

０前言　２００４年欧盟联合研究中心针对当前能源　

的结构和使用情况预测：在未来的几十年内，　碳水化合物等非再生能源随着人类的大量的　

开发将逐渐较少，取而代之的将是可再生能　

源。其中太阳能的利用将会得到很大的重视　与提高。　

太阳能的利用主要有３种形式：光热、　

光化学转换和光伏发电。光热利用具有低成　

本、方便、利用效率较高等优点，但不利于　能量的传输；光化学转换在自然界中以光合　

作用的形式普遍存在，但目前人类还不能很　

好地利用；光伏发电利用以电能作为最终表　现形式，具有传输极其方便的特点，在通用　性、可存储性等方面具有前两者无法替代的　

优势，且由于太阳能电池的原料硅的储量十　分丰富、太阳电池转换效率的不断提高、生　

产成本的不断下降，都促使太阳能光伏发电　

在能源、环境和人类社会未来发展中占据重　要地位。　太阳能发电有两种方式，一种是光．热．　电转换方式，另一种是光一电直接转换方式。　

光．热一电转换方式是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　热一电转换过程。一座１０００ＭＷ的太阳能热电　

站需要投资２０￣２５亿美元，平均ｌｋＷ的投资　

为２０００￣２５００美元，它的投资至少要比普通　火电站贵５～１０倍　因此，目前只能小规模　

地应用于特殊的场合而很难大规模的应用。　而光一电直接转换方式该方式是利用光电效　应，将太阳辐射能直接转换成电能，光一电转　

换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池　

第３４卷第２期　

２０１３年２月　发　光　学　报　

ＣＨＩＮＥＳＥ　Ｊ０ＵＲＮＡＬ　０Ｆ　ＬＵＭＩＮＥＳＣＥＮＣＥ　Ｖｏ１．３４　

Ｆｅｂ　Ｎｏ．２　

，２０１３　

Ａｒｔｉｃｌｅ　ＩＤ：１０００－７０３２（２０１３）０２－０２０２—０５　

Ａｄｖａｎｃｅ　ｉｎ　Ｃｕ２０・ＺｎＯ　Ｓｏｌａｒ　Ｃｅｌｌｓ　ａｎｄ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　

Ｃｕ２Ｏ－ＺｎＯ　Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ　Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｂｙ　

Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ　Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ　

ＹＡＮＧ　Ｍｅｉ—ｊｉａ，ＺＨＵ　Ｌｉ—ｐｉｎｇ　

（Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏ厂Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｚｈ￣ｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３　１００２７，Ｃｈｉｎａ）　Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　Ａｕｔｈｏｒ，Ｅ—ｍａｉｌ：　ｌ＠ｕ．ｅｄｕ．ｃｎ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｕ０一ＺｎＯ　ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｈａｓ　ｓｈｏｗｎ　ｇｒｅａｔ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｆｏｒ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｌｏｗ—ｃｏｓｔ，ｎｏｎ—　

ｔｏｘｉｃｉｔｙ，ａｂｕｎｄａｎｃｅ　ａｎｄ　ｖａｒｉｅｔｙ　ｏｆ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ　ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｕ２０　ｆｉｌｍ　ｉｎ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ＺｎＯ—Ｃｕ　ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌ　ｉｓ　ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ　ｈｉｇｈ，ｗｈｉｃｈ　ｓｅｅｍｓ　ｔｏ　ｂｅ　ｔｈｅ　ｍａｊｏｒ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｌｏｗ　ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｃｕ　ｆｉｌｍｓ　ｗｅｒｅ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｄｉｒｅｃｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔｒｏｎ　ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｍｉｅｒｏｓｔｒｕｅｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｗｅｒｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ　ｕｓｉｎｇ　Ｘ—ｒａｙ　ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，Ｘ—ｒａｙ　ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＸＰＳ）ａｎｄ　Ｈａｌｌ—ｅｆｆｅｃｔ　ｍｅａｓ—　ｕｒｅｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｆ　ｑｖ（Ａｒ）：ｑｖ（Ｏ２）ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｄｅｐｎｓｉｔｅｄ　ｆｉｌｍｓ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．　

收稿日期作者简介郑宗慧(),男,机械与自动化工程学院5335班学生。文章编号:1671-7333(2008)02-0153-04新型太阳能电池板的研究郑宗慧,崔　琦,黄　玲,咸峥毅(上海应用技术学院机械与自动化工程学院,上海　200235)摘要:　传统的太阳能电池主要有硅系能电池和化合物薄膜电池。二氧化钛(锐钛矿型二氧化钛),作为一种新的光催化剂,以其特有的功能,备受青睐。通过实验研究该类太阳能电池在各种条件下的工作状态与发电效率,使其能最大程度的利用太阳能源,以缓解人类对于传统能源的过度开发,具有很大的社会价值和使用性。关键词:　太阳能电池;光催化剂;二氧化钛中图分类号:TM923 文献标识码:AAResearchonNewSolarCellBoardZHENGZong2hui,CUIQi,HUANGLing,XIANZheng2yi(SchoolofMechanicalandAutomationEngineering,ShanghaiInstituteofTechnology,Shanghai200235,China)Abstract:Thetraditionalsolarcellisthesiliconsolarcellandthecompoundthinfilmsolarcell.Asanewphotocatalyst,titaniumdioxide(anatasetitaniumdioxide)isnowlookeduponwithfavourforitsmagicalfunction.Experimentsprovethatthistypeofsolarcellworksasefficientlyasthegeneratorinallcondi2tions.Thisarticleattemptstomaximizetheuseofsolarenergyandalleviatetheoverdevelopmentoftradi2tionalenergy,whichwouldbeofgreatsocialvalueandpracticality.Keywords:solarcell;photocatalyst;titaniumdioxide 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,太阳能资源从根本上讲就是太阳的辐射能。在人类对未知世界的不断求索的过程中,我们开始发现太阳辐射能不仅具有含量巨大的特点,其总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍,太阳能到达地面的能量高达80万kW/s,假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能,转变率5%,每年发电量可达(5.6×1012)kWh,相当于目前世界上能耗的40倍;而且,它具有清洁、环保、价格低廉、可再生的优点,可谓是人类的生活宝库,是我们取之不尽的能量的源泉。太阳能电池的本质是将太阳的辐射能转换为电能,或送往蓄电池中存储起来,来推动负载工作。而评价该电池板质量的好坏主要是在于它带负载能力的高低、储存能量的多少。在太阳能电池板的开发过程中最重要的问题是要开发出性价比高的电池。目前中国乃至世界在制作太阳能电板时一般都采用价格昂贵的硅材料,高昂的价格使得太阳能电板不能被广泛的运用。利用二氧化钛制作太阳能电池板的想法是新颖的。通过实验来证明二氧化钛这种价格低廉的材料也可以制作出具有一定第8卷　第2期2008年6月 上海应用技术学院学报JOURNALOFSHANGHAIINSTITUTEOFTECHNOLOGYVol.8No.2　Jun.2008