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　

2018年第2期（总第436期）

【摘要】面对化石能源的日渐枯竭及其在使用中对环境的污染，新型能源开发将为人类文明可持续发展提供重要保障。太阳能属于清洁、无污染、可再生的新型能源，并由于有望取代煤、石油、天然气等传统非可再生能源而引起了人们的广泛关注。近年来，不同体系及不同结构的太阳能电池材料的研究都取得了很好的效果。文章简要概述了三代太阳能电池的发展，分别综述了各代太阳能电池的现状，指出发展真正低成本、低能耗、高效率，具有多应用场景的第三代新型太阳能电池利用技术，是现阶段太阳能电池的发展趋势。【关键词】太阳能电池；低成本；低能耗；高效率【中图分类号】TM914.4【文献标识码】A【文章编号】1674-0688（2018）02-0079-05

0前言

能源短缺和环境污染已成为影响经济社会发展的重要因

素，太阳能作为一种洁净的可再生能源得到了越来越多的重

视。当前，在核电的安全问题日益突出的情况下，太阳能电池

被认为是解决能源衰竭和环境污染等一系列重大问题的最佳选

择。太阳能电池又叫光伏电池（PV），是一种通过光电效应或

者光化学效应直接将太阳光转换成电能的器件，具有永久性、

清洁性和灵活性三大优点。根据太阳能电池的发展阶段，可将

其大致分为三代（如图1所示）。

1第一代太阳能电池

晶体硅系列太阳能电池的组件被广泛应用于商业、民用领

域，具有十分成熟的制造工艺，为当前光伏产业的主流产品。

第一块6%效率的单晶硅太阳能电池于1954年在贝尔实验室

问世，至今，单晶硅电池的转换效率世界纪录为25.8%，多晶

硅为22.3%[1-2]（如图2所示）。

1.1单晶硅太阳能电池

单晶硅太阳能电池是硅系列太阳能电池中具有最高效率和

最成熟制备工艺的电池器件[3]。单晶硅太阳能电池通常是在厚度为350～450μm的高质量（纯度高达99.9999%以上）

硅片上制成，且电池工艺相对繁琐，致使单晶硅电池成本较

高。近年来，由于切割技术的发展，单晶硅太阳能电池成本大

2019年3月第46卷第3期云南化工YunnanChemicalTechnologyMar.2019Vol.46，No.3

doi：10.3969/j.issn.1004-275X.2019.03.018

钙钛矿太阳能电池研究进展

万志鹏

（江西师范大学化学化工学院，江西南昌330022）

摘要：钙钛矿太阳能电池（PSCs）近几年迅速发展，截至目前，其能量转换效率已经超过23%，这可能使光伏产业发生革命性的变化。基于最新的研究进展，介绍了钙钛矿太阳能电池的结构和工作机理，简要综述了空穴传输材料（HTM）在钙钛矿太阳能电池中的应用。最后，指出了钙钛矿太阳能电池目前存在的一些问题及未来的研究方向。关键词：钙钛矿太阳能电池；空穴传输材料；光电转换效率；稳定性中图分类号：O69文献标志码：A文章编号：1004-275X（2019）03-054-03

ResearchProgressonPerovskite-basedSolarCellsWanZhipeng

（CollegeofChemistryandChemicalEngineering,JiangxiNormalUniversity,Nanchang330022,China）Abstract:Perovskitesolarcells(PSCs)havedevelopedrapidlyinrecentyears.Uptonow,thepowerconversionefficiencyhasexceeded23%,whichmayrevolutionizethephotovoltaicindustryinthefuture.Basedonthelatestresearchprogress,thestructureandworkingmechanismofperovskitesolarcellsareintroduced.Furthermore,theapplicationofholetransportmaterials(HTM)inperovskitesolarcellsisbrieflyreviewed.Finally,someproblemsandfutureresearchtrendsofperovskitesolarcellsarepresent原ed.Keywords:perovskitesolarcells;holetransportingmaterials;powerconversionefficiency;stability