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

2.1太阳能电池发展进程

第一代太阳能电池：包括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％。

第二代太阳能电池：第二代太阳电池是基于薄膜材料的太阳电池。薄膜技术所需的材料较晶体硅太阳电池少得多，且易于实现大规模生产。薄膜电池主要有非晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电池、碲化镉以及铜铟硒薄膜电池。我国南开大学于20世纪80年代末开始研究铜铟硒薄膜电池，目前在该研究领域处国内领先、国际先进地位。其制备的铜铟硒太阳电池的效率已经超过12％。铜铟硒薄膜太阳电池的试生产线亦已建成。我国在染料敏化纳米薄膜太阳电池的科学研究和产业化研究上都与世界研究水平相接近。在染料敏化剂、纳米薄膜修饰和电池光电效率上都取得与世界相接近的科研水平，在该领域其有一定的影响。

第三代太阳能电池：第三代太阳电池必须具有以下条件：薄膜化，转换效率高，原料丰富且无毒。目前第三代太阳电池还在进行概念和简单的试验研究。已经提出的第三代太阳电池主要有叠层太阳电池、多带隙太阳电等。虽然太阳能电池材料的研究已到了第三个阶段，但是在工艺技术的成熟程度和制造成本上，都不能和常规的硅太阳能电池相提并论。硅太阳能电池的制造成本经过几十年的努力终于有了大幅度的降低，但是与常规能源相比，仍然比较昂贵，这又限制了它的进一步大规模应用。鉴于此点，开发低成本，高效率的太阳能电池材料仍然有很长的路要走[3]。

2.2太阳能电池的种类

2.2.硅系列太阳能电池

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。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，但单晶硅材料价格高而且制备工艺相当繁琐．为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池的替代产品，现在发展了薄膜太阳能电池，其中典型代表有以高温、快速制备为发展方向的多晶硅薄膜太阳能电池和叠层非晶硅太阳电池。

2.2.2多晶硅薄膜太阳能电池

通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350～450／nm的高质量硅片上制成的，这种硅片由提拉或浇铸的硅锭锯割而成，因此实际消耗的硅材料更多。为了节省材料，上世纪70年代中期人们就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但由于生长的硅膜晶粒太小未能制成有价值的太阳能电池。为了获得大尺寸晶粒的薄膜，目前较成功的为化学气相沉积法：包括低

压化学气相沉积(LPCVD)、等离子增强化学气相沉积(PECVD)和快热化学气相沉积(RTCVD)工艺．此外，液相外延法(LPE)也可用来制备多晶硅薄膜电池[4]．

2.2.3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、碲化镉及铜铟硒薄膜电池等。上述电池中，尽管硫化镉、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，并且也易于太规模生产，但由于镉有剧毒，容易产生环境污染问题，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代品。砷化镓等Ⅲ．V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率而受到人们的普遍重视。GaAs属于Ⅲ．V族化合物半导体材料，其能隙为1.4eV，正好为高吸收率太阳光的值，是很理想的电池材料。GaAs等Ⅲ．V化合物薄膜电池的制备主要采用MOVPE和LPE技术，其中MOVPE方法制备GaAs 薄膜电池受衬底位错、反应压力、Ⅲ．V比率、总流量等诸多参数的影响。除GaAs外，其它Ⅲ.V化台物如C．aSb、GaInP等电池材料也得到了开发。铜铟硒简称CIS，CIS材料的能隙为1.1eV，适于太阳光的光电转换，另外，CIS薄膜太阳电池不存在光致衰退问题。因此，CIS用作高转换效率薄膜太阳能电池材料也引起了人们的注目。

2.2.4纳米晶化学太阳能电池

在太阳能电池中硅系太阳能电池无疑是发展最成熟的，但由于成本居高不下，远不能满足太规模推广应用的要求。为此，人们一直在工艺、新材料、电池薄膜化等方面进行探索。瑞士Gratzel教授研制成功纳米TiO2化学太阳能电池以来，国内一些单位也正在进行这方面的研究.纳米晶化学太阳能电池(简称NPC电池)是由一种窄禁带半导体材料修饰、组装到另一种大能隙半导体材料上形成的[5]。纳米晶化学太阳能电池优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。但由于此类电池的研究和开发刚刚起步，走上市场估计还需要相当长的时间。

2.3发展现状

在全球倡导低碳经济的今天，太阳能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到各国政府的重视。目前太阳能光伏发电的成本大约是燃煤的11～18 倍，因此各国太阳能电池产业的发展大多依赖政府补贴，补贴的规模决定着该国太阳能电池产业的发展规模。在政府补贴力度上，德国、西班牙、法国、美国、日本等发达国家最大。2008 年，西班牙推出了优厚的太阳能电池产业补贴政策，使其国内太阳能电池产业出现了爆发式发展，一度占据了世界太阳能电池产量的前三强。2009年德国太阳能电池组件安装量高达3200兆瓦，占全球总安装量的50.4%。在各国政府的大力支持下，太阳能电池产业得到了快速发展。2006～2009年，全球太阳能电池产量的年均增长率为60%。由于受到金融危机的影响，