硅太阳能电池关键技术研究

硅太阳能电池关键技术研究一、本文概述随着全球对可再生能源需求的不断增长，硅太阳能电池作为清洁、高效的可再生能源技术，已经成为了人们关注的焦点。本文旨在深入研究硅太阳能电池的关键技术，探索提高电池效率、降低成本以及增强稳定性的新方法和途径。我们将对硅太阳能电池的基本原理、发展历程以及当前面临的主要技术挑战进行全面的概述，并在此基础上，对硅太阳能电池的关键技术进行深入的分析和探讨。我们将重点关注硅太阳能电池的制造工艺，包括硅材料的提纯、晶体生长、切割、表面处理等步骤，以及这些工艺对电池性能的影响。我们还将研究电池的结构设计、光电转换效率提升技术、抗反射涂层、电池封装等关键技术，以期望通过优化这些技术，进一步提高硅太阳能电池的性能和稳定性。本文还将对硅太阳能电池的应用前景进行展望，探讨其在太阳能电站、分布式光伏、建筑一体化光伏等领域的应用潜力。我们也将关注硅太阳能电池技术的发展趋势，如柔性硅太阳能电池、高效率多结太阳能电池等，以期为未来硅太阳能电池的发展提供理论支持和实践指导。通过本文的研究，我们期望能够为硅太阳能电池的关键技术提供新的思路和方法，推动硅太阳能电池技术的进一步发展，为全球可再生能源事业的发展做出贡献。二、硅太阳能电池基础知识硅太阳能电池，又称为晶体硅太阳能电池，是利用光电效应将太阳光能直接转换为电能的装置。其核心部分是硅基半导体材料，通过特定的工艺过程，将硅材料制成PN结，当太阳光照射到PN结上时，光子会与硅原子发生相互作用，将光能转化为电能。硅太阳能电池具有高转换效率、长寿命、稳定性好等优点，是目前商业化应用最广泛的太阳能电池之一。硅太阳能电池的工作原理基于半导体材料的光电效应。当太阳光照射到硅材料表面时，光子与硅原子相互作用，使硅原子中的电子获得足够的能量从束缚态跃迁到自由态，形成光生电子-空穴对。这些光生电子-空穴对在PN结的电场作用下分离，电子向N区移动，空穴向P区移动，从而形成光生电流。硅太阳能电池的性能参数主要包括开路电压、短路电流、填充因子和转换效率等。开路电压是指在无负载条件下，电池两端的电压；短路电流是指在电池两端短路时，通过电池的电流。填充因子反映了电池在不同负载下的输出能力，是评价电池性能的重要指标。转换效率是指电池将光能转换为电能的效率，是评估电池性能的关键参数。硅太阳能电池按照结构可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。单晶硅太阳能电池具有较高的转换效率和稳定性，但成本较高；多晶硅太阳能电池成本较低，但转换效率略低；非晶硅太阳能电池具有较低的成本和良好的弱光性能，但稳定性相对较差。随着技术的不断进步，硅太阳能电池的关键技术也在不断发展。目前，提高硅太阳能电池的转换效率、降低成本、增强稳定性是研究的重点。随着光伏市场的不断扩大和光伏技术的进步，硅太阳能电池在未来将继续发挥重要作用，为实现可持续能源利用和环境保护做出更大贡献。三、硅太阳能电池关键技术研究随着全球对可再生能源需求的日益增长，硅太阳能电池作为一种高效、环保的能源转换技术，已成为当前研究的热点。本文重点探讨硅太阳能电池的关键技术研究，包括材料优化、表面钝化、电池结构设计等方面，以期提高硅太阳能电池的光电转换效率，推动其在可再生能源领域的应用。材料优化：硅材料作为硅太阳能电池的核心，其质量和性能对电池效率有着决定性的影响。因此，研究新型硅材料及其制备技术，如多晶硅、单晶硅、非晶硅等，是提高硅太阳能电池效率的关键。同时，通过掺杂、合金化等手段调控硅材料的电子结构，进一步提高其光电性能，也是当前研究的热点之一。表面钝化：硅太阳能电池的表面状态对其光电性能有着重要影响。表面钝化技术通过减少表面态密度、降低表面复合速率，可以有效提高硅太阳能电池的开路电压和填充因子。目前，常用的表面钝化技术包括氧化铝、氮化硅等无机钝化层和聚合物、自组装单分子层等有机钝化层。这些技术不仅可以提高硅太阳能电池的效率，还可以降低其制造成本，具有广阔的应用前景。电池结构设计：电池结构设计是影响硅太阳能电池效率的关键因素之一。通过优化电池结构，如调整电池厚度、电极结构、背场结构等，可以有效提高硅太阳能电池的光吸收和电荷收集效率。采用陷光结构、纳米结构等新型结构设计，可以进一步提高硅太阳能电池的光电性能。这些技术的研究和应用，将为硅太阳能电池的发展提供新的动力。硅太阳能电池的关键技术研究涉及材料优化、表面钝化、电池结构设计等多个方面。随着科学技术的不断进步和创新，这些关键技术的突破将有力推动硅太阳能电池性能的提升和成本的降低，进一步促进其在可再生能源领域的应用和发展。四、硅太阳能电池关键技术研究进展与展望随着全球对可再生能源需求的持续增长，硅太阳能电池作为其中的重要组成部分，其关键技术研究一直受到广泛关注。近年来，在材料科学、纳米技术、光电转换效率提升等多个领域，硅太阳能电池的关键技术研究取得了显著进展。在材料科学方面，研究者们致力于提高硅材料的纯度和结晶度，以减少杂质和缺陷对电池性能的影响。同时，新型硅基复合材料的研发也为提高电池的光吸收和载流子传输能力提供了新的途径。纳米技术的引入为硅太阳能电池的性能提升带来了革命性的变化。纳米结构硅材料的应用可以显著提高光吸收效率，同时减少光的反射和散射损失。纳米技术在改善硅太阳能电池的光电转换效率、稳定性和寿命等方面也展现出了巨大的潜力。在光电转换效率提升方面，研究者们通过优化电池结构、改进表面陷光技术、提高载流子收集效率等手段，不断提高硅太阳能电池的光电转换效率。目前，硅太阳能电池的光电转换效率已经接近理论极限，但仍有一定的提升空间。展望未来，硅太阳能电池的关键技术研究将继续围绕提高光电转换效率、降低成本、增强稳定性等方向展开。随着新材料、新工艺和新技术的不断涌现，硅太阳能电池的性能将进一步提升，为可再生能源的广泛应用提供有力支持。我们也应看到，硅太阳能电池技术的发展仍面临着诸多挑战，如环境友好型材料的开发、电池寿命的延长、废弃电池的处理等。因此，未来的研究需要在不断提高硅太阳能电池性能的兼顾环境友好性和可持续性。五、结论随着全球能源结构的转型和对可再生能源需求的日益增长，硅太阳能电池作为清洁、高效、可靠的能源转换方式，其关键技术的研究和发展显得尤为重要。本文详细探讨了硅太阳能电池的关键技术，包括材料制备、结构设计、制造工艺以及性能优化等方面，旨在为未来硅太阳能电池的性能提升和成本降低提供理论和技术支持。在材料制备方面，我们研究了不同掺杂元素和掺杂浓度对硅材料性能的影响，以及新型硅基材料的开发和应用。通过优化掺杂工艺和引入新型硅基材料，可以有效提高硅太阳能电池的转换效率和稳定性。在结构设计方面，我们探讨了不同结构对硅太阳能电池性能的影响，包括表面结构、电极结构、背场结构等。通过合理设计电池结构，可以有效减少光反射、提高光吸收效率，并降低载流子的复合率。在制造工艺方面，我们研究了不同工艺参数对硅太阳能电池性能的影响，包括硅片切割、清洗、掺杂、退火等步骤。通过优化制造工艺，可以提高硅太阳能电池的生产效率，降低生产成本，并提升电池性能。在性能优化方面，我们探讨了通过表面钝化、陷光结构、载流子选择性接触等方法提高硅太阳能电池性能的途径。这些优化措施可以有效提高硅太阳能电池的光电转换效率，降低光生载流子的复合率，提高电池的稳定性和寿命。硅太阳能电池的关键技术研究对于提高电池性能、降低成本、推动可再生能源发展具有重要意义。未来，我们将继续深入研究硅太阳能电池的关键技术，不断探索新的材料和工艺，为实现高效、低成本、环保的硅太阳能电池的应用和推广做出贡献。参考资料：随着全球能源需求的日益增长，太阳能作为一种清洁、可再生的能源，越来越受到人们的关注。而高效太阳能电池则是太阳能利用的关键技术之一。本文将就高效太阳能电池的关键技术进行探讨。目前，高效太阳能电池主要有晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池两大类。晶体硅太阳能电池是当前技术最成熟、应用最广泛的太阳能电池。其工作原理是利用光生伏特效应，将太阳光转化为直流电。晶体硅太阳能电池的转换效率在实验室中已经达到了25%以上，大规模生产的晶体硅太阳能电池的转换效率也达到了20%以上。薄膜太阳能电池是一种新型的太阳能电池，其特点是采用薄膜技术将太阳光转化为电流。薄膜太阳能电池的材料成本低、制造工艺简单、能耗少，因此在未来具有很大的发展潜力。目前，常见的薄膜太阳能电池有硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池和染料敏化（Dye-sensitized）太阳能电池等。表面制绒技术是提高晶体硅太阳能电池转换效率的重要手段之一。通过在硅片表面制备出绒面结构，可以增加光的反射和散射，提高光在硅片表面的利用率，从而提高电池的转换效率。目前，表面制绒技术已经非常成熟，并且在生产中得到了广泛应用。钝化技术也是提高晶体硅太阳能电池转换效率的重要手段之一。通过在硅片表面形成钝化层，可以抑制载流子的复合，提高开路电压，从而提高电池的转换效率。目前，钝化技术已经得到了广泛应用，并且取得了良好的效果。叠层技术是将多个单层太阳能电池叠加在一起，形成多结太阳能电池，从而提高转换效率的一种方法。叠层技术可以充分利用不同波长的太阳光，提高光的利用率，从而提高电池的转换效率。目前，叠层技术的研究已经取得了一定的进展，但是还存在着制备难度大、成本高等问题，需要进一步研究解决。光伏玻璃是一种具有特殊光学性能和机械性能的玻璃，可以用于制造高效太阳能电池的背板和盖板。光伏玻璃具有高透光率、高反射率和低吸收率等特性，可以提高太阳光的利用率，并且具有较好的耐候性和机械强度，可以提高太阳能电池的稳定性和寿命。目前，光伏玻璃技术已经得到了广泛应用，并且取得了良好的效果。高效太阳能电池是未来能源发展的重要方向之一，其关键技术的研究和应用对于推动太阳能利用的发展具有重要意义。未来，随着技术的不断进步和应用场景的不断扩大，高效太阳能电池将会在更多的领域得到应用，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。随着人类对可再生能源需求的日益增长，太阳能已成为最具潜力的能源之一。硅太阳能电池作为一种高效的太阳能转换装置，在新能源领域具有举足轻重的地位。本文将探讨硅太阳能电池的研究现状、工作原理、制造工艺以及未来发展趋势。自20世纪50年代以来，硅太阳能电池已经历了数十年的研究与发展。目前，硅太阳能电池已成为商业化和规模化应用的主流产品。根据国际能源署的报告，硅太阳能电池在全球太阳能电池市场中占据了90%以上的份额。硅太阳能电池的工作原理基于半导体光电效应。当太阳光照射到硅太阳能电池的表面时，光子与半导体材料相互作用，使得电子从价带跃迁到导带，从而产生电流。这一过程称为光生伏特效应。产生的电流通过外部电路进行利用或储存。衬底制备：采用精密的制程技术，在玻璃基板上制备一层薄硅片作为衬底。表面处理：通过化学或物理方法对硅片表面进行处理，以去除表面缺陷和杂质。随着科技的不断进步，硅太阳能电池的研究与开发也在不断深化。未来，硅太阳能电池将朝着更高转换效率、更低成本、更环保的方向发展。其中，转换效率的提升将有助于提高电力输出，降低电力损耗；成本的降低将促进更多人使用太阳能发电；环保意识的增强将推动太阳能发电技术的广泛应用。硅太阳能电池是指以硅为基体材料的太阳能电池。按硅材料的结晶形态，可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。2022年11月19日，由中国光伏企业自主研发的硅异质结电池转换效率达81%，这也是全球硅基太阳能电池效率的最高纪录。最早的硅太阳能电池是由于人们对将硅用于点接触整流器产生兴趣而出现的。锋利的金属接触对各种晶体的整流特性早在1874年就被发现。在无线电技术的早期，这种晶体整流器在无线电接收设备中被广泛地用作检波器。但是随着热离子管的发展，这种晶体整流器除在超高频领域仍被使用外，已经被热离子管所代替。这种整流器最典型的例子是钨在硅表面的点接触。这项技术促进了对硅纯度的改良，并且使得人们希望更进一步了解硅的性质。虽然硅太阳能电池的历史能够追溯到50多年前硅双极性器件出现的时期，但是实验室电池的性能和电池理论在最近十年才取得巨大进步。在过去几年中，太阳能电池的性能已经达到一度认为不可能再提高的水平。硅太阳能电池和其他大多数硅电子器件相比，有其特殊的设计和材料要求。为了获得高能量转换效率，硅太阳能电池不仅需要几乎理想的硅表面钝化，而且体材料特性也必须具有均匀的高品质。这是因为一些波长的光必须在硅中传播几百微米才能被吸收，其产生的载流子还必须仍然能够被电池收集。太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，一般的半导体主要结构如下：硅材料是一种半导体材料，太阳能电池发电的原理主要就是利用这种半导体的光电效应。当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼（黑色或银灰色固体，熔点为2300℃，沸点为3658℃，密度为349/cm³，硬度仅次于金刚石，在室温下较稳定，可与氮、碳、硅作用，高温下硼还与许多金属和金属氧化物反应，形成金属硼化物。这些化合物通常是高硬度、耐熔、高电导率和化学惰性的物质）、磷等，当掺入硼时，硼元素能够俘获电子，硅晶体中就会存在一个空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，它就成为空穴型半导体，称为P型半导体（在半导体材料硅或锗晶体中掺入三价元素杂质可构成缺壳粒的P型半导体，掺入五价元素杂质可构成多余壳粒的N型半导体）。同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成电子型半导体，称为N型半导体。P型半导体中含有较多的空穴，而N型半导体中含有较多的电子，这样，当P型和N型半导体结合在一起时。在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电，出现了浓度差。N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个由N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，从而形成PN结。当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P型区移动，而P型区中的电子往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中形成电势差，这就形成了电源。由于半导体不是电的良导体，电子在通过PN结后如果在半导体中流动，电阻非常大，损耗也就非常大。但如果在上层全部涂上金属，阳光就不能通过，电流就不能产生，因此一般用金属网格覆盖PN结，以增加入射光的面积。另外硅表面非常光亮，会反射掉大量的太阳光，不能被电池利用。为此，科学家们给它涂上了一层反射系数非常小的保护膜（减反射膜），实际工业生产基本都是用化学气相沉积一层氮化硅膜，厚度在1000A左右。将反射损失减小到5%甚至更小。或者采用制备绒面的方法，即用碱溶液（一般为NaOH溶液）对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面。入射光在这种表面经过多次反射和折射，降低了光的反射，增加了光的吸收，提高了太阳电池的短路电流和转换效率。一个电池所能提供的电流和电压毕竞有限，于是人们又将很多电池（通常是36个）并联或串联起来使用，形成太阳能光电板。硅太阳能电池是以硅为基体材料的太阳能电池。按硅片厚度的不同，可分为晶体硅太阳能电池和薄膜硅太阳能电池。按材料的结晶形态，晶体硅太阳能电池有单晶硅（c-Si）和多晶硅（p-Si）太阳能电池两类；薄膜硅太阳能电池分为非晶硅（a-Si）薄膜太阳能电池、微晶硅（c-Si）太阳能电池和多晶硅（p-Si）薄膜太阳能电池三种。单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为7%（理论最高光电转化效率为25%），规模生产时的效率为18%（截至2011年）。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，为了节省硅材料，发展了多品硅薄膜和非晶硅薄膜作为单晶硅太阳能电池的替代产品。多晶硅太阳能电池一般采用低等级的半导体多晶硅，或者专门为太阳能电池使用而生产的铸造多晶硅等材料。与单晶硅太阳能电池相比，多晶硅太阳能电池成本较低，而且转换效率与单晶硅太阳能电池比较接近，它是太阳能电池的主要产品之一。多晶硅太阳能电池硅片制造成本低，组件效率高，规模生产时的效率已达18%左右。多晶硅太阳能电池占据主流，除取决于此类电池的优异性能外，还在于其充足、廉价、无毒、无污染的硅原料来源，而近年来多晶硅成本的降低更将使多晶硅太阳能电池大行其道。非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，便于大规模生产，有极大的潜力。非晶态硅，其原子结构不像晶体硅那样排列得有规则，而是一种不定形晶体结构的半导体。非晶硅属于直接带系材料，对阳光吸收系数高，只需要1μm厚的薄膜就可以吸收80%的阳光。非晶硅薄膜太阳能电池于1976年问世，南于硅原料不足和价格上涨，促进了高效使用硅的技术和非晶硅薄膜系太阳能电池的开发。非晶硅薄膜电池低廉的成本弥补了其在光电转换效率上的不足。但是南于非晶硅缺陷较多，制备的太阳能电池效率偏低，且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。微晶硅（μc-Si）薄膜太阳能电池同样由于光电效率衰退效应致使其性能不稳定。发展受到一定的限制。多晶硅薄膜太阳能电池是近年来太阳能电池研究的热点。虽然多晶硅属于间接带隙材料，不是理想的薄膜太阳能电池材料，但是随着陷光技术、钝化技术以及载流子束缚技术的不断发展，人们完全有可能制备出高效、廉价的多晶硅薄膜太阳能电池。常规太阳能电池制作包括晶体生长、切片、抛光等工序，需要大量的人力、物力，特别是在切片工序更是浪费了大量昂贵的硅晶体材料。采用硅悬浮带提纯可以较好地提高功效，减少材料浪费，节约成本。硅悬浮带提纯法也叫czochralski晶体生长法，利用石英坩埚把硅熔化，棒的一端是具有一定纯度的完好晶体，将棒移过线圈或线圈通过棒，以一定的方向和一定的速率使熔化带疑固，形成一定的晶体排列，用传送带将固化后的硅提升出模。这种硅晶体中心薄，两边厚，形成具有很好的抗破碎机械形状。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源．也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中；太阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。为此，人们研制和开发了太阳能电池。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光电子转换反应，根据所用材料的不同。英文名称：Crystallinesiliconphotovoltaiccells(cSiPV)以无机盐如砷化镓III-V化合物、碲化镉、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料，这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。但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。本文简要地综述了太阳能电池的种类及其研究现状，并讨论了太阳能电池的发展及趋势。硅系列太阳能电池中，单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。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处理工艺基础上的。单晶硅的电池工艺已近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。提高转化效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。并在表面把一13nm。厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合．通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的电池转化效率超过23%，最大值可达23．3%。Kyocera公司制备的大面积（225cm2）单电晶太阳能电池转换效率为19．44%，国内北京太阳能研究所也积极进行高效晶体硅太阳能电池的研究和开发，研制的平面高效单晶硅电池（2cm2cm）转换效率达到79%，刻槽埋栅电极晶体硅电池（5cm5cm）转换效率达6%。单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池的替代产品，发展了薄膜太阳能电池，其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表。通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350－450μm的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。因此实际消耗的硅材料更多。为了节省材料，人们从70年代中期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大小，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，人们一直没有停止过研究，并提出了很多方法。制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积（LPCVD）和等离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺。液相外延法（LPPE）和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜电池。化学气相沉积主要是以SiH2ClSiHClSicl4或SiH4,为反应气体,在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在加热的衬底上，衬底材料一般选用Si、SiOSi3N4等。但研究发现，在非硅衬底上很难形成较大的晶粒,并且容易在晶粒间形成空隙。解决这一问题办法是先用LPCVD在衬底上沉炽一层较薄的非晶硅层，再将这层非晶硅层退火，得到较大的晶粒，然后再在这层籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜，因此，再结晶技术无疑是很重要的一个环节，采用的技术主要有固相结晶法和中区熔再结晶法。多晶硅薄膜电池除采用了再结晶工艺外，另外采用了几乎所有制备单晶硅太阳能电池的技术，这样制得的太阳能电池转换效率明显提高。德国弗莱堡太阳能研究所采用区馆再结晶技术在FZSi衬底上制得的多晶硅电池转换效率为19%，日本三菱公司用该法制备电池，效率达42%。液相外延（LPE）法的原理是通过将硅熔融在母体里，降低温度析出硅膜。美国Astropower公司采用LPE制备的电池效率达12．2%。中国光电发展技术中心的陈哲良采用液相外延法在冶金级硅片上生长出硅晶粒，并设计了一种类似于晶体硅薄膜太阳能电池的新型太阳能电池，称之为“硅粒”太阳能电池，但有关性能方面的报道还未见到。多晶硅薄膜电池由于所使用的硅远较单晶硅少，又无效率衰退问题，并且有可能在廉价衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜电池，因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。开发太阳能电池的两个关键问题就是：提高转换效率和降低成本。由于非晶硅薄膜太阳能电池的成本低，便于大规模生产，普遍受到人们的重视并得到迅速发展，其实早在70年代初，Carlson等就已经开始了对非晶硅电池的研制工作,它的研制工作得到了迅速发展,世界上己有许多家公司在生产该种电池产品。非晶硅作为太阳能材料尽管是一种很好的电池材料，但由于其光学带隙为7eV,使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率。其光电效率会随着光照时间的延续而衰减，即所谓的光致衰退S一W效应，使得电池性能不稳定。解决这些问题的这径就是制备叠层太阳能电池，叠层太阳能电池是由在制备的p、i、n层单结太阳能电池上再沉积一个或多个P-i-n子电池制得的。叠层太阳能电池提高转换效率、解决单结电池不稳定性的关键问题在于：①它把不同禁带宽度的材料组合在一起，提高了光谱的响应范围；②顶电池的i层较薄，光照产生的电场强度变化不大，保证i层中的光生载流子抽出；③底电池产生的载流子约为单电池的一半，光致衰退效应减小；④叠层太阳能电池各子电池是串联在一起的。非晶硅薄膜太阳能电池的制备方法有很多，其中包括反应溅射法、PECVD法、LPCVD法等，反应原料气体为H2稀释的SiH4，衬底主要为玻璃及不锈钢片，制成的非晶硅薄膜经过不同的电池工艺过程可分别制得单结电池和叠层太阳能电池。非晶硅太阳能电池的研究取得两大进展：第三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；第二.三叠层太阳能电池年生产能力达5MW。美国联合太阳能公司（VSSC）制得的单结太阳能电池最高转换效率为9．3%，三带隙三叠层电池最高转换效率为13%。上述最高转换效率是在小面积（0．25cm2）电池上取得的。曾有文献报道单结非晶硅太阳能电池转换效率超过12．5%，日本中央研究院采用一系列新措施，制得的非晶硅电池的转换效率为13．2%。国内关于非晶硅薄膜电池特别是叠层太阳能电池的研究并不多，南开大学的耿新华等采用工业用材料，以铝背电极制备出面积为2020cm转换效率为8．28%的a－Si/a－Si叠层太阳能电池。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重量轻等特点，有着极大的潜力。但同时由于它的稳定性不高，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。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。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，并且也易于大规模生产，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。砷化镓III-V化合物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。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，因此，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化合物如Gasb、GaInP等电池材料也得到了开发。1998年德国弗莱堡太阳能研究所制得的GaAs太阳能电池转换效率为24．2%，为欧洲记录。首次制备的GaInP电池转换效率为14．7%．见表2。另外，该研究所还采用堆叠结构制备GaAs，Gasb电池，该电池是将两个独立的电池堆叠在一起，GaAs作为上电池，下电池用的是Gasb,所得到的电池效率达到31．1%。铜铟硒CuInSe2简称CIC。CIS材料的能降为1．leV，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。CIS电池薄膜的制备主要有真空蒸镀法和硒化法。真空蒸镀法是采用各自的蒸发源蒸镀铜、铟和硒，硒化法是使用H2Se叠层膜硒化，但该法难以得到组成均匀的CIS。CIS薄膜电池从80年代最初8%的转换效率发展到15%左右。日本松下电气工业公司开发的掺镓的CIS电池，其光电转换效率为15．3%（面积1cm2）。1995年美国可再生能源研究室研制出转换效率为17．l%的CIS太阳能电池，这是迄今为止世界上该电池的最高转换效率。预计到2000年CIS电池的转换效率将达到20%，相当于多晶硅太阳能电池。CIS作为太阳能电池的半导体材料，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。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。在太阳能电池中以聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制备的研究方向。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P－N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波中时．光敏化剂吸光后产生的电子转移到还原电位较低的电极上，还原电位较低电极上积累的电子不能向外层聚合物转移，只能通过外电路通过还原电位较高的电极回到电解液，因此外电路中有光电流产生。由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本低等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研究探索。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，远不能满足大规模推广应用的要求。为此，人们一直不断在工艺、新材料、电池薄膜化等方面进行探索，而这当中新近发展的纳米TiO2晶体化学能太阳能电池受到国内外科学家的重视。自瑞士Gratzel教授研制成功纳米TiO2化学大阳能电池以来，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）是由一种在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，窄禁带半导体材料采用过渡金属Ru以及Os等的有机化合物敏化染料，大能隙半导体材料为纳米多晶TiO2并制成电极，此外NPC电池还选用适当的氧化一还原电解质。纳米晶TiO2工作原理：染料分子吸收太阳光能跃迁到激发态，激发态不稳定，电子快速注入到紧邻的TiO2导带，染料中失去的电子则很快从电解质中得到补偿，进入TiO2导带中的电于最终进入导电膜,然后通过外回路产生光电流。纳米晶TiO2太阳能电池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2O年以上。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。中国对太阳能电池的研究起步于1958年，20世纪80年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，使中国太阳能电池生产能力由原来的3个小厂的几百kW一下子提升到4个厂的5MW，这种产能一直持续到2002年，产量则只有2MW左右。2002年后，欧洲市场特别是德国市场的急剧放大和无锡尚德太阳能电力有限公司的横空出世及超常规发展给中国光伏产业带来了前所未有的发展机遇和示范效应。我国已成为全球主要的太阳能电池生产国。2007年全国太阳能电池产量达到1188MW，同比增长293%。中国已经成功超越欧洲、日本为世界太阳能电池生产第一大国。在产业布局上，我国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势。在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区，已经形成了各具特色的太阳能产业集群。中国的太阳能电池研究比国外晚了20年，尽管国家在这方面逐年加大了投入，但投入仍然不够，与国外差距还是很大。政府应加强政策引导和政策激励，尽快解决太阳能发电上网与合理定价等问题。同时可借鉴国外的成功经验，在公共设施、政府办公楼等领域强制推广使用太阳能，充分发挥政府的示范作用，推动国内市场尽快起步和良性发展。太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位。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。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。由此可以看