太阳能光伏电池综述.doc

太阳能光伏电池综述.txt根网线尽赚了多少人的青春有时候感动的就是身边微不足道的小事。破碎不是最残酷的最残酷的是踩着这些碎片却假装不疼痛固执的寻找将来就算我遇见再怎么完美的人,都有一个缺点,他不是你,_下辈子要做男生，娶一个像我这样的女生。 本文由zfmfns0646贡献 本文由ed4wj9d4l8贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 信息 记录材料 第 年 卷 第 期 综 述 太 阳能 光 伏 电池 综 述 成 志秀 ，王晓丽 （ 中国乐凯胶片集 团公 司，保定 ） 摘 要 ： 几年来 ， 近 由于能源减少 和环境污 染的双 重压 力 ， 得 光伏产 业迅猛 发展。详细叙述 了薄膜 光伏 电池 使 的发 展历程、 类和 光伏 电池的制备工艺 ， 种 以及 薄膜 光伏 电池产业发展的瓶颈 问题 ， 并对光伏 产业进行 了展望。 关键 词 ：太 阳能 ；光伏效应 ；光伏 电池 ；薄膜 中图分类号 ： 文献标识码 ： 文章编号 ： 一 【 前言 释放 包括 二氧 化 碳在 内的任 何 气体 ，是 对 环境 无 污 染 的可再 生 能源 。这 对改 善 生 态环 境 、缓解 温 室 气 人类在 世纪面对的最大困难是什么？答案是 体的有害作用具有重大意义。因此太阳能 电池有望 不可再 生 能 源 的 日渐 减 少 和环 境 污 染 的 日益 严 重 。 成为 世纪 的重要新能 源 。 目前一 些发 达 国家采 用 太 阳能 电池 发 出 的 电并 人 电 网 的措施 ，既 能 部分 平 如何解决 这一 对难 题 成 为 困扰 世界 经 济 发展 的首要 任务。各种可再 生能源 的优越性 日渐突出。于是， 衡高峰 用 电 ，又 可 省去 储 电 的费 用 。太 阳能 发 电 系 统一般没有发 电机具有的转动部件 ，所 以也不会产 人们 将 目光纷纷投 向了太 阳。 不容易损坏。太阳能发电装置规模可大可 太 阳时 时刻 刻都 在 向地球 发 送 着能 量 ，并 且 这 生噪音 ， 种能量 是取 之 不尽 ，用 之不 竭 的。如果 仅 仅将 太 阳 小，小的可以是数瓦或数十瓦 ，如便携式太阳能手 发射 到地 球 的总辐 射 功率 换 算成 电功率 ，可 以高达 电筒和太 阳能 手机 充 电器 ，大 的可 以是数 兆 瓦或 数 千瓦 ，比 目前全 世界 平均 消费 电力 还要 大 十兆瓦，例如大型发电站等。 数亿倍 。太 阳能不但数量巨大，而且源于太 阳的各 种 绿色 能 源 ，如 ：风能 、潮 汐 能 、生物 质 能 、水 力 光伏电池简介 能都属于可再生能源，只要有太阳的存在 ，能源就 作 为太阳能 电池工作基本 原理 的光 伏效应 （ 像 阳光 一样 源 源不 断 。太 阳能 的 利用 有很 多 种 ，可 缩写 ）是 年被发现 的。 由太 阳 以利用 光 的热 效 应 ，将 太 阳辐 射 转化 成 热 能 ；也 可 光的光量 子与材料 相互作用 而产生 电势 ，从 而把光 的 以利用光的伏特效应 ，将太阳辐射直接转换成 电能 能量转换成电能 ，此种 进行能量转 化 的光 电元件称 为 等。在太 阳能 的有 效 利用 中 ，太 阳能 的光 电利 用 成 太 阳电池 （ ，也 可 称 之为 光 伏 电池 。 ） 为近些年 发 展最 快 、最 具 活 力 的研 究 领域 。 太 阳能 年 实验室研发出第个太阳能电池，不过由于效 率 太低 ，造价太高 ，缺乏商 业价值 。随 着航天技 术 的 太阳能电池是利用太阳光和材料相互作用直接 发展， 使太阳能电池的作用不可替代，太阳能电池成 产 生电能 ， 不需要消耗燃料和水等物质 ， 使用 中不 为太空飞行器 中不可取代 的重要部 分。 年 月发 收 稿 日期 ： 电池 的研究 发展也 日益迅速起来 。 射的美 国 锄 号上首次装设 了太 阳能 电池。 年 月苏联发射的第 颗人造卫星上也开始装设 太阳能电池 。到 年美国人 登陆月球 ，这使得太 阳 作者简介 ：成志秀 （ ，女 ，工程师 ，主要 从事膜 一） 林科方面的研究。 硼 能电池 的发展达到 了第 个巅 峰期 。此后 ，几乎所 有 其最 大 的特 点是 在降 低成 本方 面有 很 大 的优 势 ，便 发射的人造 天体 上都 装设 太 阳能 电池 。加 世 纪 年 于 大面 积连 续生 产等 优点 。其 应用 市 场 ，一 是 弱光 电池市 场 ，二是 功率 型应 用市 场 。 下 图是 一般 太 阳能组 件结 构 ： 石油供应 中断 ，出现 了 “ 能源 危机 ” ，人 们 开始认 识 代初期 ，由于 中东 战争 ，石油禁运 ，使 得工业 国家 的 到不能长期依靠传统能源。特别是近年来地面能源面 临 的矿物燃料 资源 的减少 与环境污染 的 问题 ，于是 太 阳能 电池 的 应 用 已被 提 上 了各 国政府 的议 事 日程 。 以后 ，太阳能的发展 开始与 民用 电相结合 ， 年 “ ” （ 与市 电并联 型太 图 一 般 太 阳能 组 件 结构 阳能 电池发 电系统 ）开始推广 ，太 阳能 电池不 断有 新 的结构 与制造技术被研发 出来。 至今 太 阳能 电池 已经发 展到 了第 代 。第 代 据文献资料报导 ， 目前太 阳能电池 的光 电转换 率 ： 晶硅 为 ； 晶 硅 为 ； 晶 硅 为 单 多 非 太 阳能 电池包 括单 晶硅 和 多晶硅 种 ，工 业化 产 品 ； 为 ； 为 ； 多接 面 串 效率 一 般 为 一 ， 目前 可 工 业 化 生 产 、可 叠 型 （ ， 获 得利 润 的太 阳能 电池就 是指 第 代 电池 。但 是 由 。 ） 于生产工艺等 因素使得该类 型的 电池生 产成本较 近年来 ， 伏 电池 产 业 发 展迅 速 。据 数 光 年 高 。第 代 太 阳能 电池是 薄膜 太 阳能 电池 ，其 成本 据分析 ， 各种太 阳能 电池 中硅 基太 阳能 电池 占总产量 的 ， 晶体硅 太阳能 电池 占总产量 的 ， 晶 多 低于第 ，可大幅度增加电池板制造面积 ， 代 但是 年 ， 界 太 阳 能 世 效率 不如第 。在将 来 的第 代 太 阳能 电池 应该 硅 太阳能 电池 占总量 的 。 代 其 占 具 有 以下 特征 ：薄 膜化 、高 效率 、原 材 料 丰 富和无 电池 总产量 ， 中 日本仍 居 首位 ， ， 世 界 总 产 量 的 ； 洲 为 ， 总 产 量 的 欧 占 毒性。可望实现的第 代电池效率的途径包括 ：叠 占总产量 的 ； 其他 ， 占 层 电池 、多 带 光 伏 电池 、碰撞 离化 、光 子 下 转换 、 ； 美国 ， 总产 量 的 。 年 ， 界 光 伏 市 场 安 装 量 世 热 载流 子 电池 、热离 化 、热光伏 电池等 。 ， 比 年增长 ， 中德 国安 装最 多 ， 其 为 太 阳能 电池 （ 光伏 ） 材 料 主 要 包 括 ：产 生 光 ， 比 年 增 长 ， 世 界 总 安 装 量 的 占 伏效应 的半导体材料、薄膜用衬底材料 、减反射膜 ； 欧洲 为 ， 占总 世 界 安装 量 的 ， 日本 材料 、电极与导线材料 、组件封装材料等。其 中用 安 装 量 ， 幅 为 ， 世 界 总 安 装 量 的 增 占 来制作太 阳能 电池所用 的半导体材 料有元素半 导 ； 国安装 量为 ， 美 占世 界 总安装 量 的 ， 体 、化合 物半 导体 和各 种 固体溶 体 。从 半 导体 材料 其 他安 装 量 为 ， 占世 界 总安 装 量 的 。全 使用 的形 态来 看 ，有 晶片 、薄 膜 、外 延 片。按 化 学 球 光伏 电池 产量预测如 图 所 示 ， 中纵 坐标 表示 光 其 组成 及 产生 电力 的方式 ，太 阳能 电池 可分 为无 机 太 伏 发 电占总发 电的百分 比。图 是 主要 生产 国近 阳能 电池 、有 机 太 阳能 电池 和 光 化学 电 池 大类 。 年来产 量变化趋势 图。据统计 ， 年世界 按形 态 分 可 以分 成 块 状 （ 光 伏 电池 和 薄 膜 太 阳能 电池 平均年增 长率在 。 ） （ 光伏 电池 大 类 。 ） 块状 （ ）光伏 电池一 般指 晶体 硅太 阳能 电 池 ，主要 包括 单 晶硅 、多 晶硅 。其 电池 发 电层 的厚 度一 般在 之 间。其 光 电转 化率 一 般 为 一 。 目前空 间用 的太 阳能 电池 中单 晶硅 电 池 占重要 地 位 ，在 今 后 几 十 年 内仍 具 有 重 要 地 位 。 薄 膜 （ 光伏 电池 ，主要 包 括 硅 薄 膜 型 、 ） 化合物半导体薄膜型以及新材料薄膜 型。其薄膜厚 度 一般 在 。非 晶硅 太 阳能 电池 是 世 纪 年代中期发展起来 的一种新型薄膜太 阳能电池 ， 图 全球光伏 电池产量预测 图 啊一 信息记录材料 年 第 卷 第 ！ 期 综 述 电池 的单 体 片就制 成 了 。单 体 片经 过抽 查 检验 ，即 可按 所需 要 的规格 组装 成太 阳电池组 件 （ 阳 电池 太 板） ，用 串联 和并 联 的方 法 构 成一 定 的 输 出 电 压 和 电流 。最 后 用框 架和 组装 材料 进行 封 装 。用 户根 据 系统设计 ，可将太阳能电池组件组成各种大小不 同 的 太 阳能 电池方 阵 ，亦称 太 阳能 电池 阵 列 。 目前 单 晶 硅太 阳 电 池 的光 电转 换 效 率 为 左 右 ，实 验 室 成果 也有 以上 的。 来 源 ：成都证券 研究所 图 近 年 主要生产 国家产量变化趋 势 单 晶硅 太 阳能 电池 的生 产需 要 消耗 大量 的高纯 硅 材 料 ，而制 造这 些材 料工 艺 复杂 ，电耗很 大 ，在 太 阳能 电池 生 产 总成 本 中 己超 。加 之 拉 制 的单 晶硅 棒呈 圆柱 状 ，切 片 制作 太 阳能 电 池也 是 圆 片 ， 块状光伏 电池 块状 光伏 电池 一 般指 晶 体硅 光伏 电 池 ， 目前 是 市场 上 的主导 产 品 。晶体硅 光伏 电池按 材 料 形态 主 要分 为单 晶硅 太 阳电池 和多 晶硅 太 阳 电池 。其 中单 晶硅 太 阳电池 在 太 阳 电池 中研 究 最 早 、 先 进 入 应 最 用 。晶体硅 光伏 电池 以硅 半导 体 材料 制成 大 面 积 的 结进 行 工作 。一 般 采 用 同质结 的 结 构 ， 即 在 见方 的硅 片 上 用扩 散 法 制 作 出一 层 很 薄 的 经过 重掺 杂 的 型 结 ， 后 在 型 结 上 面制 作 金 属 然 栅线 ， 为正 面 电极 。在 整个 背 面 也制 作金 属 膜 ， 作 作 为背 面欧 姆接 触 电极 。这样 就形 成 了晶体 硅 太 阳 电 池 。为 了减少 光 的反 射 ， 般 在 整 个 表 面 上 再 覆 盖 一 一 组成太阳能组 件平面利用率低 。因此 ， 年代 以 来 ，欧美 一 些 国 家 投 入 了 多 晶 硅 太 阳 能 电池 的 研 制。 多晶硅 太 阳能 电池 目前 ，太 阳能 电池使 用 的多 晶硅 材 料 ，多半 是 含 有大 量单 晶颗 粒 的集合 体 ，或用 废 次单 晶硅 料 和 冶金级 硅 材料 熔化 浇铸 而成 。其 工艺 过 程 是选 择 电 阻率为 ? 的多晶块料或单 晶硅头尾 料 ，经破 碎 ，用 ： 的 氢 氟 酸 和 硝 酸 混 合 液 进 行 层 减反 膜或 在硅 表 面制 作绒 面 。现分 述如 下 ： 单 晶硅 能太 阳电池是 当前 开发 得 最 快 的一 种 太 适 当的腐蚀 ，然后用 去离 子水 冲洗呈 中性 ，并 烘 干 。用石 英坩 埚装 好 多 晶硅 料 ，加 人适 量 硼 硅 ，放 人浇 铸炉 ，在真 空状 态 中加热熔 化 。熔 化 后 应保 温 约 ，然后 注 入石 墨 铸模 中 ，待 慢 慢 凝 固冷 却 后 ，即得 多晶硅 锭 。这 种硅锭 可 铸成 立 方体 ， 以便 切 片加 工成 方 形太 阳 电池 片 ，可 提 高材 制利 用 率 和 单晶硅 太 阳能 电池 阳能 电池 ，它 的结构 和生 产 工艺 已定 型 ，产 品 已广 泛 用 于空 间和地 面。这种 太 阳电池 以 高纯 的单 晶硅 方便 组装 。多 晶硅 太 阳能 电池 的制作 工 艺 与单 晶硅 棒为原 料 ，纯度 要求 。为 了降低生 产成 太 阳电 池 差 不 多 ，其 光 电转 换 效 率 约 左 右 ， 本 ，现在 地 面应用 的太 阳能 电池 等 采用 太 阳能级 的 稍低 于单 晶硅 太 阳能 电池 ，但是 材 料 制造 简 便 ，节 单 晶硅 棒 ，材 料性 能指 标 有所 放宽 。 有 的也 可使 用 约 电耗 ，总 的生 产成 本较 低 ，因此 得 到大量 发展 。 半 导 体器 件加 工 的头 尾料 和废 次单 晶 硅 材料 ，经过 复拉 制成 太 阳能 电池 专用 的单 晶硅 棒 。 将单 晶硅 棒 切成 片 ，一般 片厚 约 。硅 片 薄膜光伏 电池 薄 膜 （）光 伏 电池 ，其 薄 膜 厚 度 一 般 经过形 、抛磨、清洗等工序 ，制成待加工的原料硅 。其 中包括硅 薄膜 型 （ 主要包 括 多晶 片 。加 工 太 阳能 电池 片 ，首 先要 在硅 片上 掺杂 和 扩 在 、化 合 物 半 导 体 薄膜 型 （ 主 散 ，一 般 掺杂 物为 微量 的硼 、磷 、锑 等 。扩散 是 在 硅 、非 品硅 和微 晶硅 ） ： ， ： ， 石英 管制 成 的高温 扩散 炉 中进行 。这样 就 硅 片上 形 要包 括 非 结 晶 型 （ 、 ，等 ） 、 成 结 。然 后 采 用 丝 网印 刷 法 ，精 配 好 的 银 浆 ： 等 ） 族 （ 系 、新 材 料 印在 硅 片上 做 成 栅 线 ，经 过 烧 结 ，同 时 制 成 背 电 族 （ ） 和磷 化 锌 （ ） 等 ） 极 ，并在 有 栅线 的 面涂覆 减 反射 源 ，以防 大量 的 光 薄膜 型电池 （ 主要包 括 聚合 物薄膜 太 阳能 电池 和 染 子 被光 滑 的硅 片表 面反射 掉 。 因此 ，单 晶硅 太 阳能 料 敏 化太 阳能 电池 。 ） 硼 多晶硅薄 膜光 伏 电池 典型 硅薄 膜光 伏 电池基 本结 构示 意 图 ： 射法 、化学 气 相沉 积法 、电子束蒸 发 法 和热 分 解硅 烷法 等 。 辉光 放 电法是 将一 石英 容器 抽 成 真空 ，充 人 氢 气 或氩气 稀 释 的硅 烷 ，用射 频 电源 加 热 ，使硅 烷 电 图 典型硅薄膜光伏电池基本结构示 意图 从 年代 中期 人 们 就 已 经 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 。 目前 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 （ ） 和 等 离 子 增 强 化 学 气 相 沉 积 （ ） 工 艺 ，另 外 还 有 液 相 外 延 法 （ ） 和溅 射沉 积法 。 化学气 相沉 积主要 是 以 、 、 或 ，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 、 、 等 。但 是 ，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 在 衬 底 上 沉 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 ，这 就是 再结 晶技 术 ， 目前 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 硅光伏 电池 的技术 ，这样制得的光伏电池转换效率 明显 提高 。 液相 外延 （ ） 法 的原 理 是通 过 将 硅 熔融 在 母 体 里 ，降低 温度 析 出硅膜 。 由于 多 晶 硅 薄 膜 电池 所 使 用 的 硅 远 较 单 晶硅 少 ，又无 效率 衰退 问题 ，并 且可 以在廉 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 电池将 成 为薄 膜 太 阳能 中发 展速 度最 快 的 。 非晶硅 薄膜 太 阳能 电池 非 晶硅 太 阳 电池 是 年 出现 的新 型 薄 膜 太 阳能电池 ，它与单 晶硅和多晶硅太 阳能电池的制作 方 法完 全 不 同 ，硅 材料 消耗 少 、电耗 低 。制 造非 晶 硅太 阳能 电池 最 常见 的方 法有 辉光 放 电法 、反 应溅 离 ，形成等离子体 。非 晶硅膜就沉积在被加热 的衬 底上 。若 硅烷 中掺 人适 量 的氢化 磷 或 氢化 硼 ，即可 得 到 型或 型 的非 晶硅 膜 。衬底 材料 一般 用玻 璃 或 不锈钢 板 。这种 制备 非 晶硅薄 膜 的工艺 ，主要 取 决 于严格 控制 气 压 、流速 和射 频功 率 ，对 衬 底 的温 度 的要 求也 很严 格 。 非 晶硅 太 阳能 电池有 各种 不 同 的结 构 ，其 中有 种经 典 的结构 叫 型 ，它 是在 衬 底上 先 沉积 一 层 掺磷 的 型 非 晶硅 ，再 沉 积 一 层 未 掺 杂 的 ， 层 然 后再 沉积 一层 掺 硼 的 型非 晶硅 ，最 后用 电子束 蒸发一层减反 射膜 ，并蒸镀 银 电极。此种 制作 工 艺 ，可 以采用一 连 串沉 积室 ，在 生产 中构 成连 续 程 序 ，以实 现大 批量 生产 。同时 ，非 晶硅 太 阳能 电池 很薄 ，可 以制 成叠 层式 ，或 采用 集成 电路 的方 法 制 造 ，在一个平面上 ，用适当的掩模工艺 ，一次制作 多个 串联 电池 ，以获 得较高 的 电压 。 非 晶硅 可 以 生 长 在 很 薄 的 不 锈 钢 和 塑 料 衬 底 上 ，制备 出超轻 量级 的太 阳能 电池 。这种 电池具 有 很 高 的电功 重 量 比 ，首 先 被 用 在 太 阳 功率 飞机 上 ，并在 年 完 成 了 首 次跨 越美 国 的飞 行 ，创 造 了太 阳功 率 飞行 的新记 录 。 目前 ，非 晶硅太 阳能 电池 存 在 的 问题 是光 电转 换 效率 偏 低 ，国 际 先 进 水 平 为 左 右 ，且 不 够 稳定 ，常有转换效率衰降的现象 ，制约着非 晶硅电 池 作 为大 型太 阳能 电源 ，只能应 用 于弱 光 电源 。估 计 效 率衰 降 问题克 服后 ，非 晶硅 太 阳 电池 将促 进 太 阳能 利用 的大 发展 ，因为它 成 本 低 ，重量 轻 ，应用 更 为方便 ，它可 以与 房屋 的屋 面结 合构 成 住 户 的独 一 立 电源 。 多元化 合物 薄膜 太 阳能 电池 在发 展 硅 系太 阳能 电池 的同 时 ，为 了避 开硅 系 太 阳能 电池存 在 的普 遍 问题 ，人们 也 在研 制 其 它材 料 的太 阳能 电池 。这 其 中主要 包 括砷 化镓 族 化 合物 、硫 化 镉 及 铜 铟 硒 薄 膜 电池 等 。砷 化 镓 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 。 砷化镓 属 于 族 化合 物半 导体 材料 ，其能 隙 ，并 且耐高 温性强 ，在 二百 多度 的温度 下 ，光 电转换 性 能仍 不受 到太 大 的影 响 ，并 且 由于 其最 高 光 电转 换 ，效 率 约 ，特 别 适 合 做 高 温 皿一 信息记录材料 年 第 卷 第 期 综 述 聚光 太 阳 电池 。 因此 ，是 一 种很 理 想 的 电池 材 料 。 比较简 单 ，设备 问题 容 易解决 。 镉 碲薄 膜 电池 在薄膜 电池 中历史 是 最 久 的 ，典 型的 光 电池结 构 的主体 是 由约 层 的 型 与 后仅 的 型 形 成 。 层 的 层 上沿先 结 合 ，再 连接 基 材 上 沿接 合 背板 ， 以形 成一 个 光 电池 架 构 。 光 电池 的 制 备 方 法 目前 有 多 种 工 艺 可 以采 用 。 最 常 见 的 方 法 有 溅 镀 法 、化学 蒸镀 、 、丝 网 印刷 、电流 沉 积 、化 学 喷射 、密 集堆 积 升华 法等 ，其 中电流 沉 积法 是最 便 宜 的方法 之一 ，沉 积 操作 需要 的温度 较 低 ，所耗 用 碲元 素也 最 少 ，也 是 工业 界采 用 的主 要方 法 。 综 上所 述 ，尽 管多元 化合 物薄 膜 太 阳能 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 由于其 组 成 元 素大 都 剧毒 ，会 对环 境造 成严 重 的 污染 ，有 的元 素 比较 稀 有 。因此 ，这 种 电池并 不 是 晶体 硅 太 阳能 电池最 理 想 的替代 品 。 聚合 物薄 膜太 阳能 电池 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 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 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 ； 已研 究 的砷化 镓 系列 太 阳能 电池有 单 晶砷化 镓 、多 晶砷 化 镓 、镓 铝 砷 砷 化 镓 异 质 结 、金 属 一 导 半 体砷 化镓 、金 属 一 缘体 一 导 体 砷 化 镓 太 阳 能 电 池 绝 半 等。砷化镓等 化合物薄膜 电池 的制备类似硅 半 导体 材料 的制 备 ，有 晶体 生 长 法 、直 接 拉 制 法 、 气 相生 长法 、液 相外 延法 等 。 除 砷 化 镓 外 ，其 它 化 合 物 如 、 等 电池材 料也 得 到 了开 发 。 年德 国费 莱 堡 太 阳能 系统研 究 所制 得 的砷化 镓 太 阳能 电池 转 换 效率 为 ，为 欧 洲 最高 记 录 。 首 次 制 备 的 电池转 换效 率 已经 达 到 为 。另 外 ，该 研究 所还 采用 堆 叠 结 构 制 备 ， 电池 ，该 电池 是将 个 独 立 的 电池 堆 叠 在 一 起 ， 作 为 上 电池 ，下 电 池 用 的是 ，所 得 到 的 电池 效 率 达到 。 铜 铟硒 简 称 。是 以铜 、铟 、硒 三 元 化合 物半 导体 为基 本材 料制 成 的太 阳能 电池 。它 是 一 种多 晶薄 膜 结 构 ，材 料 的 能 降 为 ， 适 于太 阳光 的光 电转 换 。另外 ， 薄 膜 太 阳能 电 池 不存 在 光致 衰退 问题 。电池 薄 膜 的制 备 一 般 采 用 真空镀 膜 、硒 化法 、电沉 积 、 电泳 法 或 化学 气 相沉 积法 等 工艺来 制 备 ，材 料 消耗 少 ，成 本 低 ，性 能稳 定 ，光 电转 换 效率 在 以 上 。 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 叠 层 膜硒 化 ，但 这种 方 法 很 难 得 到 组 分 均 匀 的 。近来 还发 展 用铜 铟 硒 薄 膜 加 在 非 晶硅 薄 膜 之上 ，组 成叠 层太 阳能 电池 ，提高 了太 阳能 电池 的效 率 ，并 克 服 了 非 晶 硅 光 电 效 率 的 衰 降 问 题 。 薄 膜 电池从 年代最 初 的转 换 效率 发 展 到 目前 的 左 右 。预 计 到 年 电池 的转 换 效率将 达 到 ，相 当于 多 晶硅 太 阳能 电池 。 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 。 年雷诺 兹 发 现 了硫 化 镉 具 有 光 生 伏 打 效 应 。 年采 用 真 空 蒸 镀 法 制 得 硫 化 镉 太 阳 能 电 池 ，光 电转 换效 率 为 。 年 美 国制 成 的硫 化镉 太 阳能 电池 ，光 电转 换 效率 提 高 到 。 除 了烧 结 型 的块状硫 化 镉太 阳能 电池外 ，人们 更 着 重研究 簿膜 型 硫化镉 太 阳能 电池 。它是 用 硫 化 亚铜 为阻 挡层 ，构 成 异 质 结 ，按 硫 化 镉 材 料 的理 论 计 算 ，其光 电转 换 效 率 可 达 。尽 管 非 晶硅 薄 膜 电池 在 国际上 有较 大影 响 ，但 是 至 今 有些 国家仍 指望 发 展硫 化镉 太 阳能 电池 ，因为它 在 制造 工 艺 上 另一个 电极 的修饰正好相反 ，并且第 电极上 个 种 聚合 物 的还 原 电位均 高于 后 者 的 种 聚 合 物 的还 原 电位 。当 个修饰 电极放人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 。 聚合物 薄膜 太 阳能 电池 的制 备 的关 键 步骤 是 聚 合 物半 导 体 的 层 的 形 成 。 目前 主 要 有 种 技 术 ： （ ）真 空技 术 是 目前 制 备 薄 膜 普 遍 采 用 的 方 法 之 主要 包 括 真 空 镀 膜 溅 射 和 分 子 束 外 延 生 长 技 术 ； （ ） 溶 液 处 理 成 膜技 术 。常 用 的溶 液 成 膜 技 术主 要有 电化 学 沉 积 技 术 、甩膜 技 术 、铸 膜 技 术 、 预 聚物 转 化 技 术 、 技 术 、分 子 组 装技 术 、印刷技 术 等 ； （ ） 单 晶技 术 。制 备 聚合 物 半导 体单 晶的方法 有 ：电化 学 法 、扩 散法 和气 相 一 ， 法。 由于有 机 材料 柔性 好 ，制作 容 易 ，材 料来 源 广 碾 、 泛 ，成本 底 等优 势 ，从 而对 大规 模 利 用 太 阳能 ，提 在 以上 ，制作成本仅为硅太 阳电池 的 一 供廉 价 电能具 有重 要 意义 。但 以有 机 材料 制 备 太 阳 ，寿命 能 达 到 年 以上。 能 电池 的研究 仅 仅 刚开始 ，不 论 是使 用 寿命 ，还 是 柔性 光伏 电池 的发 展 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 。 染料敏 化 太 阳能 电池 染 料敏 化 电 池 的原 理 是 表 面 吸 附 一 层 对 可见 光具有 良好 的吸收性 能 的染 料 光 敏化 剂后 ，染 料 分子 在 可见 光 的作用 下 ，通过 吸 收 光能 而跃 迁 到 激发态 ，通过染料 分子 和 表 面的相互 作用 ， 电子 跃迁 到较 低 能 级 的 导带 ，进 人 导 带 的 电 子被 导 电 电极 薄 膜 收集 ，通过 外 回路 ， 回到 反 电极 产 生光 电流 。 染 料敏 化 薄膜 太 阳能 电池 主要 由 以下 几部 分 组 成 ：透 明 导 电 玻 璃 、纳 米 多 孔 半 导 体 薄 膜 、 染 料光 敏 化剂 、电解质 和反 电极 。 透 明导 电玻璃 作 为导 电 电极 ，就 是在 普 通玻 璃 上镀 上一 层掺 或 的 的透 明导 电膜 ，也 可 以是 薄 膜 ，在导 电膜 和玻 璃之 间 最好 扩 散 一层 几纳米的 。正 、负电极电子的传输和收集主要 是通 过导 电玻 璃 进行 的 ，其制 备方 法 主 要有 ：磁 控 溅射 、化 学 气相沉 积 等 。光 阳极通 常 是 由纳米 多孔 半 导体 薄膜 组成 。很 多成 熟 的薄 膜 制备 方 法 都 可 以用 于 制备 光 阳极 。反 电极也 称 为 光 阴极 ，是 有 透明半导 体膜构成 ，主要用 于收集 电子和催化 作 用 ，加 速 ； 以及 阴极 电 子 之 间 电 子 交 换 速 度 。 一 另外 ，光阴极 中厚厚的一层铂还起光反射作用。染 料的性能决定 电池 的光电转换效率 。电解质主要作 用是传输 和 。 一 典 型染 料敏化 纳 米 晶薄膜 太 阳能 电池结 构 示 意 图： 传统的硅基太阳能电池容量大 ，对太阳光 的转 换率可 以达到 ，技术 成熟 ，但 是它存 在的最 大 问题就 是必 须加 工成 坚硬 的板 块 状 电池 板 ，这 就 限制 了它 的许 多用 途 。柔性 太 阳能 电池重 量 轻 ，而 且可 以折 叠 、卷 曲 ，甚 至 可 以粘 贴 在 其 他 物 体 表 面 ，例 如 ：汽车玻 璃 、衣 服等 。 年 美 国加 利 福 尼 亚 大 学 的科 学 家 借 助 纳 米技 术 和 聚合 物 研制 出一 种太 阳能 电池 ，整 个 太 阳 能 电池 两侧 的电 极 之 间夹 着 几 百 纳 米 的有 机 薄 膜 ， 最 关键 的是 其 中 的硒 化镉 纳米 棒 ，这种 纳米 棒 受 到 特 定波 长 的光 的照 射后产 生 电子 空 穴对 ，从而 产 生 电势 差 ，其太 阳能 的利 用率 为 。 在荷 兰 、法 国和 葡萄 牙 的科 学 家 在从 事一 项 命 名 为 （ ） 的 柔 性 电池 的研 制 工作 ， 的效率约 为 ，生产成本 低、通 用 性好 。研 制人 员称 其产 品将 在 年 内 出现 。 日本夏 普公 司 年 发 明 出一 种 如 纸 张 一般 薄 的 电池 ，这种 太 阳能 电池 像 张名 片一 样 大 ，厚 ，重 ，发 电能力 为 瓦 ，光 电转 换 效率 高 达 。佳能 公 司发 明 了一 种 由新 材 料 制 成 的柔性 太 阳能 电池 ，其 特点 是 ：由树 脂 包 封 的非 晶 硅作为主要光 电转换层平铺在柔性材料制成的底版 上。 年 月韩 国电子 和电信研究所 太 阳能 电 池研 究小 组 开发 出 了全球 效率 最高 的柔性 太 阳能 电 池 的原 型 产 品 。据 介 绍 ， 种 太 阳 能 电池 只有 这 厚 。 美 国 公 司 利用 太 阳能 电 池 制 造 技 术 生产 光 伏 系 列产 品 ，这 种 技 术 允 许 半 导 体层 沉积 在一 种 如纸张 一样 薄 的耐 用 柔 性 聚合 物 的衬底 上 ，从 而实 现卷 曲制 造工 艺 。 柔性 太 阳能 电池 具有 成本 低 、重 量 轻 、应 用范 围广 、携带 方便 等优 点 ，只要 光 电转 换 率 达 到应用 水平 ，市场 前景 非常 广泛 。 璃基板 玻 ： ： 导电薄膜 ： 密封栲抖 ： 液态电解质 敏染纳 晶屡 导 薄 玻 着 化料米 体 电膜 璃 暾 图 典型 染料敏 化薄膜太阳能 电池结构 图 结束语 目前 ，太 阳能 电池 产业 发展 的瓶 颈 主 要有 方 纳米晶 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 面 的问题 ：第 个 是价 格 问题 ：首 先要 研 制 能稳 定 获得高效率且低成本的半导体材料 。其次是能用低 成本 的工艺路 线 生产 这种 光伏 电池 。 从成 本 上讲 ，太 阳能电池 仍然 是 目前