硅太陽能電池關(guān)鍵技術(shù)研究

硅太陽能電池關(guān)鍵技術(shù)研究一、本文概述隨著全球?qū)稍偕茉葱枨蟮牟粩嘣鲩L，硅太陽能電池作為清潔、高效的可再生能源技術(shù)，已經(jīng)成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。本文旨在深入研究硅太陽能電池的關(guān)鍵技術(shù)，探索提高電池效率、降低成本以及增強(qiáng)穩(wěn)定性的新方法和途徑。我們將對硅太陽能電池的基本原理、發(fā)展歷程以及當(dāng)前面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)進(jìn)行全面的概述，并在此基礎(chǔ)上，對硅太陽能電池的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入的分析和探討。我們將重點(diǎn)關(guān)注硅太陽能電池的制造工藝，包括硅材料的提純、晶體生長、切割、表面處理等步驟，以及這些工藝對電池性能的影響。我們還將研究電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、光電轉(zhuǎn)換效率提升技術(shù)、抗反射涂層、電池封裝等關(guān)鍵技術(shù)，以期望通過優(yōu)化這些技術(shù)，進(jìn)一步提高硅太陽能電池的性能和穩(wěn)定性。本文還將對硅太陽能電池的應(yīng)用前景進(jìn)行展望，探討其在太陽能電站、分布式光伏、建筑一體化光伏等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。我們也將關(guān)注硅太陽能電池技術(shù)的發(fā)展趨勢，如柔性硅太陽能電池、高效率多結(jié)太陽能電池等，以期為未來硅太陽能電池的發(fā)展提供理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。通過本文的研究，我們期望能夠?yàn)楣杼柲茈姵氐年P(guān)鍵技術(shù)提供新的思路和方法，推動(dòng)硅太陽能電池技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，為全球可再生能源事業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。二、硅太陽能電池基礎(chǔ)知識(shí)硅太陽能電池，又稱為晶體硅太陽能電池，是利用光電效應(yīng)將太陽光能直接轉(zhuǎn)換為電能的裝置。其核心部分是硅基半導(dǎo)體材料，通過特定的工藝過程，將硅材料制成PN結(jié)，當(dāng)太陽光照射到PN結(jié)上時(shí)，光子會(huì)與硅原子發(fā)生相互作用，將光能轉(zhuǎn)化為電能。硅太陽能電池具有高轉(zhuǎn)換效率、長壽命、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，是目前商業(yè)化應(yīng)用最廣泛的太陽能電池之一。硅太陽能電池的工作原理基于半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)。當(dāng)太陽光照射到硅材料表面時(shí)，光子與硅原子相互作用，使硅原子中的電子獲得足夠的能量從束縛態(tài)躍遷到自由態(tài)，形成光生電子-空穴對。這些光生電子-空穴對在PN結(jié)的電場作用下分離，電子向N區(qū)移動(dòng)，空穴向P區(qū)移動(dòng)，從而形成光生電流。硅太陽能電池的性能參數(shù)主要包括開路電壓、短路電流、填充因子和轉(zhuǎn)換效率等。開路電壓是指在無負(fù)載條件下，電池兩端的電壓；短路電流是指在電池兩端短路時(shí)，通過電池的電流。填充因子反映了電池在不同負(fù)載下的輸出能力，是評價(jià)電池性能的重要指標(biāo)。轉(zhuǎn)換效率是指電池將光能轉(zhuǎn)換為電能的效率，是評估電池性能的關(guān)鍵參數(shù)。硅太陽能電池按照結(jié)構(gòu)可分為單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池。單晶硅太陽能電池具有較高的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性，但成本較高；多晶硅太陽能電池成本較低，但轉(zhuǎn)換效率略低；非晶硅太陽能電池具有較低的成本和良好的弱光性能，但穩(wěn)定性相對較差。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，硅太陽能電池的關(guān)鍵技術(shù)也在不斷發(fā)展。目前，提高硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率、降低成本、增強(qiáng)穩(wěn)定性是研究的重點(diǎn)。隨著光伏市場的不斷擴(kuò)大和光伏技術(shù)的進(jìn)步，硅太陽能電池在未來將繼續(xù)發(fā)揮重要作用，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)能源利用和環(huán)境保護(hù)做出更大貢獻(xiàn)。三、硅太陽能電池關(guān)鍵技術(shù)研究隨著全球?qū)稍偕茉葱枨蟮娜找嬖鲩L，硅太陽能電池作為一種高效、環(huán)保的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。本文重點(diǎn)探討硅太陽能電池的關(guān)鍵技術(shù)研究，包括材料優(yōu)化、表面鈍化、電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面，以期提高硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，推動(dòng)其在可再生能源領(lǐng)域的應(yīng)用。材料優(yōu)化：硅材料作為硅太陽能電池的核心，其質(zhì)量和性能對電池效率有著決定性的影響。因此，研究新型硅材料及其制備技術(shù)，如多晶硅、單晶硅、非晶硅等，是提高硅太陽能電池效率的關(guān)鍵。同時(shí)，通過摻雜、合金化等手段調(diào)控硅材料的電子結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高其光電性能，也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。表面鈍化：硅太陽能電池的表面狀態(tài)對其光電性能有著重要影響。表面鈍化技術(shù)通過減少表面態(tài)密度、降低表面復(fù)合速率，可以有效提高硅太陽能電池的開路電壓和填充因子。目前，常用的表面鈍化技術(shù)包括氧化鋁、氮化硅等無機(jī)鈍化層和聚合物、自組裝單分子層等有機(jī)鈍化層。這些技術(shù)不僅可以提高硅太陽能電池的效率，還可以降低其制造成本，具有廣闊的應(yīng)用前景。電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是影響硅太陽能電池效率的關(guān)鍵因素之一。通過優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)，如調(diào)整電池厚度、電極結(jié)構(gòu)、背場結(jié)構(gòu)等，可以有效提高硅太陽能電池的光吸收和電荷收集效率。采用陷光結(jié)構(gòu)、納米結(jié)構(gòu)等新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以進(jìn)一步提高硅太陽能電池的光電性能。這些技術(shù)的研究和應(yīng)用，將為硅太陽能電池的發(fā)展提供新的動(dòng)力。硅太陽能電池的關(guān)鍵技術(shù)研究涉及材料優(yōu)化、表面鈍化、電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多個(gè)方面。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，這些關(guān)鍵技術(shù)的突破將有力推動(dòng)硅太陽能電池性能的提升和成本的降低，進(jìn)一步促進(jìn)其在可再生能源領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。四、硅太陽能電池關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展與展望隨著全球?qū)稍偕茉葱枨蟮某掷m(xù)增長，硅太陽能電池作為其中的重要組成部分，其關(guān)鍵技術(shù)研究一直受到廣泛關(guān)注。近年來，在材料科學(xué)、納米技術(shù)、光電轉(zhuǎn)換效率提升等多個(gè)領(lǐng)域，硅太陽能電池的關(guān)鍵技術(shù)研究取得了顯著進(jìn)展。在材料科學(xué)方面，研究者們致力于提高硅材料的純度和結(jié)晶度，以減少雜質(zhì)和缺陷對電池性能的影響。同時(shí)，新型硅基復(fù)合材料的研發(fā)也為提高電池的光吸收和載流子傳輸能力提供了新的途徑。納米技術(shù)的引入為硅太陽能電池的性能提升帶來了革命性的變化。納米結(jié)構(gòu)硅材料的應(yīng)用可以顯著提高光吸收效率，同時(shí)減少光的反射和散射損失。納米技術(shù)在改善硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性和壽命等方面也展現(xiàn)出了巨大的潛力。在光電轉(zhuǎn)換效率提升方面，研究者們通過優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)、改進(jìn)表面陷光技術(shù)、提高載流子收集效率等手段，不斷提高硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。目前，硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)接近理論極限，但仍有一定的提升空間。展望未來，硅太陽能電池的關(guān)鍵技術(shù)研究將繼續(xù)圍繞提高光電轉(zhuǎn)換效率、降低成本、增強(qiáng)穩(wěn)定性等方向展開。隨著新材料、新工藝和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，硅太陽能電池的性能將進(jìn)一步提升，為可再生能源的廣泛應(yīng)用提供有力支持。我們也應(yīng)看到，硅太陽能電池技術(shù)的發(fā)展仍面臨著諸多挑戰(zhàn)，如環(huán)境友好型材料的開發(fā)、電池壽命的延長、廢棄電池的處理等。因此，未來的研究需要在不斷提高硅太陽能電池性能的兼顧環(huán)境友好性和可持續(xù)性。五、結(jié)論隨著全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和對可再生能源需求的日益增長，硅太陽能電池作為清潔、高效、可靠的能源轉(zhuǎn)換方式，其關(guān)鍵技術(shù)的研究和發(fā)展顯得尤為重要。本文詳細(xì)探討了硅太陽能電池的關(guān)鍵技術(shù)，包括材料制備、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝以及性能優(yōu)化等方面，旨在為未來硅太陽能電池的性能提升和成本降低提供理論和技術(shù)支持。在材料制備方面，我們研究了不同摻雜元素和摻雜濃度對硅材料性能的影響，以及新型硅基材料的開發(fā)和應(yīng)用。通過優(yōu)化摻雜工藝和引入新型硅基材料，可以有效提高硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，我們探討了不同結(jié)構(gòu)對硅太陽能電池性能的影響，包括表面結(jié)構(gòu)、電極結(jié)構(gòu)、背場結(jié)構(gòu)等。通過合理設(shè)計(jì)電池結(jié)構(gòu)，可以有效減少光反射、提高光吸收效率，并降低載流子的復(fù)合率。在制造工藝方面，我們研究了不同工藝參數(shù)對硅太陽能電池性能的影響，包括硅片切割、清洗、摻雜、退火等步驟。通過優(yōu)化制造工藝，可以提高硅太陽能電池的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，并提升電池性能。在性能優(yōu)化方面，我們探討了通過表面鈍化、陷光結(jié)構(gòu)、載流子選擇性接觸等方法提高硅太陽能電池性能的途徑。這些優(yōu)化措施可以有效提高硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，降低光生載流子的復(fù)合率，提高電池的穩(wěn)定性和壽命。硅太陽能電池的關(guān)鍵技術(shù)研究對于提高電池性能、降低成本、推動(dòng)可再生能源發(fā)展具有重要意義。未來，我們將繼續(xù)深入研究硅太陽能電池的關(guān)鍵技術(shù)，不斷探索新的材料和工藝，為實(shí)現(xiàn)高效、低成本、環(huán)保的硅太陽能電池的應(yīng)用和推廣做出貢獻(xiàn)。參考資料：隨著全球能源需求的日益增長，太陽能作為一種清潔、可再生的能源，越來越受到人們的關(guān)注。而高效太陽能電池則是太陽能利用的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文將就高效太陽能電池的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討。目前，高效太陽能電池主要有晶體硅太陽能電池和薄膜太陽能電池兩大類。晶體硅太陽能電池是當(dāng)前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的太陽能電池。其工作原理是利用光生伏特效應(yīng)，將太陽光轉(zhuǎn)化為直流電。晶體硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率在實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)達(dá)到了25%以上，大規(guī)模生產(chǎn)的晶體硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率也達(dá)到了20%以上。薄膜太陽能電池是一種新型的太陽能電池，其特點(diǎn)是采用薄膜技術(shù)將太陽光轉(zhuǎn)化為電流。薄膜太陽能電池的材料成本低、制造工藝簡單、能耗少，因此在未來具有很大的發(fā)展?jié)摿?。目前，常見的薄膜太陽能電池有硅基薄膜太陽能電池、銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽能電池和染料敏化（Dye-sensitized）太陽能電池等。表面制絨技術(shù)是提高晶體硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的重要手段之一。通過在硅片表面制備出絨面結(jié)構(gòu)，可以增加光的反射和散射，提高光在硅片表面的利用率，從而提高電池的轉(zhuǎn)換效率。目前，表面制絨技術(shù)已經(jīng)非常成熟，并且在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。鈍化技術(shù)也是提高晶體硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的重要手段之一。通過在硅片表面形成鈍化層，可以抑制載流子的復(fù)合，提高開路電壓，從而提高電池的轉(zhuǎn)換效率。目前，鈍化技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，并且取得了良好的效果。疊層技術(shù)是將多個(gè)單層太陽能電池疊加在一起，形成多結(jié)太陽能電池，從而提高轉(zhuǎn)換效率的一種方法。疊層技術(shù)可以充分利用不同波長的太陽光，提高光的利用率，從而提高電池的轉(zhuǎn)換效率。目前，疊層技術(shù)的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但是還存在著制備難度大、成本高等問題，需要進(jìn)一步研究解決。光伏玻璃是一種具有特殊光學(xué)性能和機(jī)械性能的玻璃，可以用于制造高效太陽能電池的背板和蓋板。光伏玻璃具有高透光率、高反射率和低吸收率等特性，可以提高太陽光的利用率，并且具有較好的耐候性和機(jī)械強(qiáng)度，可以提高太陽能電池的穩(wěn)定性和壽命。目前，光伏玻璃技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，并且取得了良好的效果。高效太陽能電池是未來能源發(fā)展的重要方向之一，其關(guān)鍵技術(shù)的研究和應(yīng)用對于推動(dòng)太陽能利用的發(fā)展具有重要意義。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用場景的不斷擴(kuò)大，高效太陽能電池將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用，為人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。隨著人類對可再生能源需求的日益增長，太陽能已成為最具潛力的能源之一。硅太陽能電池作為一種高效的太陽能轉(zhuǎn)換裝置，在新能源領(lǐng)域具有舉足輕重的地位。本文將探討硅太陽能電池的研究現(xiàn)狀、工作原理、制造工藝以及未來發(fā)展趨勢。自20世紀(jì)50年代以來，硅太陽能電池已經(jīng)歷了數(shù)十年的研究與發(fā)展。目前，硅太陽能電池已成為商業(yè)化和規(guī)?；瘧?yīng)用的主流產(chǎn)品。根據(jù)國際能源署的報(bào)告，硅太陽能電池在全球太陽能電池市場中占據(jù)了90%以上的份額。硅太陽能電池的工作原理基于半導(dǎo)體光電效應(yīng)。當(dāng)太陽光照射到硅太陽能電池的表面時(shí)，光子與半導(dǎo)體材料相互作用，使得電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，從而產(chǎn)生電流。這一過程稱為光生伏特效應(yīng)。產(chǎn)生的電流通過外部電路進(jìn)行利用或儲(chǔ)存。襯底制備：采用精密的制程技術(shù)，在玻璃基板上制備一層薄硅片作為襯底。表面處理：通過化學(xué)或物理方法對硅片表面進(jìn)行處理，以去除表面缺陷和雜質(zhì)。隨著科技的不斷進(jìn)步，硅太陽能電池的研究與開發(fā)也在不斷深化。未來，硅太陽能電池將朝著更高轉(zhuǎn)換效率、更低成本、更環(huán)保的方向發(fā)展。其中，轉(zhuǎn)換效率的提升將有助于提高電力輸出，降低電力損耗；成本的降低將促進(jìn)更多人使用太陽能發(fā)電；環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)將推動(dòng)太陽能發(fā)電技術(shù)的廣泛應(yīng)用。硅太陽能電池是指以硅為基體材料的太陽能電池。按硅材料的結(jié)晶形態(tài)，可分為單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池。2022年11月19日，由中國光伏企業(yè)自主研發(fā)的硅異質(zhì)結(jié)電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)81%，這也是全球硅基太陽能電池效率的最高紀(jì)錄。最早的硅太陽能電池是由于人們對將硅用于點(diǎn)接觸整流器產(chǎn)生興趣而出現(xiàn)的。鋒利的金屬接觸對各種晶體的整流特性早在1874年就被發(fā)現(xiàn)。在無線電技術(shù)的早期，這種晶體整流器在無線電接收設(shè)備中被廣泛地用作檢波器。但是隨著熱離子管的發(fā)展，這種晶體整流器除在超高頻領(lǐng)域仍被使用外，已經(jīng)被熱離子管所代替。這種整流器最典型的例子是鎢在硅表面的點(diǎn)接觸。這項(xiàng)技術(shù)促進(jìn)了對硅純度的改良，并且使得人們希望更進(jìn)一步了解硅的性質(zhì)。雖然硅太陽能電池的歷史能夠追溯到50多年前硅雙極性器件出現(xiàn)的時(shí)期，但是實(shí)驗(yàn)室電池的性能和電池理論在最近十年才取得巨大進(jìn)步。在過去幾年中，太陽能電池的性能已經(jīng)達(dá)到一度認(rèn)為不可能再提高的水平。硅太陽能電池和其他大多數(shù)硅電子器件相比，有其特殊的設(shè)計(jì)和材料要求。為了獲得高能量轉(zhuǎn)換效率，硅太陽能電池不僅需要幾乎理想的硅表面鈍化，而且體材料特性也必須具有均勻的高品質(zhì)。這是因?yàn)橐恍┎ㄩL的光必須在硅中傳播幾百微米才能被吸收，其產(chǎn)生的載流子還必須仍然能夠被電池收集。太陽能電池發(fā)電的原理主要是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，一般的半導(dǎo)體主要結(jié)構(gòu)如下：硅材料是一種半導(dǎo)體材料，太陽能電池發(fā)電的原理主要就是利用這種半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。當(dāng)硅晶體中摻入其他的雜質(zhì)，如硼（黑色或銀灰色固體，熔點(diǎn)為2300℃，沸點(diǎn)為3658℃，密度為349/cm3，硬度僅次于金剛石，在室溫下較穩(wěn)定，可與氮、碳、硅作用，高溫下硼還與許多金屬和金屬氧化物反應(yīng)，形成金屬硼化物。這些化合物通常是高硬度、耐熔、高電導(dǎo)率和化學(xué)惰性的物質(zhì)）、磷等，當(dāng)摻入硼時(shí)，硼元素能夠俘獲電子，硅晶體中就會(huì)存在一個(gè)空穴，這個(gè)空穴因?yàn)闆]有電子而變得很不穩(wěn)定，容易吸收電子而中和，它就成為空穴型半導(dǎo)體，稱為P型半導(dǎo)體（在半導(dǎo)體材料硅或鍺晶體中摻入三價(jià)元素雜質(zhì)可構(gòu)成缺殼粒的P型半導(dǎo)體，摻入五價(jià)元素雜質(zhì)可構(gòu)成多余殼粒的N型半導(dǎo)體）。同樣，摻入磷原子以后，因?yàn)榱自佑形鍌€(gè)電子，所以就會(huì)有一個(gè)電子變得非常活躍，形成電子型半導(dǎo)體，稱為N型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體中含有較多的空穴，而N型半導(dǎo)體中含有較多的電子，這樣，當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)。在兩種半導(dǎo)體的交界面區(qū)域里會(huì)形成一個(gè)特殊的薄層，界面的P型一側(cè)帶負(fù)電，N型一側(cè)帶正電，出現(xiàn)了濃度差。N區(qū)的電子會(huì)擴(kuò)散到P區(qū)，P區(qū)的空穴會(huì)擴(kuò)散到N區(qū)，一旦擴(kuò)散就形成了一個(gè)由N指向P的“內(nèi)電場”，從而阻止擴(kuò)散進(jìn)行。達(dá)到平衡后，就形成了這樣一個(gè)特殊的薄層形成電勢差，從而形成PN結(jié)。當(dāng)晶片受光后，PN結(jié)中，N型半導(dǎo)體的空穴往P型區(qū)移動(dòng)，而P型區(qū)中的電子往N型區(qū)移動(dòng)，從而形成從N型區(qū)到P型區(qū)的電流。然后在PN結(jié)中形成電勢差，這就形成了電源。由于半導(dǎo)體不是電的良導(dǎo)體，電子在通過PN結(jié)后如果在半導(dǎo)體中流動(dòng)，電阻非常大，損耗也就非常大。但如果在上層全部涂上金屬，陽光就不能通過，電流就不能產(chǎn)生，因此一般用金屬網(wǎng)格覆蓋PN結(jié)，以增加入射光的面積。另外硅表面非常光亮，會(huì)反射掉大量的太陽光，不能被電池利用。為此，科學(xué)家們給它涂上了一層反射系數(shù)非常小的保護(hù)膜（減反射膜），實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)基本都是用化學(xué)氣相沉積一層氮化硅膜，厚度在1000A左右。將反射損失減小到5%甚至更小?；蛘卟捎弥苽浣q面的方法，即用堿溶液（一般為NaOH溶液）對硅片進(jìn)行各向異性腐蝕在硅片表面制備絨面。入射光在這種表面經(jīng)過多次反射和折射，降低了光的反射，增加了光的吸收，提高了太陽電池的短路電流和轉(zhuǎn)換效率。一個(gè)電池所能提供的電流和電壓畢競有限，于是人們又將很多電池（通常是36個(gè)）并聯(lián)或串聯(lián)起來使用，形成太陽能光電板。硅太陽能電池是以硅為基體材料的太陽能電池。按硅片厚度的不同，可分為晶體硅太陽能電池和薄膜硅太陽能電池。按材料的結(jié)晶形態(tài)，晶體硅太陽能電池有單晶硅（c-Si）和多晶硅（p-Si）太陽能電池兩類；薄膜硅太陽能電池分為非晶硅（a-Si）薄膜太陽能電池、微晶硅（c-Si）太陽能電池和多晶硅（p-Si）薄膜太陽能電池三種。單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。在實(shí)驗(yàn)室里最高的轉(zhuǎn)換效率為7%（理論最高光電轉(zhuǎn)化效率為25%），規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的效率為18%（截至2011年）。在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于單晶硅成本價(jià)格高，大幅度降低其成本很困難，為了節(jié)省硅材料，發(fā)展了多品硅薄膜和非晶硅薄膜作為單晶硅太陽能電池的替代產(chǎn)品。多晶硅太陽能電池一般采用低等級的半導(dǎo)體多晶硅，或者專門為太陽能電池使用而生產(chǎn)的鑄造多晶硅等材料。與單晶硅太陽能電池相比，多晶硅太陽能電池成本較低，而且轉(zhuǎn)換效率與單晶硅太陽能電池比較接近，它是太陽能電池的主要產(chǎn)品之一。多晶硅太陽能電池硅片制造成本低，組件效率高，規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的效率已達(dá)18%左右。多晶硅太陽能電池占據(jù)主流，除取決于此類電池的優(yōu)異性能外，還在于其充足、廉價(jià)、無毒、無污染的硅原料來源，而近年來多晶硅成本的降低更將使多晶硅太陽能電池大行其道。非晶硅薄膜太陽能電池成本低重量輕，便于大規(guī)模生產(chǎn)，有極大的潛力。非晶態(tài)硅，其原子結(jié)構(gòu)不像晶體硅那樣排列得有規(guī)則，而是一種不定形晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。非晶硅屬于直接帶系材料，對陽光吸收系數(shù)高，只需要1μm厚的薄膜就可以吸收80%的陽光。非晶硅薄膜太陽能電池于1976年問世，南于硅原料不足和價(jià)格上漲，促進(jìn)了高效使用硅的技術(shù)和非晶硅薄膜系太陽能電池的開發(fā)。非晶硅薄膜電池低廉的成本彌補(bǔ)了其在光電轉(zhuǎn)換效率上的不足。但是南于非晶硅缺陷較多，制備的太陽能電池效率偏低，且受制于其材料引發(fā)的光電效率衰退效應(yīng)，穩(wěn)定性不高，直接影響了它的實(shí)際應(yīng)用。微晶硅（μc-Si）薄膜太陽能電池同樣由于光電效率衰退效應(yīng)致使其性能不穩(wěn)定。發(fā)展受到一定的限制。多晶硅薄膜太陽能電池是近年來太陽能電池研究的熱點(diǎn)。雖然多晶硅屬于間接帶隙材料，不是理想的薄膜太陽能電池材料，但是隨著陷光技術(shù)、鈍化技術(shù)以及載流子束縛技術(shù)的不斷發(fā)展，人們完全有可能制備出高效、廉價(jià)的多晶硅薄膜太陽能電池。常規(guī)太陽能電池制作包括晶體生長、切片、拋光等工序，需要大量的人力、物力，特別是在切片工序更是浪費(fèi)了大量昂貴的硅晶體材料。采用硅懸浮帶提純可以較好地提高功效，減少材料浪費(fèi)，節(jié)約成本。硅懸浮帶提純法也叫czochralski晶體生長法，利用石英坩堝把硅熔化，棒的一端是具有一定純度的完好晶體，將棒移過線圈或線圈通過棒，以一定的方向和一定的速率使熔化帶疑固，形成一定的晶體排列，用傳送帶將固化后的硅提升出模。這種硅晶體中心薄，兩邊厚，形成具有很好的抗破碎機(jī)械形狀。太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源．也是清潔能源，不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染。在太陽能的有效利用當(dāng)中；太陽能光電利用是近些年來發(fā)展最快，最具活力的研究領(lǐng)域，是其中最受矚目的項(xiàng)目之一。為此，人們研制和開發(fā)了太陽能電池。制作太陽能電池主要是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，其工作原理是利用光電材料吸收光能后發(fā)生光電子轉(zhuǎn)換反應(yīng)，根據(jù)所用材料的不同。英文名稱：Crystallinesiliconphotovoltaiccells(cSiPV)以無機(jī)鹽如砷化鎵III-V化合物、碲化鎘、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的電池；基于以上幾個(gè)方面考慮，硅是最理想的太陽能電池材料，這也是太陽能電池以硅材料為主的主要原因。但隨著新材料的不斷開發(fā)和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，以其它材料為基礎(chǔ)的太陽能電池也愈來愈顯示出誘人的前景。本文簡要地綜述了太陽能電池的種類及其研究現(xiàn)狀，并討論了太陽能電池的發(fā)展及趨勢。硅系列太陽能電池中，單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。高性能單晶硅電池是建立在高質(zhì)量單晶硅材料和相關(guān)成熟的加工處理工藝基礎(chǔ)上的。單晶硅的電池工藝已近成熟，在電池制作中，一般都采用表面織構(gòu)化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術(shù)，開發(fā)的電池主要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電極單晶硅電池。提高轉(zhuǎn)化效率主要是靠單晶硅表面微結(jié)構(gòu)處理和分區(qū)摻雜工藝。在此方面，德國夫朗霍費(fèi)費(fèi)萊堡太陽能系統(tǒng)研究所保持著世界領(lǐng)先水平。該研究所采用光刻照相技術(shù)將電池表面織構(gòu)化，制成倒金字塔結(jié)構(gòu)。并在表面把一13nm。厚的氧化物鈍化層與兩層減反射涂層相結(jié)合．通過改進(jìn)了的電鍍過程增加?xùn)艠O的寬度和高度的比率：通過以上制得的電池轉(zhuǎn)化效率超過23%，最大值可達(dá)23．3%。Kyocera公司制備的大面積（225cm2）單電晶太陽能電池轉(zhuǎn)換效率為19．44%，國內(nèi)北京太陽能研究所也積極進(jìn)行高效晶體硅太陽能電池的研究和開發(fā)，研制的平面高效單晶硅電池（2cm2cm）轉(zhuǎn)換效率達(dá)到79%，刻槽埋柵電極晶體硅電池（5cm5cm）轉(zhuǎn)換效率達(dá)6%。單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率無疑是最高的，在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于受單晶硅材料價(jià)格及相應(yīng)的繁瑣的電池工藝影響，致使單晶硅成本價(jià)格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困難的。為了節(jié)省高質(zhì)量材料，尋找單晶硅電池的替代產(chǎn)品，發(fā)展了薄膜太陽能電池，其中多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池就是典型代表。通常的晶體硅太陽能電池是在厚度350－450μm的高質(zhì)量硅片上制成的，這種硅片從提拉或澆鑄的硅錠上鋸割而成。因此實(shí)際消耗的硅材料更多。為了節(jié)省材料，人們從70年代中期就開始在廉價(jià)襯底上沉積多晶硅薄膜，但由于生長的硅膜晶粒大小，未能制成有價(jià)值的太陽能電池。為了獲得大尺寸晶粒的薄膜，人們一直沒有停止過研究，并提出了很多方法。制備多晶硅薄膜電池多采用化學(xué)氣相沉積法，包括低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）和等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）工藝。液相外延法（LPPE）和濺射沉積法也可用來制備多晶硅薄膜電池?；瘜W(xué)氣相沉積主要是以SiH2ClSiHClSicl4或SiH4,為反應(yīng)氣體,在一定的保護(hù)氣氛下反應(yīng)生成硅原子并沉積在加熱的襯底上，襯底材料一般選用Si、SiOSi3N4等。但研究發(fā)現(xiàn)，在非硅襯底上很難形成較大的晶粒,并且容易在晶粒間形成空隙。解決這一問題辦法是先用LPCVD在襯底上沉熾一層較薄的非晶硅層，再將這層非晶硅層退火，得到較大的晶粒，然后再在這層籽晶上沉積厚的多晶硅薄膜，因此，再結(jié)晶技術(shù)無疑是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，采用的技術(shù)主要有固相結(jié)晶法和中區(qū)熔再結(jié)晶法。多晶硅薄膜電池除采用了再結(jié)晶工藝外，另外采用了幾乎所有制備單晶硅太陽能電池的技術(shù)，這樣制得的太陽能電池轉(zhuǎn)換效率明顯提高。德國弗萊堡太陽能研究所采用區(qū)館再結(jié)晶技術(shù)在FZSi襯底上制得的多晶硅電池轉(zhuǎn)換效率為19%，日本三菱公司用該法制備電池，效率達(dá)42%。液相外延（LPE）法的原理是通過將硅熔融在母體里，降低溫度析出硅膜。美國Astropower公司采用LPE制備的電池效率達(dá)12．2%。中國光電發(fā)展技術(shù)中心的陳哲良采用液相外延法在冶金級硅片上生長出硅晶粒，并設(shè)計(jì)了一種類似于晶體硅薄膜太陽能電池的新型太陽能電池，稱之為“硅?！碧柲茈姵?，但有關(guān)性能方面的報(bào)道還未見到。多晶硅薄膜電池由于所使用的硅遠(yuǎn)較單晶硅少，又無效率衰退問題，并且有可能在廉價(jià)襯底材料上制備，其成本遠(yuǎn)低于單晶硅電池，而效率高于非晶硅薄膜電池，因此，多晶硅薄膜電池不久將會(huì)在太陽能電地市場上占據(jù)主導(dǎo)地位。開發(fā)太陽能電池的兩個(gè)關(guān)鍵問題就是：提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本。由于非晶硅薄膜太陽能電池的成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)，普遍受到人們的重視并得到迅速發(fā)展，其實(shí)早在70年代初，Carlson等就已經(jīng)開始了對非晶硅電池的研制工作,它的研制工作得到了迅速發(fā)展,世界上己有許多家公司在生產(chǎn)該種電池產(chǎn)品。非晶硅作為太陽能材料盡管是一種很好的電池材料，但由于其光學(xué)帶隙為7eV,使得材料本身對太陽輻射光譜的長波區(qū)域不敏感，這樣一來就限制了非晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。其光電效率會(huì)隨著光照時(shí)間的延續(xù)而衰減，即所謂的光致衰退S一W效應(yīng)，使得電池性能不穩(wěn)定。解決這些問題的這徑就是制備疊層太陽能電池，疊層太陽能電池是由在制備的p、i、n層單結(jié)太陽能電池上再沉積一個(gè)或多個(gè)P-i-n子電池制得的。疊層太陽能電池提高轉(zhuǎn)換效率、解決單結(jié)電池不穩(wěn)定性的關(guān)鍵問題在于：①它把不同禁帶寬度的材料組合在一起，提高了光譜的響應(yīng)范圍；②頂電池的i層較薄，光照產(chǎn)生的電場強(qiáng)度變化不大，保證i層中的光生載流子抽出；③底電池產(chǎn)生的載流子約為單電池的一半，光致衰退效應(yīng)減?。虎墀B層太陽能電池各子電池是串聯(lián)在一起的。非晶硅薄膜太陽能電池的制備方法有很多，其中包括反應(yīng)濺射法、PECVD法、LPCVD法等，反應(yīng)原料氣體為H2稀釋的SiH4，襯底主要為玻璃及不銹鋼片，制成的非晶硅薄膜經(jīng)過不同的電池工藝過程可分別制得單結(jié)電池和疊層太陽能電池。非晶硅太陽能電池的研究取得兩大進(jìn)展：第三疊層結(jié)構(gòu)非晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到13%，創(chuàng)下新的記錄；第二.三疊層太陽能電池年生產(chǎn)能力達(dá)5MW。美國聯(lián)合太陽能公司（VSSC）制得的單結(jié)太陽能電池最高轉(zhuǎn)換效率為9．3%，三帶隙三疊層電池最高轉(zhuǎn)換效率為13%。上述最高轉(zhuǎn)換效率是在小面積（0．25cm2）電池上取得的。曾有文獻(xiàn)報(bào)道單結(jié)非晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率超過12．5%，日本中央研究院采用一系列新措施，制得的非晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率為13．2%。國內(nèi)關(guān)于非晶硅薄膜電池特別是疊層太陽能電池的研究并不多，南開大學(xué)的耿新華等采用工業(yè)用材料，以鋁背電極制備出面積為2020cm轉(zhuǎn)換效率為8．28%的a－Si/a－Si疊層太陽能電池。非晶硅太陽能電池由于具有較高的轉(zhuǎn)換效率和較低的成本及重量輕等特點(diǎn)，有著極大的潛力。但同時(shí)由于它的穩(wěn)定性不高，直接影響了它的實(shí)際應(yīng)用。如果能進(jìn)一步解決穩(wěn)定性問題及提高轉(zhuǎn)換率問題，那么，非晶硅大陽能電池?zé)o疑是太陽能電池的主要發(fā)展產(chǎn)品之一。為了尋找單晶硅電池的替代品,人們除開發(fā)了多晶硅、非晶硅薄膜太陽能電池外，又不斷研制其它材料的太陽能電池。其中主要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅錮硒薄膜電池等。上述電池中，盡管硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但由于鎘有劇毒，會(huì)對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，因此，并不是晶體硅太陽能電池最理想的替代。砷化鎵III-V化合物及銅銦硒薄膜電池由于具有較高的轉(zhuǎn)換效率受到人們的普遍重視。GaAs屬于III-V族化合物半導(dǎo)體材料，其能隙為1．4eV，正好為高吸收率太陽光的值，因此，是很理想的電池材料。GaAs等III-V化合物薄膜電池的制備主要采用MOVPE和LPE技術(shù)，其中MOVPE方法制備GaAs薄膜電池受襯底位錯(cuò)、反應(yīng)壓力、III-V比率、總流量等諸多參數(shù)的影響。除GaAs外，其它III-V化合物如Gasb、GaInP等電池材料也得到了開發(fā)。1998年德國弗萊堡太陽能研究所制得的GaAs太陽能電池轉(zhuǎn)換效率為24．2%，為歐洲記錄。首次制備的GaInP電池轉(zhuǎn)換效率為14．7%．見表2。另外，該研究所還采用堆疊結(jié)構(gòu)制備GaAs，Gasb電池，該電池是將兩個(gè)獨(dú)立的電池堆疊在一起，GaAs作為上電池，下電池用的是Gasb,所得到的電池效率達(dá)到31．1%。銅銦硒CuInSe2簡稱CIC。CIS材料的能降為1．leV，適于太陽光的光電轉(zhuǎn)換,另外，CIS薄膜太陽電池不存在光致衰退問題。因此，CIS用作高轉(zhuǎn)換效率薄膜太陽能電池材料也引起了人們的注目。CIS電池薄膜的制備主要有真空蒸鍍法和硒化法。真空蒸鍍法是采用各自的蒸發(fā)源蒸鍍銅、銦和硒，硒化法是使用H2Se疊層膜硒化，但該法難以得到組成均勻的CIS。CIS薄膜電池從80年代最初8%的轉(zhuǎn)換效率發(fā)展到15%左右。日本松下電氣工業(yè)公司開發(fā)的摻鎵的CIS電池，其光電轉(zhuǎn)換效率為15．3%（面積1cm2）。1995年美國可再生能源研究室研制出轉(zhuǎn)換效率為17．l%的CIS太陽能電池，這是迄今為止世界上該電池的最高轉(zhuǎn)換效率。預(yù)計(jì)到2000年CIS電池的轉(zhuǎn)換效率將達(dá)到20%，相當(dāng)于多晶硅太陽能電池。CIS作為太陽能電池的半導(dǎo)體材料，具有價(jià)格低廉、性能良好和工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，將成為今后發(fā)展太陽能電池的一個(gè)重要方向。問題是材料的來源，由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類電池的發(fā)展又必然受到限制。在太陽能電池中以聚合物代替無機(jī)材料是剛剛開始的一個(gè)太陽能電池制備的研究方向。其原理是利用不同氧化還原型聚合物的不同氧化還原電勢，在導(dǎo)電材料（電極）表面進(jìn)行多層復(fù)合，制成類似無機(jī)P－N結(jié)的單向?qū)щ娧b置。其中一個(gè)電極的內(nèi)層由還原電位較低的聚合物修飾，外層聚合物的還原電位較高，電子轉(zhuǎn)移方向只能由內(nèi)層向外層轉(zhuǎn)移；另一個(gè)電極的修飾正好相反，并且第一個(gè)電極上兩種聚合物的還原電位均高于后者的兩種聚合物的還原電位。當(dāng)兩個(gè)修飾電極放入含有光敏化劑的電解波中時(shí)．光敏化劑吸光后產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)移到還原電位較低的電極上，還原電位較低電極上積累的電子不能向外層聚合物轉(zhuǎn)移，只能通過外電路通過還原電位較高的電極回到電解液，因此外電路中有光電流產(chǎn)生。由于有機(jī)材料柔性好，制作容易，材料來源廣泛，成本低等優(yōu)勢，從而對大規(guī)模利用太陽能，提供廉價(jià)電能具有重要意義。但以有機(jī)材料制備太陽能電池的研究僅僅剛開始，不論是使用壽命，還是電池效率都不能和無機(jī)材料特別是硅電池相比。能否發(fā)展成為具有實(shí)用意義的產(chǎn)品，還有待于進(jìn)一步研究探索。在太陽能電池中硅系太陽能電池?zé)o疑是發(fā)展最成熟的，但由于成本居高不下，遠(yuǎn)不能滿足大規(guī)模推廣應(yīng)用的要求。為此，人們一直不斷在工藝、新材料、電池薄膜化等方面進(jìn)行探索，而這當(dāng)中新近發(fā)展的納米TiO2晶體化學(xué)能太陽能電池受到國內(nèi)外科學(xué)家的重視。自瑞士Gratzel教授研制成功納米TiO2化學(xué)大陽能電池以來，國內(nèi)一些單位也正在進(jìn)行這方面的研究。納米晶化學(xué)太陽能電池（簡稱NPC電池）是由一種在禁帶半導(dǎo)體材料修飾、組裝到另一種大能隙半導(dǎo)體材料上形成的，窄禁帶半導(dǎo)體材料采用過渡金屬Ru以及Os等的有機(jī)化合物敏化染料，大能隙半導(dǎo)體材料為納米多晶TiO2并制成電極，此外NPC電池還選用適當(dāng)?shù)难趸贿€原電解質(zhì)。納米晶TiO2工作原理：染料分子吸收太陽光能躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，電子快速注入到緊鄰的TiO2導(dǎo)帶，染料中失去的電子則很快從電解質(zhì)中得到補(bǔ)償，進(jìn)入TiO2導(dǎo)帶中的電于最終進(jìn)入導(dǎo)電膜,然后通過外回路產(chǎn)生光電流。納米晶TiO2太陽能電池的優(yōu)點(diǎn)在于它廉價(jià)的成本和簡單的工藝及穩(wěn)定的性能。其光電效率穩(wěn)定在10%以上，制作成本僅為硅太陽電池的1/5－1/10．壽命能達(dá)到2O年以上。但由于此類電池的研究和開發(fā)剛剛起步，估計(jì)不久的將來會(huì)逐步走上市場。中國對太陽能電池的研究起步于1958年，20世紀(jì)80年代末期，國內(nèi)先后引進(jìn)了多條太陽能電池生產(chǎn)線，使中國太陽能電池生產(chǎn)能力由原來的3個(gè)小廠的幾百kW一下子提升到4個(gè)廠的5MW，這種產(chǎn)能一直持續(xù)到2002年，產(chǎn)量則只有2MW左右。2002年后，歐洲市場特別是德國市場的急劇放大和無錫尚德太陽能電力有限公司的橫空出世及超常規(guī)發(fā)展給中國光伏產(chǎn)業(yè)帶來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇和示范效應(yīng)。我國已成為全球主要的太陽能電池生產(chǎn)國。2007年全國太陽能電池產(chǎn)量達(dá)到1188MW，同比增長293%。中國已經(jīng)成功超越歐洲、日本為世界太陽能電池生產(chǎn)第一大國。在產(chǎn)業(yè)布局上，我國太陽能電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了一定的集聚態(tài)勢。在長三角、環(huán)渤海、珠三角、中西部地區(qū)，已經(jīng)形成了各具特色的太陽能產(chǎn)業(yè)集群。中國的太陽能電池研究比國外晚了20年，盡管國家在這方面逐年加大了投入，但投入仍然不夠，與國外差距還是很大。政府應(yīng)加強(qiáng)政策引導(dǎo)和政策激勵(lì)，盡快解決太陽能發(fā)電上網(wǎng)與合理定價(jià)等問題。同時(shí)可借鑒國外的成功經(jīng)驗(yàn)，在公共設(shè)施、政府辦公樓等領(lǐng)域強(qiáng)制推廣使用太陽能，充分發(fā)揮政府的示范作用，推動(dòng)國內(nèi)市場盡快起步和良性發(fā)展。太陽能光伏發(fā)電在不遠(yuǎn)的將來會(huì)占據(jù)世界能源消費(fèi)的重要席位。預(yù)計(jì)到2030年，可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中將占到30%以上，而太陽能光伏發(fā)電在世界總電力供應(yīng)中的占比也將達(dá)到10%以上；到2040年，可再生能源將占總能耗的50%以上，太陽能光伏發(fā)電將占總電力的20%以上；到21世紀(jì)末，可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占到80%以上，太陽能發(fā)電將占到60%以上。這些數(shù)字足以顯示出太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景及其在能源領(lǐng)域重要的戰(zhàn)略地位。由此可以看