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科技创新导报　 S c i e n c e   a n d   T e c h n o l og y  In n o v a t i o n   H e r a l d

２０１１　　ＮＯ．１６
S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y  I n n o v a t io n   H e r a l d

工　程　技　术

科技创新导报

能 源 是 人 类 社 会 发 展 和 生 活 不 可 或 缺

的 重 要 基 础 ,然 而 随 着 人 口 增 长 和 工 业 化
进 程 加 速 导 致 全 球 性 的 能 源 短 缺 、环 境 污
染 和 生 态 破 坏 、气 候 变 暖 给 人 类 社 会 带 来
了 严 重 的 困 扰 。传 统 能 源,如 煤 和 油 在 世 界
上 存 量 有 限 ,而 且 过 渡 开 采 与 使 用 已 经 导
致 了 严 重 的 环 境 问 题 。即 使 按 照 目 前 的 使
用 进 度 ,在 几 十 年 后 可 开 采 的 石 油 资 源 将
被 耗 尽,煤 炭 资 源 也 仅 能 供 应 人 类 约200年

[1]

。因 此 ,寻 求 绿 色 新 能 源 ,实 现 可 持 续 发

展,已 成 为 全 世 界 共 同 面 临 的 课 题 。发 展 绿
色 新 能 源 ,实 现 传 统 能 源 和 新 能 源 之 间 的
替换是解决能源供问题和减轻环境压力的
有 效 途 径 。太 阳 能 电 池 具 有 许 多 其 他 发 电
方 式 所 不 具 备 的 优 势 :绿 色 无 污 染 、取 之 不
竭 、安 全 可 靠 。

１　太阳能电池的技术进展

太 阳 能 电 池 的 工 作 的 基 本 原 理 是 光 生

伏 特 效 应 ,是 将 太 阳 光 能 转 化 为 电 能 的 装
置 。目 前 太 阳 能 电 池 主 要 有 晶 体 硅 型 和 薄
膜型两大类。表1所示为几种不同类型太阳
能 电 池 的 最 新 进 展 参 数

[2]

。

单 晶 硅 太 阳 能 电 池 主 要 采 用 西 门 子 法

生 产 ,从 多 晶 硅 中 提 炼 单 晶 后 拉 出 硅 棒 ,再
切 割 出 单 晶 硅 晶 圆 ,经 过 刻 蚀 处 理 生 产 成
太阳能电池组件。生产过程中能耗大、成本
高 。从 表 1中 可 以 看 出 ,单 晶 硅 目 前 的 转 换
效 率 还 是 相 当 高 的 ,所 以 目 前 依 然 是 市 场
的 主 导 ,但 是 从 长 远 角 度 看 并 不 是 最 理 想
的 太 阳 能 电 池 结 构 。

多 晶 硅 太 阳 能 电 池 采 用 改 进 的 工 艺 使

得与单晶硅的纯度要求相比其成本大幅下
降。转换效率方面还是比单晶硅要低一些。

非 晶 硅 薄 膜 太 阳 能 电 池 与 晶 体 硅 太 阳

能电池相比具有吸光率高、重量轻、工艺简
单、低成本和低能耗等优点。但是转换效率
相 对 偏 低 ,转 换 效 率 也 随 时 间 而 衰 退 ,所 以
国内外很多研究者也在不断对其材料和结
构 进 行 研 究 ,以 期 提 高 它 的 性 能 。

化 合 物 薄 膜 太 阳 能 电 池 的 光 转 换 效 率

较 高 ,也 易 于 薄 膜 化 ,所 以 针 对 化 合 物 薄 膜
太 阳 能 电 池 也 得 到 非 常 高 的 关 注 。砷 化 镓
是 非 常 好 的 光 电 材 料 ,其 制 备 的 砷 化 镓 太
阳 能 电 池 也 具 有 很 高 的 转 换 效 率 ,但 是 由
于 材 料 的 限 制 其 生 产 成 本 很 高 ,部 分 用 作
航 空 和 军 用 。其 他 的 还 有 碲 化 镉 (CdTe)和
铜 铟 镓 硒 (CIGS)太 阳 能 电 池 等 。碲 化 镉 具
有 很 好 的 吸 光 系 数 , 制 造 成 本 低 , 稳 定 性
好 ,转 换 效 率 较 高 ,易 于 大 面 积 产 业 化 。铜
铟 镓 硒 太 阳 能 电 池 吸 光 范 围 广 ,转 换 效 率
高 ,稳 定 性 好 ,成 本 低 ,但 是 工 艺 相 对 复 杂 ,
不 利 于 产 业 化 。

染 料 敏 化 太 阳 能 电 池 的 优 势 则 是 成 本

低 廉 ,制 造 方 式 简 便 ,设 备 简 单 ,可 以 大 大
降 低 成 本,不 过 目 前 转 换 效 率 还 不 是 很 高 。

２　太阳能电池的发展趋势

从 上 面 的 数 据 可 以 看 出 ,目 前 太 阳 能

电 池 的 转 换 效 率 并 不 是 很 高 ,研 究 者 们 在
结 构 和 模 块 方 面 进 行 了 大 量 研 究 ,希 望 可
以 提 升 实 际 太 阳 能 电 池 模 块 的 转 换 效 率 。
多结太阳能电池在聚光型光伏领域取得了
很大进展。2010年10月6日,美国Spire半导体
公 司 宣 布 的 最 新 成 果 :该 公 司 研 发 的 三 结
砷 化 镓 (GaAs)太 阳 电 池 峰 值 效 率 达 到 了
42.3%,聚 光 条 件 相 当 于 406个 太 阳 。

单 晶 硅 多 晶 硅 太 阳 能 电 池 的 研 究 将 会

继 续 ,在 目 前 的 太 阳 能 产 业 中 ,多 晶 硅 都 是
主 要 原 料 。与 薄 膜 太 阳 能 电 池 相 比 多 晶 硅
太 阳 能 电 池 的 光 电 转 换 效 率 更 高 ,但 是 多
晶 硅 在 生 产 过 程 中 对 能 源 的 消 耗 巨 大 ,四
氯化硅等有毒副产品也对环境产生不良影
响 ,能 量 回 收 期 成 为 普 遍 关 注 的 问 题 ,在 产
业 界 足 以 引 起 大 家 的 反 思 。

新 型 薄 膜 太 阳 能 电 池 在 制 造 过 程 中 用

材少、能耗低、成本低、能量回收期短、对环
境 污 染 更 小 ,将 是 新 型 太 阳 能 电 池 的 发 展
方 向 ,需 要 进 一 步 改 进 生 产 工 艺 提 升 产 品
性 能 并 进 行 大 规 模 生 产 。碲 化 镉 和 铜 铟 镓
硒太阳能电池是目前效率较高且产业化的
两 种 化 合 物 薄 膜 太 阳 能 电 池 ,但 是 其 中 的
主 要 材 料 铟 、碲 、镉 是 三 种 稀 缺 元 素 ,从 资
源 利 用 和 环 境 保 护 方 面 看 ,大 范 围 使 用 当
需 谨 慎 。

在 结 构 方 面 ,非 晶 硅 /微 晶 硅 叠 层 太 阳

能电池非常具有吸引力。与 表1中非晶硅的
数 据 相 比 ,a-Si/μ c-Si叠 层 结 构 太 阳 能 电
池的转换效率会比普通非晶硅太阳能电池
提 升 1.5个 百 分 点 以 上

[10]

。日 本 京 瓷 公 司 采

用 先 进 方 法 形 成 高 品 质 的 微 晶 硅 ,叠 加 非
晶硅层和微晶硅层的串联构造的薄膜硅太
阳能电池实现13.8%的转换效率。研究人员
对电池结构的改进对提升电池模块的性能
取得了不错的进展。表2中列出了不同叠层
结 构 太 阳 能 电 池 的 参 数 。

除 了 结 构 上 的 改 进 ,科 学 家 们 也 对 其

他 可 行 的 形 式 进 行 了 探 索 。光 波 转 换 材 料 ,
如日本秋田大学的研究小组开发出了将紫
外 线 转 换 成 可 视 光 、对 可 视 光 呈 透 明 状 态
的 有 机 材 料 ,使 得 未 能 有 效 利 用 的 紫 外 线
能 够 用 于 光 电 转 换 ,可 以 大 幅 提 高 电 池 转

① 作 者 简 介 :秦 易 ,男 ,汉 族 ,1986年 出 生 ,硕 士 ,江 西 九 江 人 ,华 东 师 范 大 学 硕 士 研 究 生 ,主 要 从 太 阳 能 电 池 材 料 的 研 究 。

表１ 　 几种不同类型太阳能电池的参数

表２ 　 几种叠层结构太阳能电池的参数

太阳能电池技术进展与趋势

①

秦 易

（ 华东师范大学电子工程系　　上海　 　 ２ ０ ０ ０ ６ ２ ）

摘　 要: 本文主要介绍太阳能电池的最新技术进展和太阳能电池的应用,   阐述了单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳
电池、化合物薄膜太阳能电池及染料敏化太阳能电池的技术进展和发展前景。
关键词: 太阳能    电池    技术
中图分类号: T K 5 1

文 献 标 识 码 : A

文章编号:1 6 7 4 -0 9 8 X(2 0 1 1 )0 6 (a )- 0 0 8 6 -0 2