太阳能电池材料的研究及其发展趋势

      

摘 要：近几十年来，随着全球气候随着全球气候变暖、化石燃料价格高涨，太阳能为主

 

 

的 可再生能源的开发与应用日益得到各个国家和国际组织的认同与支持， 这一领域的研究

 

也得 以快速发展。太阳能的充分开发和利用，离不开太阳能材料和技术的发展。本报告主要

 

 

 

从太 阳能光伏发电材料的研究现状入手， 收集各种太阳能电池材料的资料， 对现今光伏电

 

 

 

池材料 局势作出分析，并指出其发展趋势。 关键词： 关键词：太阳能电池材料；光伏发电
材料
    引言
    

 

作为一种环境友好并能有效提高生活标准的新型发电方式， 光伏发电技术正在全球范围

 

内逐步得到应用。光伏发电技术的实行离不开太阳能电池材料。

1839 年，法国科学家贝克 

“

雷尔发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差，这种现象后来被称为 光生伏

 

” 

打效应

1954 

 

年，美国科学家恰宾和皮尔松在贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳 。

 

 

 

能电池， 从此太阳能转换为电能的实用光伏发电技术诞生。 如今太阳能电池的种类不断增

 

 

 

 

 

加， 应用范围日益广阔， 市场规模逐步扩大， 太阳能电池的研究在欧洲， 美洲， 亚洲大

 

 

规模展开。 近几年，全世界太阳能电池的生产量平均每年增长近

40%，美国和日本相继出

 

台了太阳能研 究开发计划。随着光伏技术及应用材料的飞速发展，光电材料成本不断下降，

 

光电转换效率 逐渐升高，太阳能光伏发电将会越来越显现出优越性。
    1 太阳能光伏发电
    1.1 

 

太阳能光伏发电的工作原理

1839 

 

年，法国的

Edmond Becquerel 

“

发现了 光伏效

”

 

应 ，即光照能使半导体材料内部 的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流。光伏电池

 

是基于半导体

P-N 

 

 

 

结接受太阳光 照产生光伏效应， 将光能转化为电能的能量转换器， 比

光

-热-

   

电的转化方式效率高且成本低。图

1 中，太阳光照射到光伏电池表面，吸收了光子，

 ——

 

在内部产生处于非平衡状态的电子

空穴对；在

P—N 结内建电场的作用下，电子、空穴

 

对分别被驱向

N，P 

 

区，从而在

P —N 

 

结附近形成与内建电场方向相反的光生电场； 光生

 

电场抵消

P—N 

 

 

结内建电场后的多余 部分使

P，N 

 

区分别带正、负电，于是产生由

N 区指

 

向

P 

 

 

区的光生电动势；当外接负载后， 则有电流从

P 

 

区流出，经负载从

N 区流入光伏电

池。

1.2 

 

光伏发电运用到的材料

 

光能使半导体材料内部的电荷分布状态发生变化，从而产生电动势和电流。光 电转换材

 

 

 

料是通过光生伏特效应将太阳能转换为电能的材料， 主要用于制作太阳电池。 太阳 电池对
光电转换材料的要求是转换效率高、能制成大面积的器件，以便更好地吸收太阳光。
    2 太阳能光伏发电材料的研究现状

2.1 

 

第一代光伏发电材料 当前，太阳能光伏电池材料主要有晶体硅材料，晶体硅包括

 

 

 

单晶硅，多晶硅和非晶硅。单晶硅是目前普遍使用的光伏发电材料， 它被用做人造卫星、太

 

 

阳能汽车的电源以及城市路 灯或街头时钟的电源。 高效单晶硅电池的生产建立在高质量单

 

晶硅材料和成熟的加工工艺基 础上。目前，单晶硅电池工艺已近成熟，提高其光电转换效率

 

主要靠单晶硅表面微结构处理 和分区掺杂工艺。在光照充足的最佳角度，单晶硅电池的光电

 

总转换效率可以达到

20%  

～

24%。多晶硅原料是半导体工业和光伏产业共同的上游原材料，

 

 

太阳电池生产的原料是半导 体工业的边角废料。多晶硅光电池的转换效率最高达

18.6%，

明显不如单晶硅

[3]

 

 

。随着光伏 产业的快速发展和半导体工业复苏， 来自半导体行业的边角

 

 

 

废料已经不能满足光伏产业生产 发展的需要。 为适应光伏市场需求的持续稳定增长， 太阳

 

能电池企业不得不以较高的价格购 买半导体级硅来生产光伏电池，这无疑增加了光伏产业