化碳以及生成的有毒物质，也成为目前光伏研究方面急需解决问题。

二、光伏太阳能电池的工作原理：

1 载流子的产生：
光伏太阳能电池简单来说，它实际上是一个半导体二极管。半导体材料吸收入射光产生电子
与空穴对。而入射光的光子能量必须大于半导体的禁带宽度。因此，光生电流的密度

跟半

导体的禁带宽度成反比，半导体的禁带宽度越宽光生电流的密度

越小。而转移到每对电子

－空穴的能量与半导体的禁带宽度成正比。因此，要取得最大的能量转换效率存在一个

“最

优化

”禁带宽度（～1.1ev），在这个条件下，大概有一半的入射光能量能够转换成电流。而

这个条件只是理想情况下的理论值，而实际当中光学器件造成的能量损失，以及传输过程
中的能量消耗使实际获得的效率远远低于理论极限。而且半导体也不能吸收所有入射光的能
量，特别是间接禁带半导体，它对光的吸收系数很低。因此，具有高吸收系数的直接带隙半
导体适合制作光伏太阳能电池。

2 载流子的分离：

第一步产生的电子－空穴对，在内部电场的作用
下分别向两个电极移动，电子移动到阳极，空穴
传输到阴极。此时，在两个电极之间产生开路电
压

因此，我们可以得到一个

I－V曲线如右图

所示。黄色部分表明的是最大输出功率，而最大
输出功率与

I－V曲线与坐标轴包围的面积的比值

称为填充因子：

FF（fill factor）。FF、

和

是评价光伏电池性能的最重要的三个参数。开路
电流理论上可以达到

gap

，

但实际当中由于载

流子的复合以及热动力学方面的考虑，差不多只
能达到

gap

/2q

。

而

FF的值跟半导体的禁带宽度也存在一定的关系，在理想情况下，FF与禁

带宽度成正比。因此，在考虑

FF、

和

sc 之后，

可以得到一个半导体带隙宽度的最优值：

～

1.5

eV，

在这种情况下所得到的光电转换效率的理论极限为

30％。

因此，

GaAs、InP、CdTe等用有与该最优带隙宽度的半导体，成为制作光伏太阳能电池

的首选材料。但是，

GaAs、InP大规模生产的成本太高，而CdTe有毒。而硅材料制作的太阳

能电池，虽然在实验室已经取得了

25％的转换效率，但是只不过是在小面积上实现的，在

大面积的商业化模块方面远远达不到这个值。目前，商业化的晶体硅光伏模块的效率维持在
15％左右。而为了获得更高的效率，人们发明了多结型逐级放大光伏电池以及聚光太阳能
电池，目前的效率已经超过了

40％，但制作过程精密复杂，成本昂贵，一般只应用于空间

领域。

三、各种薄膜太阳能电池技术

1 晶体硅光伏电池

目前晶体硅光电池占到市场总量的
80%左右，而其他类型的电池总共占