关于太阳能光电技术的新材料、新技术的探究

童晨 王成 舒剑

【摘 要】在跨入新千年之际，人类将面临实现经济和社会可持续发展的重大挑战，在有限资源和环保严格要求的双重制约下发展经济已成为全球热点问题。而能源问题将更为突出，因此，人类要解决上述能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源。太阳能作为新能源，具有诸多优点。本文则是对太阳能光电技术的基本结构及其原理和发展前景，和其光电技术的新材料，新技术进行了探究。

【关键词】太阳能光电技术 新材料 新技术

1引言

随着经济的快速发展，人类对能源的需求也越来越大。而人类所利用的一次性能源主要是石油、天然气和煤炭等化石能源。这些化石能源是数万年前太阳能辐射到地球储存到生物里，历经万年的演变而形成的。这些化石能源是不可再生的，经过人类数千年的消耗，其储存量所剩不多了。而然随着经济的发展，科技的进步，人类生活水平的提高，人类对能源的需求量将会增加。总有一天化石能源会被人类消耗完，而随其产生的环境污染也是人类所面对的又一重大问题。所以人类，正面临实现经济和社会可持续发展的重大挑战。

作为可再生能源核心的太阳能，其具有能量大、易获取、不枯竭、清洁低碳等特点，且来源广泛、使用方便、无污染等优点，在航空、航天、通讯及微功耗电子产品等领域具有广阔的应用前景。自太阳能被问世以来，受到各国的研究，因其优点众多，所以其在各个领域受到广泛应用，而太阳所辐射出的大部分是光能（高能光子），这种光能可以用光电转换器转换成电能，因而本文对太阳能光电转换这一技术进行探究。

2太阳能光电池基本原理及其结构

2.1太阳能光电转换的新技术

随着科技的发展，人类的进步，各行业对领域对化石能源的过度消耗，导致全球能源枯竭，而太阳能作为可再生能源的核心，被人们重视起来，其中最为突出的太阳能光电转换技术，被广泛研究。太阳能光电转换技术即使把太阳能中的光能转换为电能，现在最为广泛使用的就是太阳能电池。太阳能电池是太阳能光伏的基础和核心，其结构如下图一：

它利用半导体材料P-N结的光生伏特效应，当太阳能照射到P-N结时，物体内的电荷分布状态就会发生变化，形成新的空穴-电子对，在P-N结的两边产生电动势，在P-N结的作用下空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就行成电流，这就是光电效应太阳能电池的工作原理。这一类太阳能电池一般由晶体硅构成，一般把晶体硅电池称为第一代，薄膜太阳能电池则是第二代的太阳能电池它是由在廉价的玻璃，不锈钢或塑料底上附上厚度只有几微米的感光材料制成。硅基薄膜太阳能电池代表了太阳能产业发展的趋势。新技术是采用射频等离子体增强化学气相沉积技术制备非晶硅顶电池，采用高频等离子体增强化学气想沉积技术制备微晶硅底电池。薄膜太阳能电池主要有硅基薄膜太阳能电池，非硅基薄膜太阳能电池（尤其是铜铟镓硒薄膜），有机太阳能电池和染料敏华太阳能电池等形式和品种。其中多晶硅薄膜材料具有单晶硅材料的高迁移率及非晶硅材料的大面积，低成本制备的优点，目前制备多晶硅薄膜的方法有：（1）低压化学气相沉积，（2）固相晶化，（3）准分子激光晶体化，（4）快速热退火等。铜铟镓硒薄膜太阳能电池具有成本低污染小，不衰退，弱光性能好等特点，光电转换效率居各种薄膜太阳能电池之首接近于晶体硅太阳能电池，而成本只是它的1/3.其新技术是太阳能电池的内侧电极层形成之前，先使稳定的化合物-硅酸盐玻璃在基板上形成薄层，通过控制这一薄层形成的条件，来控制透过内侧电极层到达其上方的光吸收层的碱性物质的数量。使用表面光滑的陶瓷作为基板，再加上新技术，原理如图二：

有机薄膜太阳能电池则是采用低成本印刷和涂覆技术，可将活性材料负载自轻量哈柔性基质上。多层设置相当于两个电池串联。其原理图如图三：

太阳能电池作为太阳能中最为核心的技术，被越来越多的机构所研究，而太阳能光电技术则被运用的越来愈广泛，如太阳能聚光热发电（CSP），混合式太阳能/气体透平发电站，随其的发展提高太阳能的光电转换率则越来越被重视。如今的新技术有太阳能跟踪器，增加太阳能电池的面积，改变光伏方阵倾角，改变其转换器件的材料。

2.2太阳能光电转换的新材料

作为太阳能光电转换的材料一般都是晶体硅为基础的，晶体硅主要包括多晶硅和单晶硅，多晶硅又是加工单晶硅的原料。随着太阳能产业的快速发展，全球对多晶硅的需求快速增长市场供不应求，价格也随之上涨。人们开始研究如何降低成本，道康宁公司称其名为PV1101的太阳能级硅材料可以减少太阳能产业对多晶硅的依赖。比如说10t的多晶硅原料可以混合2t左右的PV1101硅材料可以形成12t左右的太阳能用硅原料。而日本智索公司的SOG-SI技术基于四氯化硅，用锌还原反应生产多晶硅。美国的1366技术公司则是使硅电池机构的创新与制造工艺的改进组合在一起，一百年使多硅晶太阳能电池在成本课余煤炭发电相当。1366技术公司改进电池表面结构与金属导体化，使硅太阳能电池效率提高25%。日本产业技术综合研究所新开发出的一种高性能色素增感型太阳能电池，所谓色素增感型太阳能电池，是指在玻璃基板或塑料基板上的两片透明电极的基板之间加入色素和电解液的电池。近年来新兴薄膜太阳能电池也是一种新材料太阳能电池，目前薄膜光伏模块使用的材料，如无定形硅（a-SI）、碲化镉（CdTe）、硒化铜铟镓（CIGS），该薄膜有助于降低成本，有通用性好的优点。随着科技的发展，技术先进，太阳能光电转换技术所用的材料将会变得越来越普遍，越来越廉价。

3前景展望

随着新材料和新技术的引入，太阳能电池的应用将更加广泛。具体变现有：太阳能电池的低转化率的问题会因为新材料和新的加工工艺儿得到大大改善，就常规工艺而言，扩散工序高方阻，背腐蚀工序背场剖光，丝印工序采用新型网版与扩散工序匹配，采用一些高效材料比如PV17A等等。对于非常规工艺，RIE制绒，SE技术，MWT，Double Printing技术等等，总 之，染料敏化纳米二氧化钛薄膜太阳能电池具有低成本、高效率等众多优点，虽然日前还存在一些问题，但我们相信，在不久的将来，随着技术的进一步发展，这种太阳能电池将会有着十分广阔的应用前景。

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