浅谈太阳能电池的发展和趋势

王玉娟

摘 要：随着全球一次性能源紧缺的趋势越来越严峻，开发和利用清洁能源以及二次能源已经成为世界各行业研究的重点课题。太阳能电池是可以将光能转化为电能的一种装置，在目前温室效应愈演愈烈的环境下可以为资源进行一定数量的补充，文章将会对太阳能电池的应用以及发展趋势做出分析，为我国电力资源的供应奠定良好的基础。

关键词：太阳能电池发展；趋势

1 太阳能电池的发展

1.1第一代太阳能电池

第一代太阳能电池是发展时间最久，制备工艺最为成熟的一代电池，一般按照研究对象我们将其可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅电池。按照应用程度来说前两者单晶硅与多晶硅在市场所占份额最多，商业前景最好。

单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池。从单晶硅太阳能电池发明开始到现在，尽管硅材料有各种问题，但仍然是目前太阳能电池的主要材料，其比例约占整个太阳电池产量的90%以上。我国北京市太阳能研究所从20世纪90年代起开始进行高效电池研究，采用倒金字塔表面织构化、发射区钝化、背场等技术，使单晶硅太阳能电池的效率达到了19.8%。多晶硅太阳能电池的研究开发成本较低，稳定性也比较好，这两大优势引起了科研工作者的注意。其光电转换效率随着制备工艺的成熟不断提高，它达到的最高的光电转换效率为21.9%，但是它的电池效率在目前的太阳能电池中仍处于一般水平。

1.2第二代太阳能电池

第二代太阳能电池以各种薄膜为基底制造出的电池。膜技术所需的材料较晶体硅太阳电池少得多，且易于实现大规模生产。薄膜电池主要有非晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电池、碲化镉以及铜铟硒薄膜电池。我国南开大学于20世纪80年代末开始研究铜铟硒薄膜电池，目前在该研究领域处国内领先、国际先进地位。其制备的铜铟硒太阳电池的效率已经超过12%。铜铟硒薄膜太阳电池的试生产线亦已建成。我国在染料敏化纳米薄膜太阳电池的科学研究和产业化研究上都与世界研究水平相接近。在染料敏化剂、纳米薄膜修饰和电池光电效率上都取得与世界相接近的科研水平，在该领域其有一定的影响。其唯一的问题是材料的来源，电池中的一些元素如铟、镓等属于稀有元素，导致了这种电池价格昂贵，从而限制了其大规模的生产应用。但是镉的剧毒性让人们对它望而却步，进而制约了以CdS和CdTe等为材料的电池的发展。GaAs、InGaAs、CIGS、InGaAs等电池具有较高的转化效率和稳定性。其唯一的问题是材料的来源，电池中的一些元素如铟、镓等属于稀有元素，导致了这种电池价格昂贵，从而限制了其大规模的生产应用。

1.3第三代太阳能电池

第三代太阳电池必须具有以下条件：薄膜化，转换效率高，原料丰富且无毒。目前第三代太阳电池还在进行概念和简单的试验研究。已经提出的第三代太阳电池主要有叠层太阳电池、多带隙太阳电等。虽然太阳能电池材料的研究已到了第三个阶段，但是在工艺技术的成熟程度和制造成本上，都不能和常规的硅太阳能电池相提并论。硅太阳能电池的制造成本经过几十年的努力终于有了大幅度的降低，但是与常规能源相比，仍然比较昂贵，这又限制了它的进一步大规模应用。鉴于此点，开发低成本，高效率的太阳能电池材料仍然有很长的路要走。在制备过程中加入了有机物和实施了纳米技术，为了进一步改善前两代电池存在问题，使电池的光电性能及转换效率得到提高，近些年各国科学界将研究重点放到了叠层式薄膜太阳能电池的研究。由于在研发试验过程中表现出比前两代电池具有更强的优势和应用前景。目前已知电池种类有光化学太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池、纳米晶太阳能电池。其中有机物和无机物的优势结合在一起就形成了有机/无机杂化太阳能电池。电子传输层一般是用TiO2作为基底材料，这种无空穴传输层的电池的光电转换效率和稳定性相比之前几代都有所提高。有机太阳能电池是近些年来发展起来的一种新的太阳能电池但由于其载流子迁移率低的不足，使得有机聚合物太阳能电池短时间内实现产业化很难。

2 太阳能电池的发展趋势

至今，国际上的太阳能电池已经发展到了第2代。第1代太阳能电池包括单晶硅和多晶硅2种，工化产品效率一般为百分之十五以内，目前可工业化生产可获得利润的太阳能电池就是指第1代电池。但是由于生产工艺等因素使得该类型的电池生产成本较高。第2代太阳能电池是薄膜太阳能电池，其成本低于第1代，可大幅度增加电池板制造面积，但是效率不如第1代。国际国内市场正在火热进行第 2代产品的投资。在将来的第3代太阳能电池应该具有上两代的综合特征：为薄膜化、高效率、原材料丰富和无毒性。可望实现的第3代电池效率的途径包括，叠层电池、多带光伏电池、碰撞离化、光子下转换、热载流子电池、热离化、热光伏电池等。单晶硅、多晶硅技术成熟、光电效率转化效率高，但由于成本高，人们致力于价格低廉的多晶硅、非晶硅薄膜电池的开发以及砷化镓等Ⅲ一V族化合物、硫化镉、碲化镉及铜铟硒薄膜电池等其他材料太阳能电池的开发。从技术成本上看，有希望发展成与单晶硅、多晶硅太阳能电池相抗衡的是没有污染、价格低廉、稳定性好的多晶硅薄膜电池和没有光电效率衰退效应、转换率较高、稳定性好、工艺简单的CIS电池。

国际上在目前对太阳能电池材料硅化物的综合利用主要有两个发展趋势，一方面是以四氯化硅为原料生产其它化工产品如白碳黑、有机硅、硅酸乙酯、光纤预制棒等；另一方向是氢化还原为三氯化硅对四氯化硅进行循环利用。太阳能电池的主要组成部件多晶硅的生产提纯过程耗电量非常大，加上其他部件生成过程的能耗，其生产过程超过了现有社会条件所能接受的范围。因此，降低精馏提纯三氯氢硅过程的能耗对提高中国企业竞争力具有重要意义。

3 結语

为了降低环境污染以及能源消耗的危机，各个国家和行业都在开展太阳能电池的开发和研制工作，其中以硅基太阳能电池为主，但是也有很多的材料可以将其高昂的价格进行取代，因此研究部门应当加强太阳能电池材料的研究工作，为降低我国能源消耗数量做出贡献。

参考文献

[1]多晶硅企业倒闭潮来袭[J].王赵宾.中国经济和信息化.2012（03）.

[2]中国太阳能光伏产业的国际竞争力研究[J].谢光亚，李晓光.对外经贸实务.2012（02）.

[3]黄锋.太阳能电池用硅材料的研究现状与发展趋势[J].特种铸造及有色合金，2015（12）

（作者单位：英利能源（中国）有限公司）