太阳能电池的研究进展

贾冰冰

摘要：着当今社会的发展，煤炭，石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为国际社会经济发展的阻碍，有必要开发新能源去解决这一问题。太阳能属于新能源，并且有无污染的优点，同时，太阳能还属于可再生能源，可以长期进行利用。文章先对太阳能电池的基本概念进行简述，然后在研究难点和未来前景等相关基础上，对太阳能电池的研究进展进行详细的阐述。

关键词：太阳能电池;难点;发展前景

太阳能作为现今不断开发的新能源，拥有可以长久的利用，并且遍布广泛无污染，能量巨大等优点。但是，太阳光由于是由不同的光波组成的，不同的光波能量不同，所以转化率极低，且难以提高。如今为提高太阳能的能量利用率，可以通过太阳能电池转化成化学能，再将化学能转化为其他高品质的能量为人类所利用。

一、太阳能电池基本概念

太阳能电池也可以称为太阳能芯片或者是光电池，其是一种使用太阳光直接进行发电的光电半导体薄片。太阳能电池只要满足被一定条件的光照到，即能够在短时间之内形成输出电压，并且在回路的中形成电流。在物理学之上被称为太阳能光伏，太阳能电池是经过光电效应或光化学效应，直接把光能转换成电能的一种装置。如今，太阳能电池主要有以下几种：

（一）薄膜太阳能电池。薄膜太阳能电池是一种能源产品，主要由陶瓷、石墨、金属片等不同材料为基板制造的，一般来说可产生电压的厚度只需要几微米，转化率便可达到10%左右。由于制作材料价格低廉;且该电池有较高的转化率;同时，除了平面之外，也因为具有可挠性可以制作成非平面构造。因此，薄膜太阳能电池在生活中的应用非常广泛。薄膜太阳能电池除了成本低还具有较佳的光传输、较高的累积发电量、只需少量的硅原料、不会发生内部短路问题等优点。例如，生活中所使用的计算器，便携式的充电电源，远程电力供电，可与建筑物结合或是变成建筑体的一部份等方面均用到了薄膜太阳能电池。同时，在军事，国防方面也有一定的应用。

（二）染料敏化太阳能电池。染料敏化太阳电池主要有纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、可以进行氧化还原的电解质以及对电极等组成，模仿光合作用原理研制出的一种太阳能电池。染料敏化太陽能电池是以低成本的纳米二氧化钦和光敏染料为主要原料，模拟自然界中植物利用太阳能进行光合作用，将太阳能转化为电能。其工作原理是将染料分子经过太阳光照射后从基态变为激发态，再将处于激发态的电子注人导带，通过外电路流向对电极，形成电流，处于氧化态的电解质在电解质溶液中的电子还原再生，被氧化的电子在对电极表面得电子被还原，从而完成一个光电化学反应循环。

染料敏化太阳能电池的使用寿命长，可达15-20年，制作染料敏化太阳能电池的原材料丰富，成本低，仅为硅太阳能电池的1/51/10，制备电池耗能少，能源回收周期短，且原材料和生产工艺都是无毒的，无污染的，可以进行回收利用，对保护环境有重要的意义，同时也会在大面积工业化生产中具有较大的优势。

（三）晶体硅太阳能电池。晶体硅太阳能电池是由厚度在350-450/im的高质量硅制成的，这种硅片可以从浇铸的硅锭上锯割而成，但一般这种方法在现实中消耗硅材料更多，制作成本会提高。所以为降低成本，一般在制备多晶硅薄膜电池时采用化学气相沉积法。同时，硅表面非常光亮，大部分太阳光都会被反射，不能被电池利用，为提高电池的利用率，会在硅电池外层涂上一层反射系数非常小的保护膜，将反射损失减小。

二、太阳能电池研究进展

（一）发展前景。随着不可再生能源的紧缺，光伏发电作为一种可持续的能源替代方式，近年来迅速发展，并在发达国家得到大面积的推广和应用，在国际市场的推动下，我国的光伏发电发展也迅速兴起。

尤其是在建设光伏电站这一方面，光伏电站分为两种：集中式光伏电站和分布式光伏电站。集中式光伏电站是集中发电，规模较大;分布式光伏电站利用分散式屋顶等资源，规模较小。

集中式光伏电站、分布式光伏电站近些年发展迅速。根据国家能源局的统计数据，截至2016年底，我国光伏电站累计装机容量7742万千瓦，为全球光伏发电装机容量最大的国家。其中，集中式光伏电站6710万千瓦，分布式光伏电站1032万千瓦;2016年新增装机容量3424万千瓦，同比增长79.30%，其中集中式光伏电站新增2998万千瓦，分布式光伏电站新增426万千瓦，呈迅速发展的趋势。

同时，上文所述的染料敏化太阳能电池有着比硅电池更为广泛的用途：可用塑料使其薄膜化，还可设计成各种形状的太阳能电池使之多样化，有着十分广阔的产业化前景。相信在不久的将来，该种电池会逐步走进我们的生活。

（二）研究难点。首先，太阳能电池对光能的利用率并不高，导致造成能源的极大的浪费。其次，转化效率不高，最大转化率不到50%。第三，制造成本高，现今，大部分所使用的都是硅太阳能电池，纯硅提取不易，成本较高，应采用环保，成本低、环保的材料进行制作。

三、结语

不可再生能源的短缺，促使我们开发新的能源，因此太阳能电池孕育而生，并得到了广泛的应用。同时太阳能电池作为国家经济发展的新兴动力。在国际市场的推动下，各国的太阳能电池制造业争相扩大生产，以争一席之地。我国也正在迅速发展期间，并不断取得进步，相信在不久的将来，我国的技术可以排在世界前位。

参考文献

[1]2017-2022年中国光伏发电市场运行态势及投资战略研究报告[R].2016-12.

[2] 2017-2023年中国光伏发电站市场现状研究分析及未来发展趋势预测报告[R].智研咨询集团，2017（06）：45.

[3]李菁.染料敏化太阳能电池光阳极的制备及研究[D].天津工业大学，2011.