陳煌林

摘要 在能源、環(huán)境問題日趨嚴(yán)重的今天，光伏技術(shù)越來越受到人們的重視，而光伏電池的研究是光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。簡述了太陽能光伏的基本原理，接著根據(jù)太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率和生產(chǎn)成本這兩點(diǎn)分析了太陽能電池的分類以及各類的優(yōu)缺點(diǎn)，指出了太陽能電池的研究現(xiàn)狀和需要解決的問題，最后對太陽能電池的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

[關(guān)鍵詞]可再生能源 太陽能光伏技術(shù) 轉(zhuǎn)換效率

隨著全球工業(yè)化的進(jìn)程，煤炭、石油等常規(guī)能源的頻頻告急，人們將目光紛紛投向了各種可再生能源的利用上。其中，太陽能可說是取之不盡、用之不竭。因此，太陽能光伏技術(shù)極有可能成為21世紀(jì)最有發(fā)展?jié)摿Φ墓怆娂夹g(shù)之一。所謂光伏，是指通過太陽能電池為媒介，將太陽光轉(zhuǎn)化為電能的過程。然而我們清晰的意識到，由于太陽能電池的生產(chǎn)工藝技術(shù)復(fù)雜、生產(chǎn)成本遠(yuǎn)高于目前穩(wěn)定能源的市場價(jià)格，轉(zhuǎn)換效率難以突破、能耗高等難題影響了太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。因此，如何在提高轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)降低生產(chǎn)成本已成當(dāng)今世界光伏技術(shù)研究工作的重中之重，下面就目前主流太陽能電池的原理、發(fā)展相關(guān)方面進(jìn)行梳理。

1 太陽能光伏的基本原理

太陽能電池一種把太陽能轉(zhuǎn)換成電能的能量轉(zhuǎn)換器，太陽能電池工作原理的基礎(chǔ)，是太陽能電池的光生伏打效應(yīng)。太陽能電池工作原理如圖1所示。

首先，太陽能電池吸收陽光，只有當(dāng)光量子能量是半導(dǎo)體材料的禁帶寬度E。的數(shù)倍時(shí)才會產(chǎn)生多個(gè)電子.空穴對，其間的差值則轉(zhuǎn)化為熱量。然而，在電子.空穴對產(chǎn)生的同時(shí)也發(fā)生了電子.空穴的再復(fù)合;最后，利用外加電場使電子.空穴對相互分離形成擴(kuò)散電流簡而言之，主要分三個(gè)過程：太陽光吸收過程、電子.空穴對激發(fā)過程、分離光生載流子過程。

2 太陽能光伏電池分類

由于不同的材料可以吸收的太陽光源的光譜能量不同，不同種類的太陽能電池是決定能量轉(zhuǎn)換效率大小的一個(gè)重要因素。表1為目前不同材料太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。

由表1可知，按材料種類分，常用的太陽能電池主要有如下六類：

（a）單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率為較高的26.7±0.5%，但由于單晶硅太陽能電池的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，電耗很大，生產(chǎn)成本較高;

（b）多晶硅太陽能電池的生產(chǎn)工藝較簡單，生產(chǎn)能耗也較低，但其轉(zhuǎn)換率也較單晶硅的低，在實(shí)驗(yàn)室里其光電轉(zhuǎn)換效率約22.3±0.4%：

（c）非晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率為10.2±0.3%，轉(zhuǎn)換效率較低，但其有著制造成本低、能源消耗的回收期短、售價(jià)低方面的優(yōu)點(diǎn);

（d）砷化鎵（GaAs）化合物太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率高達(dá)28.8±0.9%，并且成本較晶硅電池低，也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但是，GaAs材料受表面復(fù)合速度的影響強(qiáng)烈，目前主要用航空領(lǐng)域的多層太陽能電池;CIGS化合物太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率為21.7±0.5%，與傳統(tǒng)的硅材料太陽能電池相比，制造成本低，能源回收期短，但由于銦資源十分有限，并且這些元素大都會對環(huán)境造成污染;

（e）有機(jī)半導(dǎo)體太陽能電池主要是并五苯和噻吩這兩大類，其轉(zhuǎn)換效率較低僅為9.7±0.3%，但具有工藝簡單、適用性強(qiáng)、可以直接涂刷在建筑物外表以充分利用其受光面積等優(yōu)點(diǎn)。

總而言之，光伏半導(dǎo)體是一種性能優(yōu)良的應(yīng)用材料，具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景，己成為當(dāng)今新材料和新能源領(lǐng)域最富活力和生機(jī)的研究前沿之一。

3 前景與展望

從目前太陽能電池領(lǐng)域的發(fā)展方向來看，柔性太陽能電池將成為未來光伏領(lǐng)域的重要應(yīng)用，這種太陽能電池可以制作在塑料基底或紡織物（如帳篷、衣服等）上。除了易于形變的特點(diǎn)，其生產(chǎn)工藝的溫度始終控制在120度以下，具有良好的工業(yè)生產(chǎn)遠(yuǎn)景。

然而，我們應(yīng)該清楚的認(rèn)識到光伏電池技術(shù)發(fā)展的最初動(dòng)力是為了緩解能源、環(huán)境的壓力，為人類幸福生活服務(wù)。因此，光伏電池的發(fā)展思路應(yīng)該是可持續(xù)性的，而不是僅僅把它看作一項(xiàng)階段性的能源技術(shù)。如何降低能耗這也是本團(tuán)隊(duì)今后的研究重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]王長責(zé)[等]編著，太陽能光伏發(fā)電實(shí)用技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[2]趙爭鳴[等]編著，太陽能光伏發(fā)電及其應(yīng)用[M].科學(xué)出版社，2005.

[3]林明獻(xiàn)，太陽能電池新技術(shù)[M].科學(xué)出版社，2012.

[4]沈文忠主編.太陽能光伏技術(shù)與應(yīng)用[M]，上海：上海交通大學(xué)出版社，2013.

[5]張紅梅，崔曉華.太陽能光伏電池及其應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2 018.

[6]Green M A，Hishikawa Y，Ewan D，etal. Solar cell efficiency tables（version 51）[J]. Progress inPhotovoltaics Research&Applications;，2018，26（01）：905-913.

[7]趙聰，馬穎，汪洋，周雪，李會增，李明珠，宋延林，光子晶體太陽能電池研究進(jìn)展[J]，化學(xué)學(xué)報(bào)，2018，76 （01）： 9-21.

[8]曾喆方竹，鐘春良，隆雪燕，佘宏偉，楊迪武，溫度對a-Si： H/c-Si異質(zhì)結(jié)太陽能電池光伏特性的影響[J].湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2018 （02）：1—6

[9]鄭睿明，劉曉霖，林佳，鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2018（01）：22-27.

[10]韓苗苗，銅基薄膜太陽能電池材料缺陷和光電性質(zhì)的理論研究[D].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2017.

[11]李昂，有機(jī)太陽能電池材料研究新進(jìn)展[J].電子世界，2018 （06）：172 -173.

[12]Green M A.Third generationphotovoltaics： advanced solar energyconversion[M]. Springer， 2003.