陈煌林

摘要 在能源、环境问题日趋严重的今天，光伏技术越来越受到人们的重视，而光伏电池的研究是光伏产业发展的关键。简述了太阳能光伏的基本原理，接着根据太阳能电池的转换效率和生产成本这两点分析了太阳能电池的分类以及各类的优缺点，指出了太阳能电池的研究现状和需要解决的问题，最后对太阳能电池的发展前景进行了展望。

[关键词]可再生能源 太阳能光伏技术 转换效率

随着全球工业化的进程，煤炭、石油等常规能源的频频告急，人们将目光纷纷投向了各种可再生能源的利用上。其中，太阳能可说是取之不尽、用之不竭。因此，太阳能光伏技术极有可能成为21世纪最有发展潜力的光电技术之一。所谓光伏，是指通过太阳能电池为媒介，将太阳光转化为电能的过程。然而我们清晰的意识到，由于太阳能电池的生产工艺技术复杂、生产成本远高于目前稳定能源的市场价格，转换效率难以突破、能耗高等难题影响了太阳能发电产业的进一步发展。因此，如何在提高转换效率的同时降低生产成本已成当今世界光伏技术研究工作的重中之重，下面就目前主流太阳能电池的原理、发展相关方面进行梳理。

1 太阳能光伏的基本原理

太阳能电池一种把太阳能转换成电能的能量转换器，太阳能电池工作原理的基础，是太阳能电池的光生伏打效应。太阳能电池工作原理如图1所示。

首先，太阳能电池吸收阳光，只有当光量子能量是半导体材料的禁带宽度E。的数倍时才会产生多个电子.空穴对，其间的差值则转化为热量。然而，在电子.空穴对产生的同时也发生了电子.空穴的再复合;最后，利用外加电场使电子.空穴对相互分离形成扩散电流简而言之，主要分三个过程：太阳光吸收过程、电子.空穴对激发过程、分离光生载流子过程。

2 太阳能光伏电池分类

由于不同的材料可以吸收的太阳光源的光谱能量不同，不同种类的太阳能电池是决定能量转换效率大小的一个重要因素。表1为目前不同材料太阳能电池的转换效率。

由表1可知，按材料种类分，常用的太阳能电池主要有如下六类：

（a）单晶硅太阳能电池转换效率为较高的26.7±0.5%，但由于单晶硅太阳能电池的生产工艺复杂，电耗很大，生产成本较高;

（b）多晶硅太阳能电池的生产工艺较简单，生产能耗也较低，但其转换率也较单晶硅的低，在实验室里其光电转换效率约22.3±0.4%：

（c）非晶硅太阳能电池的转换效率为10.2±0.3%，转换效率较低，但其有着制造成本低、能源消耗的回收期短、售价低方面的优点;

（d）砷化镓（GaAs）化合物太阳能电池的转换效率高达28.8±0.9%，并且成本较晶硅电池低，也易于大规模生产，但是，GaAs材料受表面复合速度的影响强烈，目前主要用航空领域的多层太阳能电池;CIGS化合物太阳能电池的转换效率为21.7±0.5%，与传统的硅材料太阳能电池相比，制造成本低，能源回收期短，但由于铟资源十分有限，并且这些元素大都会对环境造成污染;

（e）有机半导体太阳能电池主要是并五苯和噻吩这两大类，其转换效率较低仅为9.7±0.3%，但具有工艺简单、适用性强、可以直接涂刷在建筑物外表以充分利用其受光面积等优点。

总而言之，光伏半导体是一种性能优良的应用材料，具有广阔的发展和应用前景，己成为当今新材料和新能源领域最富活力和生机的研究前沿之一。

3 前景与展望

从目前太阳能电池领域的发展方向来看，柔性太阳能电池将成为未来光伏领域的重要应用，这种太阳能电池可以制作在塑料基底或纺织物（如帐篷、衣服等）上。除了易于形变的特点，其生产工艺的温度始终控制在120度以下，具有良好的工业生产远景。

然而，我们应该清楚的认识到光伏电池技术发展的最初动力是为了缓解能源、环境的压力，為人类幸福生活服务。因此，光伏电池的发展思路应该是可持续性的，而不是仅仅把它看作一项阶段性的能源技术。如何降低能耗这也是本团队今后的研究重点。

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