太阳能电池的研究现状及发展前景VIP免费

太阳能电池的研究现状及发展前景摘要：能源危机和环境污染已经成为当今世界各国面临的共同问题。同时具有清洁可再生、优势的太阳能电池已经越来越受到人们的关注。本文综述了太阳能电池的种类，并就其研究现状、存在的问题、解决的途径以及发展趋势等做了一些分析。关键词：太阳能电池研究现状发展趋势前言：太阳能可以说是“取之不尽，用之不竭”的能源，与传统矿物燃料相比，太阳能具有清洁和可再生等独特优点。将太阳能转换为电能是大规模利用太阳能的重要技术基础，其转换途径有很多，有光热电间接转换和光电直接转换，前者主要有太能能热水器等，后者主要指太阳能电池。本文主要综述了太阳能电池的种类及其研究现状，并讨论了太阳能电池的发展趋势。1太阳能电池的原理当太阳光线照射到太阳能电池表面由P、N两种不同类型的半导体材料构成的P—N结时、一部分光子被硅材料吸收，光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了跃迁，形成电子空穴对。在P—N结内建电厂的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，如果从材料两侧引出电极，并接上负载就会产生电压和电流，对外部电路产生一定的输出功率。此即太阳能电池发电的基本原理。2太阳能电池种类根据材料种类和状态的不同，太阳能电池主要有以下几种：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、化合物半导体太阳能电池，薄模型太阳能电池、有机太阳能电池和染料敏感化纳米晶太阳能电池等，下面分别予以介绍。单晶硅太阳能电池具有很多特点：作为原料的硅材料在地壳中含量丰富，对环境基本上没有影响。单晶硅制备以及pn结的制备都有成熟的集成电路工艺做保证。硅的密度低，材料轻。即使是50um以下厚度的薄片也有很好的强度。与多晶硅、非晶硅比较，转换效率高电池工作稳定，已实际用于人造卫星等方面，并且可以保证20年以上的工作寿命。单晶硅太阳能电池因为原料丰富，转换效率高，所以是现在发展最快的产业之一。但单晶硅电池对硅的纯度要求较高，制造工艺复杂，需要消耗大量的能源，加之高纯单晶硅大部分都是从外国进口的，所以成本较高，很难实现商业化普及。单晶硅太阳能电池的转化效率较高，规模生产的电池组件效率可达到12---16%，实验室记录最高达到的转换效率为24.4%。单晶硅太阳能电池要想进一步发展普及，必须降低成本并提高转化效率。多晶硅太阳能电池所用的硅较单晶硅太阳能电池少很多，又没有效率衰退问题，并有可能在廉价的衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，并且实验室效率已经达到18%，远高于单晶硅薄膜电池的效率。非晶硅薄膜太阳能电池由于其成本低、便于大规模生产而普遍受到人们的重视并得到发展。目前非晶硅太阳能电池的制备方法很多，以PECVD法最为成熟。该法可以在低温下来制备非晶硅薄膜太阳能电池。其中单结非晶硅太阳能电池转换效率已超过12.5%。非晶硅太阳能电池结构有各种不同，其中有一种较好的PIN电池，它是在衬底上先沉积一层惨磷的n型非晶硅，再沉积一层未掺杂的I层，然后再沉积一层掺磷的p型非晶硅，最后用电子束蒸发一层减反射膜，并蒸镀银电极。此工艺易于实现工业化大批量生产。目前非晶硅电池存在的主要问题是光转换效率低，国际先进水平只有10%左右，且不够稳定，常有转换效率衰退的现象，所以尚未大量用于作为大型太阳能电源，而多半用于弱光源，如袖珍式电子计算器、电子钟表及复印机方面。估计效率衰退问题克服后，非晶硅太阳能电池将促进太阳能利用的大发展。多元化合物薄膜太阳能电池主要包括砷化镓III--V族化合物，如硫化镉、碲化镉及铜铟硒薄膜电池等。上述电池中尽管硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅低，并且也易于大规模生产，但是由于镉有剧毒，容易产生环境污染问题，因此并不是制做太阳能电池的理想材料。有机物太阳能电池的制备工艺简单（真空蒸镀或涂敷），具有制造面积大、价格低廉、简易、柔性等优点，可以制备在卷曲折叠的衬底上形成柔性的太阳能电池，目前有机太阳能电池在特定条件下的光转换效率已经达到9.5%。纳米晶化学太阳能电池是新型太阳能电池，目前仍在研制过程中，其中纳米晶Ti02太阳能电...