太陽能電池發(fā)展現(xiàn)狀綜述

1、太陽能電池發(fā)展現(xiàn)狀綜述摘 要：隨著社會的發(fā)展，傳統(tǒng)能源消耗殆盡,能源越來越收到重視。其中發(fā)展前景最為廣闊的莫過于太陽能。太陽能綠色環(huán)保，因此逐漸受到了人們的普遍重視。太陽能已成為新能源領(lǐng)域最具活力的部分，世界各國都致力于發(fā)展太陽能。本文主要闡述了太陽能電池的發(fā)展歷程，太陽能電池的種類，太陽能電池的現(xiàn)狀以及發(fā)展前景.關(guān)鍵詞：太陽能電池；太陽能電池種類；發(fā)展現(xiàn)狀；Narration on the Current Situation of Solar BatteryAbstract:With the development of society, traditional energy will be

2、 used up in a short time.Eneygy are being payed more and more attention.And the solar energy is the most promising.Because of its environmental protection,it gets widespread attention. Solar energy has become the most vibrant part among the new energy field,and all countrise tried their best to deve

3、lop solar energy.This article mainly explains the development of solar battery,the types of solar battery,curent situation of solar battery and its prospect.Key Words: solar battery; types of solar battery; curent situation of solar battery1 引言 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，能源的重要性日趨凸顯。但是石油、煤等不可生起源消耗殆盡，人們開始探索新的能源。太陽能取之不盡用

4、之不竭，因此受到了人們的親睞。在太陽能電池領(lǐng)域中，太陽能的光電利用是近些年來發(fā)展最快、最具活力的研究領(lǐng)域1太陽能電池的研制和開發(fā)日益得到重視制作太陽能電池主要是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)其工作原理是利用光電材料吸收光能后發(fā)生的光電子轉(zhuǎn)化反應(yīng)。根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池可分為：硅太陽能電池；以無機鹽如砷化鎵 一V化合物、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的電池；納米晶太陽能電池等。不論以何種材料來制作電池，對太陽能電池材料一般的要求有：半導(dǎo)體材料的禁帶不能太寬；要有較高的光電轉(zhuǎn)換效率；材料本身對環(huán)境不造成污染；材料便于工業(yè)化生產(chǎn)且材料性能穩(wěn)定?；谝陨蠋讉€方面考慮，硅是最理想的太陽能電池材料2這也是太

5、陽能電池以硅材料為主的主要原因.本文簡要地綜述了太陽能電池發(fā)展進程，太陽能電池的種類，以及發(fā)展現(xiàn)狀，并討論了太陽能電池的發(fā)展趨勢。2 太陽能電池現(xiàn)狀及其前景2.1太陽能電池發(fā)展進程第一代太陽能電池：包括單晶硅太陽電池和多晶硅太陽電池。從單晶硅太陽能電池發(fā)明開始到現(xiàn)在，盡管硅材料有各種問題，但仍然是目前太陽能電池的主要材料，其比例約占整個太陽電池產(chǎn)量的90以上。我國北京市太陽能研究所從20世紀90年代起開始進行高效電池研究，采用倒金字塔表面織構(gòu)化、發(fā)射區(qū)鈍化、背場等技術(shù)，使單晶硅太陽能電池的效率達到了19.8。第二代太陽能電池：第二代太陽電池是基于薄膜材料的太陽電池。薄膜技術(shù)所需的材料較晶體硅太

6、陽電池少得多，且易于實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。薄膜電池主要有非晶硅薄膜電池、多晶硅薄膜電池、碲化鎘以及銅銦硒薄膜電池。我國南開大學(xué)于20世紀80年代末開始研究銅銦硒薄膜電池，目前在該研究領(lǐng)域處國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進地位。其制備的銅銦硒太陽電池的效率已經(jīng)超過12。銅銦硒薄膜太陽電池的試生產(chǎn)線亦已建成。我國在染料敏化納米薄膜太陽電池的科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)化研究上都與世界研究水平相接近。在染料敏化劑、納米薄膜修飾和電池光電效率上都取得與世界相接近的科研水平，在該領(lǐng)域其有一定的影響。第三代太陽能電池：第三代太陽電池必須具有以下條件：薄膜化，轉(zhuǎn)換效率高，原料豐富且無毒。目前第三代太陽電池還在進行概念和簡單的試驗研究。已經(jīng)提

7、出的第三代太陽電池主要有疊層太陽電池、多帶隙太陽電等。雖然太陽能電池材料的研究已到了第三個階段，但是在工藝技術(shù)的成熟程度和制造成本上，都不能和常規(guī)的硅太陽能電池相提并論。硅太陽能電池的制造成本經(jīng)過幾十年的努力終于有了大幅度的降低，但是與常規(guī)能源相比，仍然比較昂貴，這又限制了它的進一步大規(guī)模應(yīng)用。鑒于此點，開發(fā)低成本，高效率的太陽能電池材料仍然有很長的路要走3。2.2太陽能電池的種類2.2.硅系列太陽能電池硅太陽能電池中以單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中，單晶硅太陽能電池占據(jù)主導(dǎo)地位，但單晶硅材料價格高而且制備工藝相當(dāng)繁瑣為了節(jié)省高質(zhì)量材料，尋找單晶硅電池的

8、替代產(chǎn)品，現(xiàn)在發(fā)展了薄膜太陽能電池，其中典型代表有以高溫、快速制備為發(fā)展方向的多晶硅薄膜太陽能電池和疊層非晶硅太陽電池。多晶硅薄膜太陽能電池通常的晶體硅太陽能電池是在厚度350450nm的高質(zhì)量硅片上制成的，這種硅片由提拉或澆鑄的硅錠鋸割而成，因此實際消耗的硅材料更多。為了節(jié)省材料，上世紀70年代中期人們就開始在廉價襯底上沉積多晶硅薄膜，但由于生長的硅膜晶粒太小未能制成有價值的太陽能電池。為了獲得大尺寸晶粒的薄膜，目前較成功的為化學(xué)氣相沉積法：包括低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、等離子增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)和快熱化學(xué)氣相沉積(RTCVD)工藝此外，液相外延法(LPE)也可用來制備多晶硅

9、薄膜電池4多元化合物薄膜太陽能電池為了尋找單晶硅電池的替代品，人們除開發(fā)了多晶硅、非晶硅薄膜太陽能電池外又不斷研制其它材料的太陽能電池。其中主要包括砷化鎵V族化合物、硫化鎘、碲化鎘及銅銦硒薄膜電池等。上述電池中，盡管硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于太規(guī)模生產(chǎn)，但由于鎘有劇毒，容易產(chǎn)生環(huán)境污染問題，并不是晶體硅太陽能電池最理想的替代品。砷化鎵等V化合物及銅銦硒薄膜電池由于具有較高的轉(zhuǎn)換效率而受到人們的普遍重視。GaAs屬于V族化合物半導(dǎo)體材料，其能隙為1.4eV，正好為高吸收率太陽光的值，是很理想的電池材料。GaAs等V化合物薄膜電池的

10、制備主要采用MOVPE和LPE技術(shù)，其中MOVPE方法制備GaAs薄膜電池受襯底位錯、反應(yīng)壓力、V比率、總流量等諸多參數(shù)的影響。除GaAs外，其它.V化臺物如CaSb、GaInP等電池材料也得到了開發(fā)。銅銦硒簡稱CIS，CIS材料的能隙為1.1eV，適于太陽光的光電轉(zhuǎn)換，另外，CIS薄膜太陽電池不存在光致衰退問題。因此，CIS用作高轉(zhuǎn)換效率薄膜太陽能電池材料也引起了人們的注目。納米晶化學(xué)太陽能電池在太陽能電池中硅系太陽能電池?zé)o疑是發(fā)展最成熟的，但由于成本居高不下，遠不能滿足太規(guī)模推廣應(yīng)用的要求。為此，人們一直在工藝、新材料、電池薄膜化等方面進行探索。瑞士Gratzel教授研制成功納米TiO2化

11、學(xué)太陽能電池以來，國內(nèi)一些單位也正在進行這方面的研究.納米晶化學(xué)太陽能電池(簡稱NPC電池)是由一種窄禁帶半導(dǎo)體材料修飾、組裝到另一種大能隙半導(dǎo)體材料上形成的5。納米晶化學(xué)太陽能電池優(yōu)點在于它廉價的成本和簡單的工藝及穩(wěn)定的性能。但由于此類電池的研究和開發(fā)剛剛起步，走上市場估計還需要相當(dāng)長的時間。2.3發(fā)展現(xiàn)狀在全球倡導(dǎo)低碳經(jīng)濟的今天， 太陽能作為一種清潔的可再生能源， 越來越受到各國政府的重視。目前太陽能光伏發(fā)電的成本大約是燃煤的1118 倍， 因此各國太陽能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展大多依賴政府補貼，補貼的規(guī)模決定著該國太陽能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模。在政府補貼力度上，德國、西班牙、法國、美國、日本等發(fā)達國家

12、最大。2008 年， 西班牙推出了優(yōu)厚的太陽能電池產(chǎn)業(yè)補貼政策， 使其國內(nèi)太陽能電池產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了爆發(fā)式發(fā)展， 一度占據(jù)了世界太陽能電池產(chǎn)量的前三強。2009年德國太陽能電池組件安裝量高達3200兆瓦，占全球總安裝量的50.4%。在各國政府的大力支持下，太陽能電池產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展。20062009年，全球太陽能電池產(chǎn)量的年均增長率為60%。由于受到金融危機的影響， 2009年上半年太陽能電池產(chǎn)量的增速有所放緩，隨著下半年市場的復(fù)蘇，全年太陽能電池產(chǎn)量達到了10431兆瓦，比2008年增長42.5%。目前，我國已形成了完整的太陽能電池產(chǎn)業(yè)鏈。國內(nèi)從事光伏產(chǎn)業(yè)的企業(yè)數(shù)量達到580 余家， 從業(yè)人數(shù)約

13、30萬。2009年，我國多晶硅、硅片、太陽能電池和組件產(chǎn)能分別占據(jù)全球總產(chǎn)能的25%、65%、51%和61%；太陽能電池產(chǎn)量也占了總產(chǎn)量的四成以上；太陽能光伏產(chǎn)業(yè)出口創(chuàng)匯金額約為158億美元。從產(chǎn)業(yè)布局上來看，國內(nèi)的長三角、環(huán)渤海、珠三角及中西部地區(qū)已形成了各具特色的區(qū)域產(chǎn)業(yè)集群，并涌現(xiàn)出了無錫尚德、江西賽維、天威英利等一批知名企業(yè)。2007 年我國成為太陽能電池第一生產(chǎn)大國6。預(yù)計2010年中國太陽能電池產(chǎn)量達到8000兆瓦，約占全球總產(chǎn)量一半，居世界首位。山東、江蘇、陜西、甘肅、青海、寧夏及海南省已經(jīng)將太陽能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展列入地方發(fā)展規(guī)劃。目前國內(nèi)太陽能電池市場規(guī)模較小，國內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品90

14、%以上靠出口。這種過度依賴出口的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式易受國際需求變化的影響，增加了行業(yè)經(jīng)營風(fēng)險。在2008 年的全球金融危機中，因西方國家削減了光電產(chǎn)品價格補貼，直接導(dǎo)致了中國許多太陽能電池企業(yè)的倒閉。2.4太陽能電池前景展望改善太陽能電池的性能，降低制造成本以及減少大規(guī)模生產(chǎn)對環(huán)境造成的影響是未來太陽能電池發(fā)展的主要方向。作為太陽能電池材料，其中：(1)由于多晶硅和非晶硅薄膜電池具有較高的轉(zhuǎn)換效率和相對較低的成本，將最終取代單晶硅電池，成為市場的主導(dǎo)產(chǎn)品；(2) 一V族化合物及CIS等屬于稀有元素，盡管轉(zhuǎn)換效率很高，但從材料來源看，這類太陽能電池不可能占據(jù)主導(dǎo)地位；(3)有機太陽能電池對光的吸收效率

15、低，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率低；(4)染料敏化納米TiO，薄膜太陽能電池的研究已取得喜人成就，但還存在如敏化劑的制備成本較高等問題。另外目前多沿用液態(tài)電解質(zhì)，但液態(tài)電解質(zhì)存在易泄漏、電極易腐蝕、電池壽命短等缺陷，使得制備全固態(tài)太陽能電池成為一個必然方向。目前，大部分全固態(tài)太陽能電池光電轉(zhuǎn)換率都不很理想納米晶太陽能電池以其高效、低價、無污染的巨大優(yōu)勢挑戰(zhàn)未來，我們相信，隨著科技發(fā)展以及研究推進，這種太陽能電池應(yīng)用前景廣闊。3 結(jié)束語根據(jù)Helmut Kaiser Consultancy調(diào)查分析，到2015年新能源市場將呈現(xiàn)多樣化的發(fā)展趨勢，其中水力發(fā)電360億美元，風(fēng)力發(fā)電241億美元、太陽熱能142億美元、地?zé)崮?5億美元、生物質(zhì)能424億美元，而太陽能光電市場將達461億美元，可見太陽能發(fā)電是今后一段時期主要發(fā)展的新能源。縱觀太陽能電池的發(fā)展歷史，其關(guān)鍵技術(shù)是提高光電轉(zhuǎn)換效率。只有降低生產(chǎn)成本和能耗，才能加快太陽能電池的推廣應(yīng)用。我們相信隨著世界各國在太陽能電池的不斷研發(fā)成功和產(chǎn)業(yè)化，太陽能電池將會在新能源中占有重要的地位。參考文獻1馮垛生太陽能發(fā)電原理與應(yīng)用M.北京：人