關鍵詞：中國高新技術企業雜志投稿,核心期刊論文發表,太陽能電池,材料發展

　　一、太陽能電池的種類

　　1.硅系太陽能電池

　　(1)單晶硅太陽能電池目前，單晶硅的電池生產工藝已經比較成熟，主要采用表面織構化和在某些局部進行合理的摻雜等技術制作太陽能電池，用這種技術制成的電池種類有限，具體表現為二維單晶硅太陽能電池和電極單晶硅電池。在提高太陽能的轉化效率時采用的工藝為微結構處理。在這個領域，德國的研究走在了世界的前列[4]，他們主要采用光刻照相的技術，對電池表面進行相關的處理，最后將其制作成倒金字塔的結構。

　　另外，通過相關的技術，將其表面的涂層進行處理，增加表層的厚度，在經過一系列技術手段改進后，太陽能電池不僅寬度提高，而且其高度也大大增加，通過這些新興技術改造后，太陽能電池的光電轉化效率可以提高到27%。美國的幾家公司所研制出的大面積太陽能電池轉化效率稍顯遜色，只有20%左右。

　　長期以來，中國科學院也積極對其進行研究，研制成功的單電晶太陽能電池轉換效率為19.24%，成果比較顯著[5]。在目前所研制的太陽能電池中，以電池的轉換率為標準來看，單晶硅的太陽能電池無疑居于首位，這是無可爭議的事實。另外，單晶硅太陽能電池已經大規模推廣應用，應用范圍也較為最廣泛。但單晶硅的價格較高，這是因為單晶硅材料的高成本和復雜的生產工藝所致。

　　(2)多晶硅薄膜太陽能電池一般的晶體硅太陽能電池是用高質量的硅片通過一定工藝研制的而成，這種硅片的厚度在365～465μm范圍內，以硅錠為材料經過一系列環節制成。這樣一來，就不可避免地消耗了大量的材料，造成了許多浪費。為解決此問題，從20世紀80年代開始，研究者利用廉價襯底通過沉積制成多晶硅薄膜，但是存在很多問題，主要是硅膜晶粒較小，難以制成合格的太陽能電池。

　　以后，人們的研究方向是從多個角度進行研究，采取不同的方法制得較大尺寸晶粒的薄膜。現階段，大多都用化學氣相沉積法來研制多晶硅薄膜電池。化學氣相沉積法是應用比較廣泛的一種方法，主要的原理是應用二氯二氫硅、三氯氫硅和四氯硅烷等在一定條件下進行化學反應，通過化學反應制成硅原子，再經過一系列環節將制成的硅原子置于襯底上。必須要指出的是，選擇哪一種襯底材料也有要求，主要的襯底材料有硅、二氧化硅等。

　　但是經過研究后發現，在非硅質材料的襯底上想要制成大的晶粒難度很大,同時還會帶來一系列問題，如晶體間的空隙增大等。科學家們想出了很多解決辦法，最為成功的辦法是先在襯底上沉積一層薄薄的非晶硅層，之后通過相關工藝將其退火。經過這些環節后，就能夠制造出顆粒較大的硅晶粒，最后的環節是在襯底上慢慢的進行沉積，析出合適的硅晶粒。

　　其中，核心的工藝是比較復雜的再結晶工藝[6]。其實對多晶硅薄膜太陽能電池進行研究的過程是一個繁瑣而復雜的過程，在這個過程中利用了一系列新技術，不僅有上文提到的再結晶工藝，還采用了制作單晶硅太陽能電池用到的先進技術，將熟練技術作為后盾，再糅合進新型技術，太陽能電池的轉換效率和使用效率都得到了明顯提高。德國的一家研究所用這種方法研制的多晶硅電池轉換效率為21%，日本三菱公司用這種方法研制的多晶硅電池效率為18.63%。

　　2.聚合物多層修飾電極型太陽能電池

　　近些年，在太陽能電池領域出現了一個新的研究方向即利用聚合物來研制太陽能電池。通過新型的技術手段，將聚合物的表面物質多層復合，這樣可以制成比較先進的單向導電裝置。由聚合物修飾這個單向導電裝置的某一個電極，所以其有著比較低的還原電位，相比而言，最外層的還原電位要遠遠地高于內層的還原電位，電子的轉移方向是從低到高，也就是從內層向外層轉移;

　　另一個電極的修飾是與前者完全相反的，并且不管是內層還是外層的還原電位都比前一個電極的電位低。將這2個電極在特有的環境中進行研究時，很容易發現一個現象，即電極在吸收光線后就會產生電子轉移現象，電子轉移是從高電位的電極轉移到低電位的電極上，經過轉移后，較低電位的電極上往往會集中了大量的電子，這些電子只能通過外電路轉移，經過還原電位較高的電極轉移到電解液中，這樣一來光電流就會產生在外電路中[7]。由于有機材料有著柔性好、制作工藝簡單、成本低等優勢。但在目前，有機材料在利用方面存在許多不足，研究成果不成熟，從各方面都不能與技術成熟的硅電池相比。在未來，對于有機材料還需要進一步研究探索。

　　3.納米晶化學太陽能電池

　　在太陽能電池中，研究和使用技術最成熟的當屬硅系太陽能電池，但是生產成本過高，限制了將其大規模推廣應用。自20世紀研究成功以來，人們一直不斷對其工藝、技術和新材料等方面進行積極地探索，其中，最有研究價值的是納米二氧化鈦(TiO2)晶體。納米TiO2晶體具有優良的特性，對太陽能電池的是發展有著積極的作用，因此備受各國科學家的青睞。納米TiO2化學大陽能電池由瑞士Gratzel教授研制成功，在之后一段時期，國內外很多科研單位也都紛紛轉戰此領域[8]。

　　這類電池的制造原理是利用一種半導體材料結合合理的工藝修飾另一種大能隙的半導體材料，其主要采用過渡金屬釕元素的有機化合物染料，另外，這類染料分子吸收太陽光之后狀態就會轉變為激發狀態。這一系列的過程就是納米TiO2的工作原理。低廉的成本和簡單的工藝是其他太陽能電池無法與納米晶TiO2電池相比擬的。不僅如此，其光電效率比較穩定，一般在15%以上，制作成本低至硅太陽電池的一成左右，但是其使用壽命卻在30年以上。雖然目前處于研究和開發階段，但是隨著技術的發展，其將會在不久的未來走上市場。

　　二、太陽能電池的應用現狀

　　根據有關統計資料顯示，全球有153個國家積極普及和推廣了太陽能電池，在這些國家中有89個國家積極地對太陽能電池進行研制開發和生產。據不完全統計，1999年全世界生產的太陽能電池總的發電量達為2760MW，2000年達到了5640MW。根據歐洲光伏工業協會的預測：2020年和2030年太陽能電池總的發電量將分別達到61GW和316GW。全球太陽能電池產量增長迅速，在未來新能源方面將占有一席之地。20世紀，全球許多國家將太陽能開發計劃作為一項戰略項目，隨著研究的推進，各國都在大規模開發相關產品。美國提出了“國家光伏計劃”，而日本提出了“陽光計劃”。

　　在美國國家光伏計劃中有一項重要內容，即在光伏組件以及系統性能和市場開發等領域積極地開展相關的研究工作。美國和日本在世界光伏市場上都占有重要的地位。其中，美國擁有世界上最大的光伏發電廠，其功率達到8MW，日本的太陽能產量則占據很大比例。目前，全世界總共有56萬座光伏發電設備，其中以色列最多[9]。我國歷屆政府都對太陽能電池的研究高度重視，最早在20世紀70年代，我國將非晶硅半導體技術的研究列入國家研究課題;在20世紀80、90年代，積極地順應世界潮流，研究的重點在大面積太陽能電池方面;2002年11月，國家多個部門制定出臺新政策，旨在推進未來5年時間內太陽能資源的開發，國家投入了250億元大規模推廣太陽能技術，按照有關計劃到2016年我國太陽能發電總裝機容量可以達到550MW。

　　現階段，我國是世界上最大的光伏產品制造國，按照國家能源局牽頭制定的《新能源產業振興和發展規劃》中要求，到2020年我國的光伏發電的裝機容量將會達到25GW。2003年，為了用太陽能和小型風力發電來解決西部7省區780個無電鄉的用電問題，國家啟動了《西部省區無電鄉通電計劃》。通過這個項目，大大促進了我國太陽能發電產業的發展。目前，我國已經建起了數條太陽能電池的生產線，擁有生產能力的公司數量與日俱增，這就使得太陽能電池的年生產量迅速增加。據有關部門預測，到2020年我國光伏市場需求量將達到200MW[10]。

　　三、太陽能電池的發展前景

　　目前，太陽能電池的應用領域比較廣，已經遍及軍事和航天領域，甚至深入到與生活息息相關的行業。例如工業、商業和農業等部門，尤其在一些偏遠的山區和地形比較復雜的地區使用太陽能發電可以節約高昂的輸電線路費用。但是，目前太陽能電池技術不是很完善，生產和使用成本比較高，大規模使用還難以在短時間內實現。市場上比較成熟的太陽能電池大多采用單晶硅生產，其占據著極大的市場份額。但是目前，單晶硅電池生產制作成本巨大，消耗的能源極大，甚至其生產所消耗的能量大于其捕獲的太陽能。

　　因此，許多的學者和機構認為至少目前單晶硅電池生產毫無價值，這種狀況可能會在10～20年后改變[11]。另外，單晶硅通過還原石英砂，之后將其融化、拉單晶制作而成，生產過程不僅消耗過大，而且對環境造成很大的破壞。據有關部門統計，2010年我國的光伏電池產量約占全球的56%，光伏產業總規模連續多年占據世界首位。

　　四、結語

　　第一，盡管在目前用稀有元素制備的太陽能電池轉換效率最高，但成本過于昂貴，使用范圍也極為有限。由于多晶硅和非晶硅薄膜電池的成本低，轉化效率較高，因此這兩種是今后太陽能電池發展的主要方向。未來隨著技術的成熟，這2種產品將會成為市場的主導產品。

　　第二，提高太陽能的使用范圍，僅靠政府支持還不夠，畢竟市場是生產的第一動力，所以在太陽能電池的研發方面應該集中從降低生產成本來做文章。通常情況下，企業會用高質量的硅片去制造高轉換效率的太陽能電池，這也就導致了硅太陽能電池成本的居高不下。要積極研究采用新型技術制取硅條帶，降低制造成本，這樣可以達到降低硅太陽能電池成本的目的。

　　第三，必須要繼續開發新的太陽能電池材料，利用現有的材料結合新型的工藝，研制出成本低廉、易于生產的材料，只有這樣才可以充實太陽能電池的原料體系，降低生產成本，擴大其使用范圍。