太陽(yáng)能電池，也稱為光伏電池，是將太陽(yáng)光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的器件。由這種器件封裝成太陽(yáng)能電池組件，再按需要將一定數(shù)量的組件組合成一定功率的太陽(yáng)電池方陣，經(jīng)與儲(chǔ)能裝置、測(cè)量控制裝置及直流—交流變換裝置等相配套，即構(gòu)成太陽(yáng)電池發(fā)電系統(tǒng)，也稱為光伏發(fā)電系統(tǒng)。

太陽(yáng)能光伏發(fā)電最核心的器件是太陽(yáng)能電池。而太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷史已經(jīng)經(jīng)過(guò)了160多年的漫長(zhǎng)的發(fā)展歷史。從總的發(fā)展來(lái)看，基礎(chǔ)研究和技術(shù)進(jìn)步都起到了積極推進(jìn)的作用，至今為止，太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)和機(jī)理沒(méi)有發(fā)生改變。

1.按結(jié)構(gòu)分類(lèi)

同質(zhì)節(jié)太陽(yáng)能電池   異質(zhì)節(jié)太陽(yáng)能電池   肖特基太陽(yáng)能電池

2.按材料分類(lèi)

硅太陽(yáng)能電池  多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池  有機(jī)化合物太陽(yáng)能電池

敏化納米晶太陽(yáng)能電池  聚合物多層修飾電極型太陽(yáng)能電池

3.按工作方式分類(lèi)

平板太陽(yáng)能電池 聚光太陽(yáng)能電池 分光太陽(yáng)能電池

p第一代：?jiǎn)尉Ч韬投嗑Ч鑳煞N，大約占太陽(yáng)能電池產(chǎn)品市場(chǎng)的89.9％。第一代太陽(yáng)能電池基于硅晶片基礎(chǔ)之上，主要采用單晶體硅、多晶體硅為材料。其中，單晶硅電池轉(zhuǎn)換效率最高，可達(dá)到18－20％，但生產(chǎn)成本高。

p第二代：薄膜太陽(yáng)能電池，占太陽(yáng)能電池產(chǎn)品市場(chǎng)的9.9%，第二代太陽(yáng)能電池基于薄膜技術(shù)基礎(chǔ)之上，主要采用非晶硅及氧化物等為材料。效率比第一代低，最高的的轉(zhuǎn)化效率為13％，但生產(chǎn)成本最低。

p第三代：銅銦硒（CIS）等化合物薄膜太陽(yáng)能電池及薄膜Si系太陽(yáng)能電池。主要處于實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)狀態(tài)， 由于其的高效率，低成本而存在潛在龐大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。 

1.硅太陽(yáng)能電池可分為：

1）.單晶硅太陽(yáng)能電池

2）.多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池

3）.非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池

單晶硅太陽(yáng)能電池

單晶硅太陽(yáng)能電池，是以高純的單晶硅棒為原料的太陽(yáng)能電池，其轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。高性能單晶硅電池是建立在高質(zhì)量單晶硅材料和相關(guān)的熱加工處理工藝基礎(chǔ)上。

非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池

非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池所采用的硅為a-Si。其基本結(jié)構(gòu)不是pn結(jié)而是pin結(jié)。摻硼形成p區(qū)，摻磷形成n區(qū)，i為非雜質(zhì)或輕摻雜的本征層。

突出特點(diǎn)：

材料和制造工藝成本低。

制作工藝為低溫工藝（100-300℃），耗能較低。

易于形成大規(guī)模生產(chǎn)能力，生產(chǎn)可全流程自動(dòng)化。

品種多，用途廣。

存在問(wèn)題：光學(xué)帶隙為1.7eV→對(duì)長(zhǎng)波區(qū)域不敏感→轉(zhuǎn)換效率低

光致衰退效應(yīng)：光電效率隨著光照時(shí)間的延續(xù)而衰減

解決途徑：制備疊層太陽(yáng)能電池，即在制備的p-i-n單結(jié)太陽(yáng)能電池上再沉一個(gè)或多個(gè)p-i-n子電池制得。

生產(chǎn)方法：反應(yīng)濺射法、PECVD法、LPCVD法。

反應(yīng)氣體： H2稀釋的SiH4

襯底材料：玻璃、不銹鋼等

多晶硅太陽(yáng)能電池

多晶硅薄膜太陽(yáng)電池是將多晶硅薄膜生長(zhǎng)在低成本的襯底材料上，用相對(duì)薄的晶體硅層作為太陽(yáng)電池的激活層， 不僅保持了晶體硅太陽(yáng)電池的高性能和穩(wěn)定性， 而且材料的用量大幅度下降， 明顯地降低了電池成本。多晶硅薄膜太陽(yáng)電池的工作原理與其它太陽(yáng)電池一樣， 是基于太陽(yáng)光與半導(dǎo)體材料的作用而形成光伏效應(yīng)。

常用制備方法：

低壓化學(xué)氣相沉積法（LPCVD）

等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）

液相外延法（LPPE）

濺射沉積法

反應(yīng)氣體SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiH4

↓（一定保護(hù)氣氛下）

硅原子沉積在加熱的襯底上

（ 襯底材料為Si、SiO2、Si3N4等 ）

存在問(wèn)題：非硅襯底上很難形成較大的晶粒，容易在晶粒間形成空隙

解決方法：先用 LPCVD 在襯底上沉熾一層較薄的非晶硅層，再將這層非晶硅層退火，得到較大的晶粒，然后再在這層籽晶上沉積厚的多晶硅薄膜。

多晶硅薄膜電池由于所使用的硅較單晶硅少，又無(wú)效率衰退問(wèn)題，并且有可能在廉價(jià)襯底材料上制備，其成本遠(yuǎn)低于單晶硅電池，而效率高于非晶硅薄膜電池，因此，多晶硅薄膜電池不久將會(huì)在太陽(yáng)能電地市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。

2.多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池

多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池材料為無(wú)機(jī)鹽，其主要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、碲化鎘及銅銦硒薄膜電池等。

硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但由于鎘有劇毒，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，因此，并不是晶體硅太陽(yáng)能電池最理想的替代產(chǎn)品。

砷化鎵III-V化合物電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)28%，砷化鎵化合物材料具有十分理想的光學(xué)帶隙以及較高的吸收效率，抗輻照能力強(qiáng)，對(duì)熱不敏感，適合于制造高效單結(jié)電池。但是砷化鎵材料的價(jià)格不菲，因而在很大程度上限制了用砷化鎵電池的普及。

銅銦硒薄膜電池（簡(jiǎn)稱CIS）適合光電轉(zhuǎn)換，不存在光致衰退效應(yīng)的問(wèn)題，轉(zhuǎn)換效率和多晶硅一樣。具有價(jià)格低廉、性能良好和工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，將成為今后發(fā)展太能電池的一個(gè)重要方向。唯一的問(wèn)題是材料的來(lái)源，由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類(lèi)電池的發(fā)展又必然受到限制。

3.有機(jī)化合物太陽(yáng)能電池

有機(jī)太陽(yáng)能電池以有光敏性質(zhì)的有機(jī)物作為半導(dǎo)體材料，以光伏效應(yīng)而產(chǎn)生電壓形成電流。有機(jī)太陽(yáng)能電池按照半導(dǎo)體的材料可以分為單質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)、pn異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)和染料敏化納米晶結(jié)構(gòu)。

根據(jù)有關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)，有機(jī)太陽(yáng)能電池的成本平均只有硅太陽(yáng)能電池的10%--20%；然而，目前市場(chǎng)上的有機(jī)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率最高只有10%，這是制約其全面推廣的主要問(wèn)題。因此，如何提高光電轉(zhuǎn)換率是今后應(yīng)該解決的重點(diǎn)問(wèn)題。

4.敏化納米晶太陽(yáng)能電池

染料敏化TiO2太陽(yáng)電池實(shí)際上是一種光電化學(xué)電池。1991年，瑞士洛桑高等工業(yè)學(xué)院（EPFL）的 Michael Gr?tzel 教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組用廉價(jià)的寬帶隙氧化物半導(dǎo)體TiO2制備成納米晶薄膜，薄膜上吸附大量羧酸-聯(lián)吡啶Ru（II）的配合物的敏化染料，并選用含氧化還原電對(duì)的低揮發(fā)性鹽作為電解質(zhì)，研制成一種稱為染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池 。

納米晶TiO2 太陽(yáng)能電池的優(yōu)點(diǎn)在于它廉價(jià)的成本和簡(jiǎn)單的工藝及穩(wěn)定的性能。其光電效率穩(wěn)定在 10%以上，制作成本僅為硅太陽(yáng)電池的 1/5～1/10 ， 壽命能達(dá)到 20年以上。但此類(lèi)電池的研究和開(kāi)發(fā)剛剛起步，估計(jì)不久的將來(lái)會(huì)逐步走上市場(chǎng)。

基本原理：

染料分子吸收太陽(yáng)光能躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，電子快速注入到緊鄰的TiO2 導(dǎo)帶，染料中失去的電子則很快從電解質(zhì)中得到補(bǔ)償，進(jìn)入 TiO2 導(dǎo)帶中的電于最終進(jìn)入導(dǎo)電膜 ， 然后通過(guò)外回路產(chǎn)生光電流。

5.聚合物多層修飾電極型太陽(yáng)能電池

以有機(jī)聚合物代替無(wú)機(jī)材料是剛剛開(kāi)始的一個(gè)太陽(yáng)能電池制造的研究方向。由于有機(jī)材料柔性好，制作容易，材料來(lái)源廣泛，成本低等優(yōu)勢(shì)，從而對(duì)大規(guī)模利用太陽(yáng)能，提供廉價(jià)電能具有重要意義。

以有機(jī)材料制備太陽(yáng)能電池的研究?jī)H僅剛開(kāi)始，不論是使用壽命，還是電池效率都不能和無(wú)機(jī)材料特別是硅電池相比。能否發(fā)展為具有實(shí)用意義的產(chǎn)品，還有待于進(jìn)一步研究探索。