太陽電池

　　太陽電池工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體PN結(jié)的光生伏打效應(yīng)。所謂光生伏打效應(yīng)就是當(dāng)物體受到光照時，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應(yīng)。太陽光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對，在p-n結(jié)電場的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽電池的工作原理。

　　太陽能作為一種新能源，它與常規(guī)能源相比有三大特點：

　　第一、它是人類可以利用的最豐富的能源，足以供地球人類使用幾十億年；

　　第二、地球上，無論何處都有太陽能，可以就地開發(fā)利用，不存在運輸問題，尤其對交通不發(fā)達(dá)的農(nóng)村、海島和邊遠(yuǎn)地區(qū)更有利用價值；

　　第三、太陽能是一種潔凈的能源。在開發(fā)和利用時，不會發(fā)生廢渣、廢水、廢氣，也沒有噪音，更不會影響生態(tài)平衡，絕對不會造成污染與公害。

　　根據(jù)所用材料的不同，太陽電池可分為：

　?。?）、硅太陽電池；

　　（2）、多元化合物薄膜太陽能電池；

　?。?）、有機化合物太陽能電池；

　?。?）、敏化納米晶太陽能電池；

　?。?）、聚合物多層修飾電極型太陽能電池。

1、硅太陽電池

　　硅太陽電池可分為單晶硅太陽電池、多晶硅太陽電池和非晶硅薄膜太陽電池。
　　單晶硅太陽能電池，是以高純的單晶硅棒為原料的太陽能電池，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。
　　多晶硅薄膜太陽電池是將多晶硅薄膜生長在低成本的襯底材料上，用相對薄的晶體硅層作為太陽電池的激活層，不僅保持了晶體硅太陽電池的高性能和穩(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。多晶硅薄膜太陽電池的工作原理與其它太陽電池一樣， 是基于太陽光與半導(dǎo)體材料的作用而形成光伏效應(yīng)。
　　非晶硅薄膜太陽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。

2、多元化合物薄膜太陽能電池

　　多元化合物薄膜太陽能電池材料為無機鹽，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，會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，因此，并不是晶體硅太陽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，對熱不敏感，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（簡稱CIS）適合光電轉(zhuǎn)換，不存在光致衰退效應(yīng)的問題，轉(zhuǎn)換效率和多晶硅一樣。具有價格低廉、性能良好和工藝簡單等優(yōu)點，將成為今后發(fā)展太能電池的一個重要方向。唯一的問題是材料的來源，由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類電池的發(fā)展又必然受到限制。

3、有機化合物太陽能電池

　　有機太陽能電池以有光敏性質(zhì)的有機物作為半導(dǎo)體材料，以光伏效應(yīng)而產(chǎn)生電壓形成電流。有機太陽能電池按照半導(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)，有機太陽能電池的成本平均只有硅太陽能電池的10%--20%；然而，目前市場上的有機太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率最高只有10%，這是制約其全面推廣的主要問題。因此，如何提高光電轉(zhuǎn)換率是今后應(yīng)該解決的重點問題。

4、敏化納米晶太陽能電池

　　染料敏化TiO2太陽電池實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能電池 。
　　納米晶TiO2太陽能電池的優(yōu)點在于它廉價的成本和簡單的工藝及穩(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電池的 1/5～1/10，壽命能達(dá)到20年以上。但此類電池的研究和開發(fā)剛剛起步，估計不久的將來會逐步走上市場。

5、聚合物多層修飾電極型太陽能電池

　　以有機聚合物代替無機材料是剛剛開始的一個太陽能電池制造的研究方向。由于有機材料柔性好，制作容易，材料來源廣泛，成本低等優(yōu)勢，從而對大規(guī)模利用太陽能，提供廉價電能具有重要意義。
　　以有機材料制備太陽能電池的研究僅僅剛開始，不論是使用壽命，還是電池效率都不能和無機材料特別是硅電池相比。能否發(fā)展為具有實用意義的產(chǎn)品，還有待于進(jìn)一步研究探索。