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(diǎn)：

　　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(yùn)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(jī)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(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(qiáng)，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(diǎn)，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(jī)化合物太陽能電池

　　有機(jī)太陽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(jī)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(diǎn)問題。

4、敏化納米晶太陽能電池

　　染料敏化TiO2太陽電池實(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(diǎn)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(jī)聚合物代替無機(jī)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(jī)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(jī)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(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。