太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生动力。也是清洁动力，不发生任何的环境污染。在太阳能的有用运用傍边，大阳能光电运用是近些年来开展最快，最具生机的研讨范畴，是其间最受注目的项目之一。

　　太阳能是一种辐射能，它有必要凭借予能量转化器才干改换成为电能。这个把太阳能（或其他光能）改换成电能的能量转化器，就叫做太阳能电池。

　　太阳能电池的作业原理根底是半导体p-n结的“光生伏打”效应。所谓光生伏打效应，简略地说，便是当物体遭到光照时，其体内的电荷分布状况发生变化而发生电动势和电流的一种效应。

　　当太阳光或其他光照耀半导体的PN结时，发生电子--空穴对，在半导体内部P-N结邻近生成的载流子没有被复合而抵达空间电荷区，受内部电场的招引，电子流入n区，空穴流入p区，效果使n区贮存了过剩的电子，p区有过剩的空穴。它们在p-n结邻近构成与势垒方向相反的光生电场。

　　光生电场除了部分抵消势垒电场的效果外，还使p区带正电，n区带负电，在n区和p区之间的薄层就发生电动势，这便是光生伏特效应。当把能量加到纯硅中时（比方以热的办法），它会导致几个电子脱离其共价键并脱离原子。

　　每有一个电子脱离，就会留下一个空穴。然后，这些电子会在晶格周围四处游荡，寻觅另一个空穴来安身。这些电子被称为自在载流子，它们能够运载电流。

　　这个电场适当于一个二极管，答应（乃至推进）电子从p侧流向n侧，而不是相反。当光以光子的办法碰击太阳能电池时，其能量会使电子空穴对开释出来。每个带着满意能量的光子通常会正好开释一个电子，然后发生一个自在的空穴。

　　假如这发生在离电场满意近的方位，或许自在电子和自在空穴正好在它的影响规划之内，则电场会将电子送到N侧，将空穴送到P侧。这会导致电中性进一步被损坏，假如咱们供给一个外部电流通路，则电子会通过该通路，流向它们的原始侧（P侧），在那里与电场发送的空穴兼并，并在活动的过程中做功。然后构成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中构成电势差，这就构成了电源。

　　由于半导体不是电的良导体，电子在通过p－n结后假如在半导体中活动，电阻十分大，损耗也就十分大。但假如在上层悉数涂上金属，阳光就不能通过，电流就不能发生，因而一般用金属网格掩盖p－n结（如图梳状电极），以添参加射光的面积。

　　别的硅外表十分亮光，会反射掉许多的太阳光，不能被电池运用。为此，科学家们给它涂上了一层反射系数十分小的保护膜，将反射丢失减小到5％乃至更小。一个电池所能供给的电流和电压究竟有限，所以人们又将许多电池并联或串联起来运用，构成太阳能光电板。

　　太阳能电池发电是依据特定资料的光电性质制成的。黑体（如太阳）辐射出不同波长（对应于不同频率）的电磁波，如红外线、紫外线、可见光等等。当这些射线照耀在不同导体或半导体上，光子与导体或半导体中的自在电子效果发生电流。

　　射线的波长越短，频率越高，所具有的能量就越高，例如紫外线所具有的能量要远远高于红外线。可是并非一切波长的射线的能量都能转化为电能，值得注意的是光电效应于射线的强度巨细无关，只要频率抵达或逾越可发生光电效应的阈值时，电流才干发生。

　　太阳电池发电是一种可再生的环保发电办法，发电过程中不会发生二氧化碳等温室气体，不会对环境构成污染。

　　太阳能电池按形状可分为刚性太阳能电池和柔性太阳能电池；按结晶状况可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形；按资料可分为硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机膜形；依据所用资料的不同，还可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层润饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池。其间硅太阳能电池是现在开展最老练的，在运用中居主导地位。

　　硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。

　　单晶硅太阳能电池的结构首要包含正面梳状电极、减反射膜、N型层、PN结、P型层、反面电极等。单晶硅太阳能电池广泛用于空间和地上，这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为质料。将单晶硅棒切成片，通过一系列的半导体工艺构成PN结。

　　然后选用丝网印刷法做成栅线，通过烧结工艺制成背电极，单晶硅太阳能电池的单体片就制成了。单体片即可按所需求的标准用串联和并联的办法组装成太阳能电池组件(太阳能电池板)，构成必定的输出电压和电流。最终用结构进行封装，将太阳能电池组件组成各种巨细不同的太阳能电池阵列。

　　硅系列太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转化功率最高，技能也最为老练。高功能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅资料和相关的成热的加工处理工艺根底上的。

　　现在单晶硅的电地工艺己近老练，在电池制作中，一般都选用外表织构化、发射区钝化、分区掺杂等技能，开发的电池首要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。

　　进步转化功率首要是靠单晶硅外表微结构处理和分区掺杂工艺。现在单晶硅太阳能电池的光电转化功率为15%左右，实验室效果也有20%以上的。

　　单晶硅太阳能电池转化功率无疑是最高的，在大规划运用和工业出产中仍占有主导地位，尽管其转化功率高，可是制作单晶硅太阳能电池需求许多的高纯度硅资料，且工艺杂乱，电耗很大池工艺影响，且太阳能电池组件平面运用率低，致使单晶硅本钱价格居高不下。要想大幅度下降其本钱是十分困难的。

　　为了节省高质量资料，寻觅单晶硅电池的代替产品，现在开展了薄膜太阳能电池，其间多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池便是典型代表。

　　多晶硅薄膜太阳电池是将多晶硅薄膜生长在低本钱的衬底资料上，用相对薄的晶体硅层作为太阳电池的激活层，不只坚持了晶体硅太阳电池的高功能和安稳性，并且资料的用量大幅度下降，明显地下降了电池本钱。多晶硅薄膜太阳电池的作业原理与其它太阳电池相同，是依据太阳光与半导体资料的效果而构成光伏效应。

　　多晶硅太阳能电池芯片是具有光电效应的半导体器材，半导体的PN结被光照后发生电流，当光直射太阳能电池芯片，其间一部分被反射，一部分被吸收。一部分透过电池芯片、被吸收的光激起被捆绑的高能级状况下的电子，使之成为自在电子，这些自在电子在晶体内向各方向移动，余下空穴（电子曾经的方位）。空穴也环绕晶体飘移，自在电子（－）在N结集合，空穴（＋）在P结集合，当外部环路被闭合，电流发生。

　　太阳能电池运用的多晶硅资料多半是含有许多单晶颗粒的集合体，或用废次单晶硅料和冶金级硅资料熔化，然后注入石墨铸模中，即得多晶硅锭。这种硅锭铸成立方体，以便切片加工成方形电池片。

　　多晶硅太阳能电池板的制作工艺与单晶硅太阳能电池板差不多，其光电转化功率约12%左右，稍低于单晶硅太阳能电池，可是资料制作简洁，节省电耗，总的出产本钱较低，因而得到许多开展。

　　3、高品质的银和银铝浆料，保证杰出的导电性、牢靠的附着力和很好的电极可焊性。

　　非晶硅太阳能电池由通明氧化物薄膜(TCO)层、非晶硅薄膜P-I-N层(I层为本征吸收层)、背电极金属薄膜层组成，基底能够是铝合金、不锈钢、特种塑料等。它与单晶硅和多晶硅太阳能电池的制作办法彻底不同，硅资料耗费很少，电耗更低。

　　制作办法有多种，最常见的是用辉光放电法得到N型或P型的非晶硅膜。衬底资料一般用玻璃或不锈钢板。非晶硅太阳能电池很薄，能够制成叠层式，或选用集成电路的办法制作，可一次制作多个串联电池，以取得较高的电压。

　　非晶态硅，其原子结构不像晶体硅那样摆放得有规矩，而是一种不定形晶体结构的半导体。非晶硅归于直接带系资料，对阳光吸收系数高，只需求1ùm厚的薄膜就能够吸收80%的阳光。

　　非晶硅薄膜太阳能电池的本钱低，便于大规划出产。由于硅质料缺乏和价格上涨，促进了高效运用硅的技能和非晶硅薄膜系太阳能电池的开发。非晶硅薄膜电池低价的本钱弥补了其在光电转化功率上的缺乏，未来将在光伏发电上占有越来越重要的方位。

　　可是由于非晶硅缺陷较多，制备的太阳能电池功率偏低，且其功率还会跟着光照衰减，导致非晶硅薄膜太阳能电池的运用遭到约束。

　　现在非晶硅薄膜电池研讨的首要方向是与微晶硅结合，生成非晶硅/晶硅异质结太阳能电池，这种电池不只承继了非晶硅电池的长处，并且能够推迟非晶硅电池的功率随光照衰减的速度，现在单纯非晶硅薄膜电池的最高转化功率为17.4%。

　　非晶硅薄膜太阳能电池与晶体硅太阳能电池比较，具有重量轻、工艺简略、本钱低、耗能少和便于大规划出产等长处，因而遭到人们注重，并得到敏捷的开展。非晶硅薄膜太阳能电池首要完成商品化，也是现在工业规划最大的薄膜电池。

　　尽管非晶硅薄膜太阳能电池得到了广泛的研讨和运用。可是，仍然存在着许多问题需求去处理：

　　1、y光学禁带宽度为1.7 eV，使得资料自身对太阳辐射光谱的长波区域吸收不灵敏，约束了其光电转化功率;

　　2、光电转化功率跟着光照时刻的增加而虚弱，即所谓的光致阑珊（S W）效应，使得电池功能不安稳;

　　3、制备过程中，非晶硅的堆积速率较低，影响了非晶硅薄膜太阳能电池的商业化出产;

　　5、在薄膜堆积过程中存在许多的负面杂质，如Oz，Nz和C等，影响薄膜的质量和电池的安稳性。

　　多元化合物薄膜太阳能电池资料为无机盐，其首要包含砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的功率较非晶硅薄膜太阳能电池功率高，本钱较单晶硅电池低，并且也易于大规划出产，但由于镉有剧毒，会对环境构成严峻的污染。

　　因而，并不是晶体硅太阳能电池最抱负的代替产品。砷化镓（GaAs）III-V化合物电池的转化功率可达28%，GaAs化合物资料具有十分抱负的光学带隙以及较高的吸收功率，抗辐照才能强，对热不灵敏，合适于制作高效单结电池。可是GaAs资料的价格不菲，因而在很大程度上约束了用GaAs电池的遍及。

　　CIS铜铟硒薄膜电池（简称CIS）合适光电转化，不存在光致阑珊问题，转化功率和多晶硅相同。具有价格低价、功能杰出和工艺简略等长处，将成为往后开展太阳能电池的一个重要方向。仅有的问题是资料的来历，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因而，这类电池的开展又必定遭到约束。

　　在太阳能电池中以聚合物代替无机资料是刚刚开端的一个太阳能电池制爸的研讨方向。其原理是运用不同氧化复原型聚合物的不同氧化复原电势，在导电资料（电极）外表进行多层复合，制成类似无机P－N结的单向导电设备。

　　其间一个电极的内层由复原电位较低的聚合物润饰，外层聚合物的复原电位较高，电子搬运方向只能由内层向外层搬运；另一个电极的润饰正好相反，并且第一个电极上两种聚合物的复原电位均高于后者的两种聚合物的复原电位。

　　当两个润饰电极放入含有光敏化剂的电解波中时．光敏化剂吸光后发生的电子搬运到复原电位较低的电极上，复原电位较低电极上堆集的电子不能向外层聚合物搬运，只能通过外电路通过复原电位较高的电极回到电解液，因而外电路中有光电流发生。

　　由于有机资料柔性好，制作简略，资料来历广泛，本钱底等优势，然后对大规划运用太阳能，供给廉价电能具有重要含义。但以有机资料制备太阳能电池的研讨只是刚开端，不论是运用寿数，仍是电池功率都不能和无机资料特别是硅电池比较。能否开展成为具有有用含义的产品，还有待于进一步研讨探究

　　在太阳能电池中硅系太阳能电池无疑是开展最老练的，但由于本钱居高不下，远不能满意大规划推广运用的要求。为此，人们一向不断在工艺、新资料、电池薄膜化等方面进行探究，而这傍边新近开展的纳米TiO2晶体化学能太阳能电池遭到国内外科学家的注重。

　　纳米晶化学太阳能电池（简称NPC电池）是由一种在禁带半导体资料润饰、组装到另一种大能隙半导体资料上构成的，窄禁带半导体资料选用过渡金属Ru以及Os等的有机化合物敏化染料，大能隙半导体资料为纳米多晶TiO2并制成电极，此外NPC电池还选用恰当的氧化一复原电解质。

　　纳米晶TiO2作业原理：染料分子吸收太阳光能跃迁到激起态，激起态不安稳，电子快速注入到紧邻的TiO2导带，染猜中失掉的电子则很快从电解质中得到补偿，进入TiO2导带中的电于终究进入导电膜,然后通过外回路发生光电流。

　　纳米晶TiO2太阳能电池的长处在于它廉价的本钱和简略的工艺及安稳的功能。其光电功率安稳在10％以上，制作本钱仅为硅太阳电池的1/5－1/10．寿数能抵达2O年以上。

　　2015年，日本、我国和瑞士研讨人员凭借薄膜掺杂技能，制作出一种面积为1平方厘米的钙钛矿太阳能电池，其公证功率为15％，研讨人员给钙钛矿电池的无机界面层氧化镍薄膜重掺杂锂与镁，将其导电性进步了10倍左右。

　　钙钛矿型太阳能电池，是运用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光资料的太阳能电池，便是将染料敏化太阳能电池中的染料作了相应的替换。

　　钙钛矿太阳能电池由上到下别离为玻璃、FTO、电子传输层（ETM）、钙钛矿光敏层、空穴传输层（HTM）和金属电极。

　　其间，电子传输层一般为细密的TiO2纳米颗粒，以阻挠钙钛矿层的载流子与FTO中的载流子复合。通过调控TiO2的描摹、元素掺杂或运用其它的n型半导体资料如ZnO等手法来改进该层的导电才能，以进步电池的功能。

　　在承受太阳光照耀时，钙钛矿层首要吸收光子发生电子-空穴对。由于钙钛矿材激子捆绑能的差异，这些载流子或许成为自在载流子，或许构成激子。并且，由于这些钙钛矿资料往往具有较低的载流子复合几率和较高的载流子迁移率，所以载流子的扩散距离和寿数较长。这便是钙钛矿太阳能电池优异功能的来历。

　　然后，这些未复合的电子和空穴别离别电子传输层和空穴传输层搜集，即电子从钙钛矿层传输到TiO2等电子传输层，最终被FTO搜集；空穴从钙钛矿层传输到空穴传输层，最终被金属电极搜集。

　　当然，这些过程中总难免伴跟着一些使载流子的丢失，如电子传输层的电子与钙钛矿层空穴的可逆复合、电子传输层的电子与空穴传输层的空穴的复合（钙钛矿层不细密的状况）、钙钛矿层的电子与空穴传输层的空穴的复合。要进步电池的全体功能，这些载流子的丢失应该降到最低。最终，通过衔接FTO和金属电极的电路而发生光电流。

　　薄膜太阳能电池便是依据其厚度特征界说出来的。硅晶太阳能电池有350微米左右厚的吸光层，可是薄膜太阳能电池的吸光层只要1微米厚。

　　薄膜太阳能电池的出产者们开端削减吸光资料的层数，比方基体上的半导体、涂层玻璃等。用作半导体的资料不需求很厚，由于它们吸收太阳能十分高效。所以，薄膜太阳能电池轻质、经用、简略。

　　依据所用半导体的类型，薄膜太阳能电池首要有以下三类：非晶硅、碲化镉和铜铟镓硒。

　　非晶硅是传统硅晶太阳能电池的改进版，它们被广泛运用于太阳能电子器材中，可对错晶硅也存在着一些缺陷和缺乏。

　　非晶硅太阳能电池最大的问题之一便是其半导体所用的资料，硅在市场上并不简略找到，往往是供小于求；而非晶硅的功率又不够高。因而，这种电池正阅历着明显的衰败。

　　更薄的非晶硅电池战胜了这一缺陷，可是厚度减小后的电池吸收光能的功率更低了。非晶硅电池适用于小尺度器材，比方说计算器，但不适用于大尺度器材，比方靠太阳能供电的建筑物。

　　无硅薄膜光电技能的杰出开展开端战胜非晶硅存在的问题，如碲化镉电池和铜铟镓硒电池。

　　薄膜太阳能电池背面的根底科学知识与传统的硅晶电池仍是相同的。光电转化电池需求依赖于半导体。半导体以纯物质存在时是绝缘体，可是被加热或和其他资料结合时便能够导电。当半导体资料被混合或掺杂磷后，就有了额定的自在电子，这便是咱们所熟知的N型半导体。当半导体以其他资料掺杂（如硼），就有了额定的空位能够接纳电子，这便是P型半导体。

　　薄膜太阳能电池通过一层膜将N型半导体和P型半导体衔接起来，这便是衔接面。即便在没有光的状况下，少数的电子能够从N型半导体穿过衔接面抵达P型半导体，发生一个小电压。在有光的条件下，光子能够击出许多的电子，这些电子流过衔接面构成电流。

　　传统的太阳能电池在P型半导体和N型半导体中参加硅，而最新一代的薄膜太阳能电池运用碲化镉或铜铟镓硒薄层代替硅。以纳米粒子的办法存在，铜铟镓硒四种元素在均匀分配体系中进行自安装，以保证这四种元素的份额永远是正确的。

　　铜铟镓硒太阳能电池有两种根本的外形。玻璃态的电池需求用钼制作正电极，可是在箔条状电池中不需求钼薄层，由于箔条能够作为电极。氧化锌薄膜在铜铟镓硒电池中扮演另一电极的人物。在正负电极之间刺进的是半导体资料和硫化镉，这两个薄层扮演了N型半导体和P型半导体的人物，用于传到电极之间发生的电流。

　　碲化镉电池和铜铟镓硒电池有着类似的结构。它的一个电极由一层渗了铜的碳胶制成，另以电极由氧化锡或锡酸镉制成。所用的半导体是碲化镉，和硫化镉一同扮演了N型半导体和P型半导体的人物。

　　薄膜太阳能电池是最富出路的下一代太阳能电池技能,它节省了硅质料的运用和硅片制作工艺｡与现在常见的硅片太阳能电池比较,硅薄膜太阳能电池用硅量仅为前者的1%左右,可使每瓦太阳能电池本钱从2.5美元降至1.2美元｡此外,这种高科技新产品可与建筑物房顶､墙体资料如玻璃幕墙融为一体,既可并网发电又能节省建筑资料､美化环境｡

　　第三代聚光太阳能(CPV)发电办法,正逐渐成为太阳能范畴的焦点｡光伏发电阅历了第一代晶硅电池和第二代薄膜电池,现在工业化进程正逐渐转向高效的CPV体系发电｡

　　与前两代电池比较,CPV选用多结的III-V族化合物电池,具有大光谱吸收､高转化功率等长处。并且所需的电池面积不大,以相对廉价的聚光器材代替贵重的半导体资料,在大规划运用于发电时可有用下降本钱､下降出产能耗｡

　　太阳能作为一种耐久､遍及､巨大的动力,能够说是取之不尽用之不竭｡比较于其他动力,太阳能的运用是洁净､无污染的,运用太阳能不会对生态环境构成污染｡当人类面对动力与环境危机时,火急的需求找到一种清洁,高效且相对足够的动力局势来满意社会经济的开展,而太阳能则是最好的挑选之一｡

　　现在太阳能的开发办法首要为太阳能电池的局势,通过短短几十年的开展,太阳能电池已具有适当老练的技能并运用于人们生发日子的方方面面｡信任,跟着技能水平的不断进步,太阳能电池会得到更大的开展,谋福于人类社会｡

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