淺述光伏電池的研究發(fā)展趨勢

摘 要:隨著石油、煤炭一次能源的消耗，儲(chǔ)藏量逐年減少，二次能源和清潔能源的發(fā)展成為了必然要求。在這種形勢下，太陽能作為一種取之不竭的清潔能源得到了廣泛的應(yīng)用。目前主流的太陽能發(fā)電技術(shù)，稱之為太陽能光伏發(fā)電，其主要由太陽能電池和光伏系統(tǒng)組成，光伏電池成為了太陽能發(fā)電的主要工具和載體。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，光伏電池產(chǎn)業(yè)也實(shí)現(xiàn)了快速增長。目前的光伏電池已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了整體性能的提升，也從第一代產(chǎn)品發(fā)展到了第三代。本文簡單敘述了光伏電池的研究現(xiàn)狀，以及光伏電池的整體發(fā)展過程和發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞:太陽能 光伏電池 發(fā)展趨勢

中圖分類號:TM61文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2012)08(a)-0035-011 光伏電池的研究現(xiàn)狀

目前對于光伏電池的研究重點(diǎn)主要體現(xiàn)在如何提高光伏電池的效率和降低成本上。隨著光伏電池的快速應(yīng)用和發(fā)展，各國都看到了光伏電池所帶來的巨大商機(jī)，都紛紛成立了專門的研究機(jī)構(gòu)對光伏電池進(jìn)行研究和開發(fā)。

當(dāng)前的光伏電池的研究主要從材料、結(jié)構(gòu)和工藝方面進(jìn)行研究和突破。

1.1 在光伏電池材料方面的研究

目前光伏電池所選用的材料為光敏材料，為了提高光伏電池的發(fā)電效率，現(xiàn)在光伏電池所選用的材料向半導(dǎo)體復(fù)合材料方向轉(zhuǎn)變。目前應(yīng)用較多的光伏電池材料為多孔二氧化鈦高合成薄膜，此外，還有新型的合金材料以及多種復(fù)合材料。采用這些新材料之后，光伏電池的發(fā)電效率得到較大幅度的提高。隨著新材料技術(shù)的發(fā)展，光伏電池在材料方面的研究會(huì)取得更大的突破。

1.2 在光伏電池結(jié)構(gòu)方面的研究

為了達(dá)到提高光伏電池的發(fā)電效率和降低成本的目的，需要對光伏電池的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和重組。目前對于光伏電池的結(jié)構(gòu)研究已經(jīng)從簡單的結(jié)構(gòu)形式拓展到了多種結(jié)構(gòu)。并且結(jié)構(gòu)形式的變化與新材料的選用相結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了互相促進(jìn)互相補(bǔ)充。目前光伏電池的最新結(jié)構(gòu)是將薄膜通過電鍍的方式鍍在光伏電池底部，增加接收光的有效面積。由此可見，光伏電池的結(jié)構(gòu)研究已經(jīng)和材料研究相互融合在了一起。

1.3 在光伏電池工藝方面的研究

目前針對光伏電池的工藝研究，主要的側(cè)重方面依然是如何提高光伏電池的效率，同時(shí)兼顧光伏電池的生產(chǎn)制造成本。在這兩個(gè)大前提下，光伏電池的工藝研究注重實(shí)用性和低成本性。所以對于光伏電池工藝的研究，目前美國的公司做的比較出色，他們不但解決了光伏電池使用效率這一難題，而且將光伏電池的生產(chǎn)效率大幅提高，引領(lǐng)了世界光伏電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2 光伏電池的整體發(fā)展過程和發(fā)展趨勢

光伏電池的發(fā)展按照產(chǎn)品等級分類，主要經(jīng)歷了三個(gè)階段，即:單晶硅和多晶硅光伏電池、非晶硅薄膜和多晶硅薄膜光伏電池、高性能光伏電池。

2.1 單晶硅和多晶硅光伏電池發(fā)展階段

單晶硅是光伏電池發(fā)展的第一階段，單晶硅光伏電池的誕生，具有劃時(shí)代的意義。單晶硅的誕生標(biāo)志著人類開始對太陽能實(shí)現(xiàn)了初步的利用。這個(gè)時(shí)代我們稱之為單晶硅時(shí)代。單晶硅的原材料主要來自半導(dǎo)體中的配件，單晶硅光伏電池的優(yōu)點(diǎn)突出。但是受自身的局限，無法實(shí)現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)化率。所以，單晶硅光伏電池經(jīng)歷過短暫的發(fā)展之后，朝著多晶硅光伏電池方向發(fā)展。

多晶硅光伏電池與單晶硅光伏電池相比，具有較高的轉(zhuǎn)化率。并且多晶硅比單晶硅的制造成本更低，能夠較好的提高光伏電池的性價(jià)比，所以，單晶硅光伏電池必然朝著多晶硅光伏電池的方向發(fā)展。此外，多晶硅光伏電池的原材料較單晶硅更容易獲得，并且原材料的加工成本也比較低。這都從客觀上促進(jìn)了多晶硅光伏電池的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了單晶硅光伏電池向多晶硅光伏電池的過渡。

2.2 非晶硅薄膜和多晶硅薄膜光伏電池發(fā)展階段

非晶硅與單晶硅結(jié)構(gòu)不同，相比單晶硅規(guī)則的排列順序，非晶硅的排列順序沒有規(guī)則可言，但是非晶硅可以獲得更多的太陽光。在這一點(diǎn)上，是單晶硅所無法比擬的。正是因?yàn)檫@一點(diǎn)，非晶硅得到了充分的利用。隨著材料技術(shù)的進(jìn)步，非晶硅材料與薄膜技術(shù)相結(jié)合，誕生了非晶硅薄膜光伏電池。這種電池以穩(wěn)定的性能和較高的轉(zhuǎn)化率，得到了迅速的應(yīng)用。

多晶硅薄膜光伏電池是近些年研發(fā)的技術(shù)，從原理上分析來看，多晶硅與薄膜技術(shù)的結(jié)合存在較大難度，并且二者結(jié)合之后所能產(chǎn)生的效果并不樂觀。但是隨著新材料技術(shù)的發(fā)展以及多晶硅和薄膜周邊技術(shù)的突破，多晶硅與薄膜技術(shù)的結(jié)合成為了可能，并且逐漸發(fā)展成了多晶硅薄膜光伏電池產(chǎn)品。多晶硅薄膜光伏電池在實(shí)際的運(yùn)用中效果良好，目前占有一定的市場份額。

2.3 高性能光伏電池發(fā)展階段

為了適應(yīng)目前太陽能發(fā)電對光伏電池性能的要求，研發(fā)高性能光伏電池已經(jīng)成為了必然。雖然高性能光伏電池是從單晶硅和多晶硅光伏電池、非晶硅薄膜和多晶硅薄膜光伏電池發(fā)展而來的，但是在原理上卻存在較大的不同，主要體現(xiàn)在:高性能光伏電池應(yīng)用了能量損失定律，實(shí)現(xiàn)了對原有光伏電池能量極限的突破，極大的提高了光伏電池的性能，使光伏電池的太陽光吸收率和發(fā)電效率都得到全面提高。目前研究高性能光伏電池已經(jīng)成為了光伏電池的主要發(fā)展方向，許多國家的主要太陽能科研機(jī)構(gòu)都投入了大量的人力物力對高性能光伏電池進(jìn)行研究和開發(fā)。對于高性能光伏電池的研究，目前已經(jīng)得出了一些研究成果，并開始批量生產(chǎn)和試制。由此我們可以斷定，高性能光伏電池在未來會(huì)成為主要光伏電池的發(fā)展類型，必將取代現(xiàn)有光伏電池，成為光伏電池的主要發(fā)展形式。

3 光伏電池研究的重要意義

目前對于光伏電池的分類主要分為三個(gè)階段，即:單晶硅和多晶硅光伏電池階段、非晶硅薄膜和多晶硅薄膜光伏電池階段和高性能光伏電池階段。對這三個(gè)階段進(jìn)行分析，可以清楚的看到光伏電池研究所取得的成果，以及光伏電池研究的發(fā)展方向。通過分析我們可以知道，光伏電池正朝著高性能方向發(fā)展，光伏電池產(chǎn)業(yè)日益成為太陽能領(lǐng)域的重要支柱。因此，對光伏電池必須要進(jìn)行深入的研究，要對光伏電池的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行突破。

相對于石油能源和煤炭能源，太陽能的發(fā)展方興未艾，未來的發(fā)展前景十分光明。由此可以得出結(jié)論，太陽能必將取代石油能源和煤炭能源。在目前的研究中，將太陽能光伏發(fā)電劃分為獨(dú)立的光伏電池和光伏系統(tǒng)兩個(gè)主要部分，其中光伏電池屬于主要的部件，只有光伏電池的研究取得了發(fā)展和突破，才能促進(jìn)太陽能技術(shù)的整體發(fā)展，所以，對光伏電池的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。除此之外，光伏電池的研究，還可以提升太陽能技術(shù)整體的技術(shù)含量，使太陽能技術(shù)得到迅速提高，推動(dòng)太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

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