太陽能電池的研究現狀與進展

梁啟超，喬 芬，楊 健，姜言森，徐 謙，王 謙

(1.江蘇大學能源與動力工程學院，江蘇 鎮江 212013)(2.山東力諾光伏集團，山東 濟南 250103)(3.江蘇大學能源研究院，江蘇 鎮江 212013)

1 前 言

由于化石能源的日益枯竭，急需尋找替代能源來滿足社會發展需求。在此背景下進行可再生能源的開發和利用則顯得尤為重要。通常在評判可再生能源時所參考的依據為：一是要求能源來源廣泛且易于獲取；二是要有明顯的安全和技術保障。太陽能來源廣泛且發電技術與現有的電力技術完全兼容，同時又呈現很高的安全保障，與其他可再生能源相比在技術和安全應用領域呈現出巨大的潛力。從發現光生伏打效應起，人們就試圖利用一些半導體材料將太陽能轉化為電能。迄今為止，科學家們也發現了許多材料都能將太陽光能轉化為電能。美國可再生能源實驗室(NREL)[1]對各類太陽能電池的發展做了深入的探討和總結分析。

美國貝爾實驗室皮爾森發現單晶硅p-n結能產生電壓，從而開啟了結型太陽能電池的時代。隨著科技的進步，科學家們研發出許多種類的太陽能電池。Green教授[2]將太陽能電池發展劃分為三代。第一代是以單晶硅、多晶硅為代表的硅晶太陽能電池。以晶硅為材料的第一代太陽能電池技術已經發展成熟且應用最為廣泛。但由于單晶硅太陽能電池對原料要求過高以及多晶硅太陽能電池復雜的生產工藝等缺點，促使人們開始研發第二代薄膜太陽能電池，其中以碲化鎘(CdTe)、砷化鎵(GaAs)及銅銦鎵硒化合物(CIGS)為代表的太陽能電池開始成為研究熱點。與晶硅電池相比，薄膜太陽能電池所需材料較少且容易大面積生產，故在降低成本方面顯現優勢，其效率也在逐步提高。第三代則是基于高效、綠色環保和先進納米技術的新型太陽能電池，如染料敏化太陽能電池(DSSCs)、鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)和量子點太陽能電池(QDSCs)等。目前，各類太陽能電池都取得較大的發展，形成了以晶硅太陽能電池為基礎，薄膜太陽能電池為發展對象及以DSSCs、PSCs和QDSCs為前沿的太陽能電池發展格局。

2 第一類太陽能電池

2.1 單晶硅太陽能電池

從美國貝爾實驗室研發出第一塊實用型單晶硅太陽能電池以來，單晶硅是所有晶硅太陽能電池中制造工藝及技術最成熟和穩定性最高的一類太陽能電池。理論上，光伏響應材料的最佳禁帶寬度在1.4 eV左右，而單晶硅的禁帶寬度為1.12 eV，是已知自然界中存在的和最佳禁帶寬度最為接近的單質材料。單晶硅太陽能電池主要通過硅片的清洗和制絨、擴散制結、邊緣刻蝕、去磷硅玻璃、制備減反射膜、制作電極、燒結等工藝制備而成。經過多年的發展，單晶硅太陽能電池的制造工藝和效率都有了很大的改進和提升。早期Zhao等[3]利用鈍化發射極和背部點擴散(PERD)使單晶硅太陽能電池效率達到23.7%，之后課題組又在MCZ和FZ硅基底上制備的PERD結構硅太陽能電池效率分別達到24.5%和24.7%[4]。Masuko等[5]采用叉指背接觸與非晶硅層鈍化晶體硅的異質結技術降低了前柵電極、透明導電氧化層(TCO)以及非晶硅層的光損耗，使得太陽能電池的效率升至25.6%。2017年，Yoshikawa等[6]在此技術的基礎上，整合P+和N+異質觸點到背面，使得電池的受光面具有良好的光學和鈍化特性，最終制造的大面積硅太陽能電池(180 cm2)的效率達到26.3%，進一步縮小了與理論效率的差距。除了對稱和摻雜型單晶硅太陽能電池之外，研究人員還制備出無摻雜不對稱的硅太陽能電池，其效率也達到20%[7]。

單晶硅太陽能電池以其高效率和穩定性，在光伏行業占有統治地位，而且還會維持很長一段時間。但是由于硅電池所需硅材料的純度需達到99.9999%，造成單晶硅的價格居高不下，另外，復雜的制造工藝也導致其難以大范圍推廣使用。因此在后續的單晶硅太陽能電池發展歷程中，主要的方向應該是簡化其生產過程和所需硅材料的提純工藝以期降低單晶硅太陽能電池的生產成本，加快其普及化進程。

2.2 多晶硅太陽能電池

相比單晶硅太陽能電池，多晶硅太陽能電池對原材料的純度要求較低，原料來源也較廣泛，因此成本要比單晶硅太陽能電池低很多。多晶硅太陽能電池的制備方法也很廣泛，如西門子法、硅烷法、流化床法、鈉還原法、定向凝固法以及真空蒸發除雜法等，并可選用單晶硅處理技術，如腐蝕發射結、金屬吸雜、腐蝕絨面、表面和體鈍化、細化金屬柵電極等。Rohatgi等[8]采用雙層減反射膜技術制出效率為18.6%的多晶硅太陽能電池。Zhao等[9]通過處理多晶硅表面形成“蜂窩”狀紋理增強了陷光效果，使得多晶硅太陽能電池的效率達到19.8%。Schultz等[10]采用背面鈍化的濕法氧化來降低工藝溫度從而提高了載流子的壽命，使多晶硅電池的效率提升到20.3%。2016年，Sheng等[11]通過等離子體增強化學氣相沉積技術(PECVD)沉積Al2O3/SiNx鈍化層，并通過調整硅中硼和磷的摻雜分布減少了俄歇式復合，最終制備的PERD多晶硅太陽能電池的效率達到了21.98%。2017年，Schindler等[12]提出硼擴散前測發射極和全區域鈍化后接觸(TOPCon)的概念。通過改進晶體結構、電阻率以及圓晶厚度參數最大限度減少與材料有關的效率損失，使得n型多晶硅太陽能電池的效率達到了22.5%。

與單晶硅太陽能電池相比，多晶硅太陽能電池具有對原料要求低的優點，尤其是制造成本較低。但是它也有自身的缺點，如較多的晶格缺陷導致其轉換效率比單晶硅太陽能電池低。因此對于多晶硅太陽能電池，研究重點應該在于提高多晶硅生產工藝，減少多晶硅生產過程的缺陷以提高硅片原有的質量方面。此外還應該簡化多晶硅太陽能電池制造流程，進一步降低多晶硅太陽能電池的生產成本以便加快多晶硅太陽能電池的發展進程。

3 第二類太陽能電池

3.1 碲化鎘薄膜太陽能電池

CdTe是一種Eg為1.45 eV的化合物半導體，因其具有較高的光吸收能力且CdTe薄膜可大面積沉積制備使得CdTe成為應用前景較好的一類新型薄膜太陽能電池材料。但由于CdTe存在自補償效應，很難制備高電導率的同質結，所以實際的電池多為異質結薄膜電池。CdS與CdTe的晶格常數差異較小，是通常被應用在CdTe薄膜電池的最佳窗口材料。CdTe薄膜的制備方法主要有液相外延法(LPE)、近空間升華法、氣相傳輸沉積法、濺射法、電化學沉積法和噴涂熱分解法等。早期CNRS組[13]通過LPE制備CdTe p-n結使得CdTe薄膜太陽能電池效率達到8%。Cohensolal等[14]改用近空間升華法制備的CdTe薄膜電池效率超過了11%。2004年Wu[15]通過磁控濺射方法合成ZnSnOx(ZTO)代替Zn2SnO4作為緩沖層，通過優化器件結構使得CdTe薄膜太陽能電池的效率達到16.5%。2017年美國First Solar公司報道的CdTe薄膜太陽能電池效率達到21.5%[16]，之后NREL[1]報道的CdTe薄膜電池效率也達到22.1%。此外，Hossain等[17]在報告中提出采用高度摻雜的CdTe作為背電極，通過優化電池的厚度和背電極的摻雜濃度來減少復合損失，最終制得的2.7 μm厚的電池效率達到26.74%，而且還發現增加內吸收層GdTe的厚度可以提高電池的效率。這一發現為CdTe太陽能電池效率的進一步提升指明了方向。

CdTe薄膜太陽能電池的高效率使得它在光伏市場中占有一定的份額，而且CdTe薄膜太陽能電池可實現柔性化和透明化，更增加了其在汽車以及建筑行業的應用前景。然而Cd和Te都是有毒元素，在一定程度上限制了CdTe薄膜太陽能電池的推廣應用。因此，未來的研究重點應該是在提升效率的同時減少有毒元素的含量抑或是提升電池本身的穩定性，降低有毒元素泄露的風險。

3.2 砷化鎵薄膜太陽能電池

GaAs是一種直接帶隙(Eg=1.43 eV)的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料。GaAs薄膜太陽能電池的制備方法歷經擴散法、LPE、金屬有機化學氣相沉積技術(MOCVD)等。Jenny等[18]首次制備的GaAs薄膜太陽能電池效率達到6%。之后Gobata等[19]利用擴散法在電池結構中擴散1～3 μm鋅層使得電池的總電阻減小使得GaAs薄膜太陽能電池的效率達到11%。Woodall[20]利用LPE技術在GaAs表面生長一層寬禁帶Ga(1-x)AlxAs窗口層，降低了載流子表面復合率，使效率提升至16%。而Schmieder等[21]研究了在GaAs材料通過MOCVD沉積過程中溫度對性能的影響，得出提高生長溫度并以60 μm/s速度生長可以抑制材料的深度能級缺陷，最終制得的薄膜太陽能電池的效率達到了23.8%。此外，研究還發現減反射層對GaAs薄膜太陽能電池的性能也有很大的影響。Mattos等[22]通過優化電池疊層方式、減反射涂層和粘合劑，最大限度提升光吸收，使制得的電池的效率達到了23.5%。Ho等[23]使用TiO2/SiO2作為減反射層，極大地減少了電池在可見光范圍內的反射，制得的電池效率達到了25.54%。Bauhuis等[24]通過優化電池背面結構、低溫退火金屬接觸位點并結合改進后的有源層材料、柵格掩模和抗反射涂層，使GaAs薄膜太陽能電池的效率提升至26.1%。之后Kayes等[25]又將GaAs薄膜太陽能電池效率提升到了27.6%。目前，GaAs薄膜太陽能電池的實驗室效率已經達到28.8%[1]。

GaAs薄膜太陽能電池具有的轉化效率高、抗輻射和抗高溫性能良好、可制成異質襯底太陽能電池和多結太陽能電池等諸多優點，增加了GaAs太陽能電池在航天上的應用前景。但是GaAs薄膜電池的制作成本過于昂貴以及As有毒的特性限制了該類電池在民用領域的應用。因此，未來的研究重點應該是簡化電池的制造工藝以及尋找豐富且無毒的元素代替As元素，擴寬該類太陽能電池的應用空間。

3.3 銅銦鎵硒薄膜太陽能電池

CIGS薄膜太陽能電池是在銅銦硒薄膜(CIS)太陽能電池的基礎上用Ga元素取代部分銦(In)制成，CIGS薄膜太陽能電池的典型結構為TCO/ZnO/CdS/CIGS/背電極/基底。CIGS薄膜太陽能電池的制備主要方法有：濺射法、MOCVD、液相噴涂法、噴涂熱解、絲網印刷法和電沉積等。Ramanathan等[26]制備的ZnO/CdS/CIGS結構的CIGS薄膜太陽能電池的效率達到19.2%，之后其課題組又在此基礎上改變In和Ga的比例調整禁帶寬度將電池的效率提升到19.5%[27]。Granath等[28]提出在CIGS層中加入堿金屬元素Na有利于提高電池性能。2011年Jackson等[29]使用鈉鈣玻璃(SLG)作為電池的基底以便Na擴散到CIGS層使得效率提升至20.3%。2013年又在此基礎上利用后沉積技術(PDT)摻雜K元素使效率提升到20.4%[30]。2014年Jackson等[31]改進摻雜工藝使CIGS太陽能電池效率提升到20.8%。隨后通過優化PDT使CIGS薄膜太陽能電池的效率達到21.7%[32]。之后又利用PDT在吸收層中引入重堿金屬元素銣(Rb)和銫(Cs)代替Na和K使CTGS效率達到22.6%[33]。Rui等[34]在此基礎上通過改進PDT、吸收層和使用CdS緩沖液，實現了22.3%的電池效率。之后又采用(Zn,Mg)O/Zn(O,S,OH)取代原本的含有Cd的ZnO/CdS緩沖層，不僅效率達到了22.8%，電池也變得更加環保。

CIGS薄膜太陽能電池具有效率高、壽命長、沒有光致衰退效應，可在柔性聚合物和金屬基板上沉積等優點。但是CIGS薄膜太陽能電池也具有一些缺點，如合成材料較多，合成過程較為復雜且合成材料中具有稀有元素In和有毒元素Cd，這些不僅使得電池成本過高，而且會造成嚴重的環境污染。針對所涉元素稀有或有毒等缺點，采用價格低廉的Zn和Sn來取代價格昂貴的In和Ga，得到類似于CIGS電池的Cu2ZnSn(S,Se)4(CZTSSe)薄膜太陽電池。CZTSSe薄膜太陽能電池不僅對環境無害，而且CZTSSe是直接帶隙的材料，具有較大的吸收系數。因此可通過減少該薄膜電池的厚度進而減少材料的使用量，從而降低該類電池的總體成本。

4 第三代太陽能電池

4.1 染料敏化太陽能電池

DSSCs是模擬綠色植物光合作用原理將太陽光能轉化為電能的一類電池。液態DSSCs主要是由光陽極、液態電解質和光陰極3部分構成，具體的電池結構如圖1a所示[35]。光陽極主要是在導電襯底材料上制備一層多孔半導體薄膜并附著一層染料光敏化劑；光陰極主要是在導電襯底材料上制備一層含鉑或碳的催化材料。在光陽極中，電極材料主要為TiO2，當TiO2表面附著一層具有良好吸光特性的染料光敏化劑時，染料基態吸收光后變成激發態，接著激發態染料將電子注入到TiO2的導帶完成載流子的分離，在經過外部回路傳輸到對電極，電解質溶液中的I3-在對電極上得到電子被還原成I-，而電子注入后的氧化態染料又被I-還原成基態，I-自身被氧化成I3-，從而完成整個循環。工作原理圖如圖1b所示[36]。Gr?tzel等[37]首次在Nature上報道使用釕多吡啶染料作為光敏化劑的DSSCs且轉化效率達到7.1%，之后課題組又改用N3做染料將DSSCs效率提升到了10%[38]。2010年，Kang等[39]采用溶膠-凝膠法和溶劑熱法合成的TiO2并改用N719做染料，電池的轉化效率分別達到5.93%和8.91%。Kinoshita等[40]使用一種磷配位的釕系染料敏化劑(DX1)，這種敏化劑可以部分利用近紅外光，增加了電池的電流密度，最終制得的DX1與N719串聯的DSSCs的效率達到了12.1%。除了尋找新型染料敏化劑，研究人員嘗試采用共敏化方式增強光吸收。Gr?tzel研究組[41]采用卟啉染料與噻吩基染料共敏化的方式將DSSCs效率提升到了12.3%。Kakiage等[42]采用ADKEA與SFD-5兩種非金屬染料共敏化，以鈷化合物作為電解液，最終獲得了12.8%的轉換效率。而Mathew等[43]采用一種SM315物質做染料，用來提高與電解質相容性和捕光效果，使電池轉換效率又提升到13%。由于有機染料價格昂貴且大多數有毒，因此有人提出使用天然染料敏化劑代替合成的有機染料敏化劑。Gr?tzel等[44]就利用葉綠素作為DSSCs的染料敏化劑并研究了6種含有不同取代基的葉綠素衍生物作為DSSCs染料敏化劑的性能，其中銅葉綠素敏化DSSCs電池的轉化效率達到2.6%。目前，以有機染料為敏化劑的DSSCs的最高轉化效率已達到10.65%[45]。

DSSCs具備合成簡單、材料來源廣泛等優點，但是大多數DSSCs使用液態電解質，易造成電極腐蝕、電解質泄露，而且電池穩定性較差。針對以上問題，研究人員開發純有機敏化劑和固態DSSCs，取得了一定的進展。對于DSSCs來說，效率難以提升的原因是現有的染料敏化劑不能有效利用紅外光子，使得光吸收效率較低。因此未來研究的重點將是開發高效、穩定、廉價、非釕系的，有近紅外光響應的染料敏化劑。此外，提高電池內部電子的傳輸能力、制備高效耐用的固態電解質、尋找價格低廉的非Pt對電極、提升電池的整體使用壽命等方面對于實現DSSCs的推廣也具有重要意義。

圖1 染料敏化太陽能電池結構(a)[35]與工作原理(b)[36]Fig.1 Structure of dye-sensitized solar cell(a)[35] and its working principle(b)[36]

4.2 鈣鈦礦太陽能電池

PSCs的興起源于DSSCs的發展，不同之處在于PSCs采用以鈣鈦礦型有機/無機雜化材料代替有機染料分子作為吸光材料。PSCs由納米晶致密層、鈣鈦礦型活化層ABX3(X=Cl-、Br-、I-)、空穴傳輸層以及對電極構成，具體的電池結構如圖2a所示[35]，其中吸光層ABX3具有典型的三維立體結構，該結構中A代表有機胺離子(CH3NH3+)占據立方八面體的體心；B代表可配位組成八面體的金屬陽離子，如Pb+、Nb+、Ti4+、Fe3+等；X代表可與B配位形成八面體的陰離子，一般為Cl-、Br-、I-等鹵素離子。該類鈣鈦礦材料中鹵素八面體共頂連接，形成穩定的三維網絡結構，晶體結構如圖2b所示[46]。鈣鈦礦材料的制備方法主要有溶液法、共蒸發法、氣相輔助溶液法以及分子內交換工藝法等。2009年，Kojima等[47]首次使用有機金屬鹵化物鈣鈦礦材料作為敏化劑用于TiO2多孔薄膜，組裝成液態電解質染料敏化太陽電池，獲得光電轉換效率為3.8%。2011年，Lee等[48]把CH3NH3PbI3材料作為量子點沉積在介觀TiO2薄膜上，將轉換效率提高到6.5%。由于鈣鈦礦材料在液態電解質中不穩定，易發生分解，從而導致電池效率快速衰減。采用固態電解質作為空穴傳輸層則能防止鈣鈦礦材料的分解，Kim等[49]用Spiro-OMeTAD做傳輸層，CH3NH3PbI3做染料，制成的固態PSCs效率達到9.7%。Heo等[50]進一步改進了空穴傳輸層，使用低厚度聚合物(如poly-triarylamine)代替Spiro-OMeTAD作為傳輸層，獲得了轉換效率為12%的電池。Bi等[51]開發了一種利用甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作為模板，用來控制鈣鈦礦成核和生長的方法，成功制備得到一種高度光滑的鈣鈦礦薄膜，研究顯示其具有很長的光致發光壽命，表明這種光滑的鈣鈦礦薄膜具有優異的電學性能，在標準光照條件下PSCs效率高達21.6%。目前，NREL[1]報道的PSCs效率已經達到22.1%。此外，研究人員嘗試疊加PSCs與其它電池。Wu等[52]設計了一種單片鈣鈦礦/同質結硅串聯太陽能電池，PSCs子電池位于頂部，硅太陽能電池位于底部，這種結構增加了光吸收和電荷傳輸能力，使得串聯電池效率達到了22.5%。之后Bush等[53]改用異質結硅電池串聯銫甲脒鉛鹵化物鈣鈦礦，使得串聯電池的效率提升至23.6%。此外，這種結構還增加了器件的穩定性，使得電池能夠承受85 ℃和85%濕度下1000 h的濕熱試驗。

圖2 鈣鈦礦太陽能電池結構(a)[35]與鈣鈦礦晶體結構(b)[46]Fig.2 Structure of perovskite solar cell(a)[35] and perovskite crystal structure(b)[46]

PSCs從提出至今，光電轉化效率以接近直線的速度增長，顯示出這種太陽能電池所具有的巨大潛力。盡管PSCs具有很高的效率，但是穩定性極差。為此科學家尋求多種方法解決穩定性問題。Bella等[54]通過室溫光誘導自由基聚合在PSCs器件表面包覆一層氟化光敏聚合物，這層多功能包裹材料賦予PSCs器件正面部分自清潔和發光的特性，并確保PSCs器件背面具有超疏水特性，不受空氣中水汽的影響。在可見光條件下，光敏聚合物會重新發射紫外線，使得PSCs在標準光照下效率高達19%。在空氣環境和光化學影響的條件下進行6個月的測試，結果顯示PSCs各方面的光電性能都得到了很好的保持，表明該類太陽能電池的性能在穩步提升。因此今后的工作應該是規范該類電池工作標準，如穩定性規范、老化測試標準等。隨著科技的進步，PSCs可能會超越薄膜太陽能電池而成為光伏行業的新秀。

4.3 量子點太陽能電池

量子點是零維納米材料，簡而言之是指量子點3個維度的尺寸均小于體材料激子的德布羅意波長。其內部電子在各個方向上的運動都受到約束，即量子局限效應特別明顯。與傳統的體材料相比，量子點的優勢在于通過共振隧穿效應，能夠提高電池對光生載流子的收集率，從而增大電流；通過調整量子點的尺寸和形態優化量子點能級與太陽光譜的匹配度增加光吸收率。某些量子點(如PbSe)可以吸收1個高能光子產生多個電子-空穴對，即多激子效應。理論上預測的單結QDSCs效率可達到44%，遠遠超出硅太陽能電池的Shockley-Queisser限制。

QDSCs主要分為異質結QDSCs和敏化QDSCs兩種電池，2009年David等[55]利用ZnO薄膜和PbSe制成了結構為玻璃/ITO/ZnO/PbSe/Au的異質結QDSCs，但效率僅為1.6%。2010年Sargant等[56]用TiO2代替ZnO提高了電子的傳輸能力，使得QDSCs效率提升到5.1%。之后制備的Pb0.9Se0.1/TiO2異質結和PbS/TiO2異質結QDSCs，效率也分別達到4.25%[57]和4.73%[58]。對于敏化QDSCs，它與PSCs的工作原理、電池結構特征和電子轉移過程基本相同，主要差異在于：以無機窄禁帶量子點取代傳統的釕染料或有機染料作為敏化劑。Sun等[59]用電化學沉積法將CdS作為敏化劑沉積在TiO2，得到的敏化QDSCs效率為4.15%。Lee等[60]等采用CdS和CdSe共敏化方式，得到的敏化QDSCs效率為4.22%。研究表明，載流子的復合是導致QDSCs效率過低的一個主要原因。Zhao等[61]在量子點包覆一層寬禁帶的無機ZnS/SiO2，有效降低了載流子的復合，使得基于TiO2/QD/ZnS/SiO2結構的CdSeTe敏化QDSCs的效率超過8%。在Zhao的研究基礎上，Ren等[62]在量子點敏化光陽極和ZnS/SiO2界面之間采用無定型TiO2作為鈍化/緩沖層，大大減少了由界面晶格不匹配引起的缺陷且抑制了載流子復合，使電池轉換效率提升到9%。Zhang等[63]采用CuxSe作為敏化QDSCs的對電極，通過優化對電極的Cu/Se含量比、膜厚，使得CdSe和CdSeTe QDSCs效率分別達到6.49%和8.72%。Lan等[64]通過鈍化量子點表面和改進器件結構等措施增加電荷收集，使PbS QDSCs效率提升到10.6%。新研制出的Zn-Cu-In-Se敏化QDSCs，不僅將吸收光譜擴寬到了1000 nm，而且效率也達到11.66%[65]。研究表明，在光陽極/電解質處的電荷復合損失是導致電池效率較低的一個主要因素，Yu等[66]在多硫化合物電解質中添加一種原硅酸四乙酯添加劑，有效抑制了電荷復合損失，使得QDSCs的效率達到了12.34%。而Sanehira等[67]提出了一種基于陽離子鹵化鹽的方法以調整CsPbI3量子點薄膜，改善電荷傳輸能力。其中使用甲脒碘化物涂層使得CsPbI3量子點薄膜的電子遷移率增加了1倍，最終制得的QDSCs的效率提升至13.34%。

量子點從提出至今，顯現出其特有的優勢，如材料來源廣泛、禁帶寬度可調、光電轉化效率高等，都表明了QDSCs蘊涵巨大的潛力。但由于該類電池涉及微尺度領域，制作工藝和要求都比較高且內部電子傳輸原理仍處在研究階段，導致其效率遠低于其他類電池。但是該類電池卻有著其他電池不可比擬的潛力。對于該類太陽能電池，目前研究的焦點主要集中在材料的選擇、器件的優化以及內部電子的傳輸機理方面，以期提高QDSCs的效率和穩定性。

5 結 語

晶硅太陽能電池經過半個多世紀的發展和改進，具有很高的效率和穩定性，在未來很長一段時間內，晶硅太陽能電池仍在太陽能光伏行業中占主導地位。未來的工作焦點主要集中在簡化太陽能電池制作流程、降低電池的制造成本，這樣才能有利于晶硅太陽能電池的進一步推廣。與此同時，科學家也研發出多種薄膜太陽能電池，如GaAs、CdTe、CTGS薄膜太陽能電池等。相比晶硅太陽能電池，薄膜太陽能電池的制作成本大幅降低，效率也越來越接近晶硅太陽能電池的效率，但是薄膜太陽能電池大多數含有稀有或者有毒元素，導致其安全性仍存在問題，商業化模塊依然需要修正和檢驗，故后續工作需進一步改進工藝(如摻雜等)、提高效率、降低生產成本、提高穩定性等。與前面兩類電池相比，第三代太陽能電池具有更高的應用前景和發展潛力，但是由于其涉及到微觀領域而導致制作工藝和要求都比較復雜、而且界面電荷傳輸機理還需深入探討。