钜大LARGE | 点击量：561次 | 2019年01月22日
太阳电池的发展现状
太阳电池的进展情况可以从其性能指标、产量、价格等方面来评价。太阳电池的性能指标有开路电压、短路电流、填充因子、光电转换效率等多顶，其中最主要的指标是光电转换效率，即将光能转变为电能的效率。
太阳电池主要可以分为硅太阳电池和化合物半导体太阳电池两大类。下面分别加以叙述。
一、硅太阳电池
硅是地球上第二位最丰富的元素，而且无毒性，用它制作的太阳电池效率也很高，因此它是最适于制作太阳电池的半导体材料。1997年，世界上太阳电池年产量约为120MW，其中99%以上为硅太阳电池。在硅太阳电池中又可分为单晶硅、多晶硅和非晶硅太阳电池三类。
1.单晶硅和多晶硅太阳电池
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
单晶硅和多晶硅太阳电池是对P型（或n型）硅基片经过磷（或硼）扩散做成P/N结而制得的。单晶硅太阳电池效率高、寿命长、性能优良，但成本高，而且限于单晶的尺寸，单片电池面积难以做得很大，目前比较大的为直径为10～20cm的圆片．多晶硅电池是用浇铸的多晶硅锭切片制作而成，成本比单晶硅电池低，单片电池也可以做得比较大（例如30cm×30cm的方片），但由于晶界复合等因素的存在，效率比单晶硅电池低。
现在，单晶硅和多晶硅电池的研究工作主要集中在以下几个方面：
(1)用埋层电极、表面钝化、密栅工艺优化背电场及接触电极等来减少光生载流子的复合损失，提高载流子的收集效率，从而提高太阳电池的效率。澳大利亚亲南威尔士大学格林实验室采用了这些方法，已经创造了目前硅太阳电池世界公认的AM1.5条件下24%的最高效率。
(2)用优华抗射膜、凹凸表面、高反向背电极等方式减少光的反射及透射损失，以提高太阳电池效率。
(3)以定向凝固法生长的铸造多晶硅锭代替单晶硅，估化正背电极的银浆、铝浆的丝网印制工艺，改进硅片的切、磨、抛光等工艺，千方百计降低成本，提高太阳电池效率。目前最大硅锭重量已达270余公斤。
(4)薄膜多晶硅电池还在大力研究和开发。计算表明，若能在金属、陶瓷、玻璃等基板上低成本地制备厚度为30～50μm的大面积的优质多晶硅薄膜，则太阳电池制作工艺可进一步简化，成本可大幅度降低。因此多晶硅薄膜太阳电池正成为研究热点。
现在单晶及多晶硅太阳电池的世界年产量已达到120MW左右。硅太阳电池的最高效率可达18%～24%。特种航天用的高质量太阳电池在AMO条件下的效率约为13.5%～18%,而地面用的大量生产的太阳电池效率在AM1条件下大多在11%～18%左右。
2.非晶硅太阳电池
由于非晶硅对太阳光的吸收系数大，因而非昌硅太阳电池可以做得很薄，通常硅膜厚度仅为1-2μm，是单晶硅或多晶硅电池厚度（0.5mm左右）的1/500，所以制作非晶硅电池资源消耗少。
非晶硅太阳电池一般是用高频辉光放电等方法使硅烷（SiH4）气体分解沉积而成的。由于分解沉积温度低（200℃左右），因此制作时能量消耗少，成本比较低，且这种方法适于大规模生产，单片电池面积可以做得很大（例如0.5mX1.0m），整齐美观。非晶硅电池的另一特点是对蓝光响应好，在一般地荧光灯下也能工作，因此被广泛用作电子计算器和手掌电脑的电源，估计全世界使用量达到每月1千万片左右。以上这些优点，使非晶硅太阳电池在近10余年来得到大踏步的发展，1997年全世界的产量估计已达到30MW以上。
非晶硅由于其内部结构的不稳定性和大量氢原子的存，具有光疲劳效应（StaeblerWronski效应），故非晶硅太阳电池经过长期稳定性存在问题。近10年来经努力研究，虽有所改善，但尚未彻底解决问题，故作为电力电源，尚未大量推广。
非晶硅中由于原子排列缺少结晶硅中的规则性，缺陷多。因此单纯的非晶硅p/n结中，隧道电流往往占主导地位，使其呈现电阴特性，而无整流特性，也就不能制作太阳电池。为得到好的二极管整流特性，一定要在p层与n层之间加入较厚的本征层i，以扼制其隧道电流，所以非晶硅太阳电池一般具有pin结构。为了提高
效率和改善稳定性，有时还制作成pin/pin/pin等多层结构式的叠层电池，或是插入一些过渡层。
非晶硅太阳电池的研究，现在主要着重于改善非晶硅膜本身性质，以减少缺陷密度，精确设计电池结构和控制各层厚度，改善各层之间的界面状态，以求得高效率和高稳定性。
目前非晶硅单结电池的最高效率已可达到14.6%左右，大量生产的可达到8%～10%左右。叠层电池的最高效率可达到21.0%。
二、化合物半导体太阳电池
在化合物半导体太阳电池中，目前研究应用较多的有CaAs、InP、CuInSe2和CdTe太阳电池。由于化合物半导体或多或少有毒性，容易造成环境污染，因此产量少，常常使用在一些特殊场合。
1.砷化钾太阳电池
砷化钾（GaAs）太阳电池可以得到较高的效率，实验室最高效率已达到24%以上，一般航天用的太阳电池效率也在18%～19.5%之间。砷化钾太阳电池目前大多用液相外延方法或金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术制备，因此成本高、产量受到限制，降低成本和提高生产效率已成为研究重点。砷化钾太阳电池目前主要用在航天器上。
现在，硅单晶片制备技术成熟，成本低，因此以硅片为衬底，以MOCVD技术用异质外延方法制造GaAs太阳电池降低GaAs太阳电池成本的很有希望的办法。目前，这种电池的效率也已达到20%以上。但GaAs和Si晶体的晶格常数相关较大，在进行导质外延生长时，外延层晶格失配严重，难以获得优质外延层。为此常Si衬底上首先生长一层晶格常数与GaAs相差较少的Ge晶体作为过渡层，然后再生长GaAs外延层，这种Si/Ge/GaAs结构的异质外延电池正在不断发展中。控制各层厚度，适当变化结构，可使太阳光中各种波长的光子能量都得到有效利用，目前以GaAs为基的多层结构太阳电池的效率已接近40%。
2.磷化铟太阳电池:磷化铟太阳电池具有特别好的抗辐照性能，因此在航天应用方面受到重视，目前这种电池的效率也已达到17%～19%。
3.CuInSe2多晶薄膜太阳电池:这种电池的效率也达到17.6%左右，而且性能稳定，作为多晶薄膜电池是很有发展前途的。但因成分较复杂，制作工艺重复性差，影响了它的发展。
此外，Cds/CdTe太阳电池的效率也已达到15.8%，但这种电池毒性大，易造成对环境的污染。
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