太陽電池是制約太陽能利用的核心技術(shù)，自1954年發(fā)明太陽電池至今，全球科學(xué)工作者進(jìn)行了堅(jiān)持不懈的努力，目前已經(jīng)進(jìn)入第三代發(fā)展期。
第一代的太陽電池采用晶圓技術(shù)，材料以硅元素為主，其技術(shù)已相當(dāng)成熟，目前占總產(chǎn)量的98％以上，其元件的使用壽命已超過25年，其最高效率為21.5%，由美國 Sun Power公司生產(chǎn)。而目前主流市場上的太陽電池為價(jià)格較低的多晶硅太陽電池，其效率在15％左右。 III - V 族材料可以制造更高效率（>25%）的太陽電池，但其昂貴的成本已使產(chǎn)品朝向高效率聚光電池發(fā)展。
第二代的太陽電池采用薄膜技術(shù)，制造程序較硅圓技術(shù)變化多且制作成本低。而達(dá)到供電力用的只有 CIS 電池，目前已在歐洲量產(chǎn)，效率為13%左右。其他較廉價(jià)但中等效率的太陽電池有微晶（約8%)、非晶硅（約10%)、 II - VI 族（約10%）已廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品，如手表與計(jì)算機(jī)中，還有多種可撓的產(chǎn)品面世。
第三代太陽電池包含所有正在創(chuàng)新、啟蒙中的新型太陽能光電技術(shù)。目 前分為兩大類，第一類是極高效率(>31%)的新型太陽電池，主要由 GaSb 、GaInSb 等熱能轉(zhuǎn)換晶體加在GaAs 光電池上，可使效率達(dá)到30%。 在單層太陽電池方面，其理論模擬鈦元素之量子點(diǎn)在GaP 或 GaAs 中有望 達(dá)到63.2%的高效率，但有待實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。第二類是廉價(jià)的可制作成大面 積的有機(jī)太陽電池，以染料敏化薄膜太陽電池為代表，含液態(tài)電解液，此類 電池實(shí)驗(yàn)室達(dá)到11%的效率，商品化效率達(dá)到8%,并保證15年的壽命。 如開發(fā)成功商品化效率達(dá)到10%,有望使成本降低至25美元/m2, 達(dá) 到 普 及化要求。
各型太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率見表2.1,各類太陽電池的比較見表2.2。
表2.1 各型太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率 |
電池種類 | 半導(dǎo)體材料 | 模組轉(zhuǎn)換效率/% |
硅 | 結(jié)晶硅 | 單晶硅(晶圓型) | 13～20 |
多晶硅(晶圓型、薄膜型) | 10~15 |
非晶硅 | a-Si、a-SiO、a-SiGe | 5～~10 |
化合物半導(dǎo)體 | 二元素 | GaAs、CdTe(晶圓型) | 18～30 |
CdS、CdTe(薄膜型) | 7～10 |
三元素 | CuInSe2(薄膜型) | 20～40 |
染料敏化太陽電池(DSSC) | 10 |
有機(jī)薄膜太陽電池 | 1~5 |
表2 . 2各類太陽電池的比較 |
項(xiàng) 目 | 優(yōu) 點(diǎn) | 缺 點(diǎn) |
硅晶電池 | 原料來源豐富，開發(fā)年限長，技術(shù)成熟 第一代中以單晶硅效率最高，多晶硅 次之，使用壽命長 | 工藝技術(shù)復(fù)雜，材料對(duì)光的吸收能 力差，電能再生水平低，對(duì)基板要求高 |
硅薄膜 | 成本較低，可以用彈性基板發(fā)展成熟， 可大規(guī)模生產(chǎn) | 效率較低，穩(wěn)定性差 |
銅銦鎵硒薄膜(CIS/CIGS) | 原物料穩(wěn)定性最好，可以用彈性基板 | 成本相對(duì)較高，制造工藝未標(biāo)準(zhǔn)化， 銦與鎵儲(chǔ)量有限 |
鎘碲薄膜(CdTe) | 第二代中效率較高，可以用彈性基板， 發(fā)展成熟，可大規(guī)模生產(chǎn) | 第二代中成本較高模組與基材占總 成本五成，鎘毒性高，碲儲(chǔ)量有限 |
染料敏化(DSSC) | 第三代中成本最低，材料使用最少，容 易制造大面積元件，用途廣泛 | 技術(shù)不夠成熟，不易商業(yè)化，封裝過 程較為復(fù)雜，在太陽光照射和高溫下 會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重劣化現(xiàn)象，效率最差 |
