太陽能電池的研究進展

賈冰冰

摘要：著當今社會的發(fā)展，煤炭，石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為國際社會經濟發(fā)展的阻礙，有必要開發(fā)新能源去解決這一問題。太陽能屬于新能源，并且有無污染的優(yōu)點，同時，太陽能還屬于可再生能源，可以長期進行利用。文章先對太陽能電池的基本概念進行簡述，然后在研究難點和未來前景等相關基礎上，對太陽能電池的研究進展進行詳細的闡述。

關鍵詞：太陽能電池;難點;發(fā)展前景

太陽能作為現今不斷開發(fā)的新能源，擁有可以長久的利用，并且遍布廣泛無污染，能量巨大等優(yōu)點。但是，太陽光由于是由不同的光波組成的，不同的光波能量不同，所以轉化率極低，且難以提高。如今為提高太陽能的能量利用率，可以通過太陽能電池轉化成化學能，再將化學能轉化為其他高品質的能量為人類所利用。

一、太陽能電池基本概念

太陽能電池也可以稱為太陽能芯片或者是光電池，其是一種使用太陽光直接進行發(fā)電的光電半導體薄片。太陽能電池只要滿足被一定條件的光照到，即能夠在短時間之內形成輸出電壓，并且在回路的中形成電流。在物理學之上被稱為太陽能光伏，太陽能電池是經過光電效應或光化學效應，直接把光能轉換成電能的一種裝置。如今，太陽能電池主要有以下幾種：

（一）薄膜太陽能電池。薄膜太陽能電池是一種能源產品，主要由陶瓷、石墨、金屬片等不同材料為基板制造的，一般來說可產生電壓的厚度只需要幾微米，轉化率便可達到10%左右。由于制作材料價格低廉;且該電池有較高的轉化率;同時，除了平面之外，也因為具有可撓性可以制作成非平面構造。因此，薄膜太陽能電池在生活中的應用非常廣泛。薄膜太陽能電池除了成本低還具有較佳的光傳輸、較高的累積發(fā)電量、只需少量的硅原料、不會發(fā)生內部短路問題等優(yōu)點。例如，生活中所使用的計算器，便攜式的充電電源，遠程電力供電，可與建筑物結合或是變成建筑體的一部份等方面均用到了薄膜太陽能電池。同時，在軍事，國防方面也有一定的應用。

（二）染料敏化太陽能電池。染料敏化太陽電池主要有納米多孔半導體薄膜、染料敏化劑、可以進行氧化還原的電解質以及對電極等組成，模仿光合作用原理研制出的一種太陽能電池。染料敏化太陽能電池是以低成本的納米二氧化欽和光敏染料為主要原料，模擬自然界中植物利用太陽能進行光合作用，將太陽能轉化為電能。其工作原理是將染料分子經過太陽光照射后從基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，再將處于激發(fā)態(tài)的電子注人導帶，通過外電路流向對電極，形成電流，處于氧化態(tài)的電解質在電解質溶液中的電子還原再生，被氧化的電子在對電極表面得電子被還原，從而完成一個光電化學反應循環(huán)。

染料敏化太陽能電池的使用壽命長，可達15-20年，制作染料敏化太陽能電池的原材料豐富，成本低，僅為硅太陽能電池的1/51/10，制備電池耗能少，能源回收周期短，且原材料和生產工藝都是無毒的，無污染的，可以進行回收利用，對保護環(huán)境有重要的意義，同時也會在大面積工業(yè)化生產中具有較大的優(yōu)勢。

（三）晶體硅太陽能電池。晶體硅太陽能電池是由厚度在350-450/im的高質量硅制成的，這種硅片可以從澆鑄的硅錠上鋸割而成，但一般這種方法在現實中消耗硅材料更多，制作成本會提高。所以為降低成本，一般在制備多晶硅薄膜電池時采用化學氣相沉積法。同時，硅表面非常光亮，大部分太陽光都會被反射，不能被電池利用，為提高電池的利用率，會在硅電池外層涂上一層反射系數非常小的保護膜，將反射損失減小。

二、太陽能電池研究進展

（一）發(fā)展前景。隨著不可再生能源的緊缺，光伏發(fā)電作為一種可持續(xù)的能源替代方式，近年來迅速發(fā)展，并在發(fā)達國家得到大面積的推廣和應用，在國際市場的推動下，我國的光伏發(fā)電發(fā)展也迅速興起。

尤其是在建設光伏電站這一方面，光伏電站分為兩種：集中式光伏電站和分布式光伏電站。集中式光伏電站是集中發(fā)電，規(guī)模較大;分布式光伏電站利用分散式屋頂等資源，規(guī)模較小。

集中式光伏電站、分布式光伏電站近些年發(fā)展迅速。根據國家能源局的統(tǒng)計數據，截至2016年底，我國光伏電站累計裝機容量7742萬千瓦，為全球光伏發(fā)電裝機容量最大的國家。其中，集中式光伏電站6710萬千瓦，分布式光伏電站1032萬千瓦;2016年新增裝機容量3424萬千瓦，同比增長79.30%，其中集中式光伏電站新增2998萬千瓦，分布式光伏電站新增426萬千瓦，呈迅速發(fā)展的趨勢。

同時，上文所述的染料敏化太陽能電池有著比硅電池更為廣泛的用途：可用塑料使其薄膜化，還可設計成各種形狀的太陽能電池使之多樣化，有著十分廣闊的產業(yè)化前景。相信在不久的將來，該種電池會逐步走進我們的生活。

（二）研究難點。首先，太陽能電池對光能的利用率并不高，導致造成能源的極大的浪費。其次，轉化效率不高，最大轉化率不到50%。第三，制造成本高，現今，大部分所使用的都是硅太陽能電池，純硅提取不易，成本較高，應采用環(huán)保，成本低、環(huán)保的材料進行制作。

三、結語

不可再生能源的短缺，促使我們開發(fā)新的能源，因此太陽能電池孕育而生，并得到了廣泛的應用。同時太陽能電池作為國家經濟發(fā)展的新興動力。在國際市場的推動下，各國的太陽能電池制造業(yè)爭相擴大生產，以爭一席之地。我國也正在迅速發(fā)展期間，并不斷取得進步，相信在不久的將來，我國的技術可以排在世界前位。

參考文獻

[1]2017-2022年中國光伏發(fā)電市場運行態(tài)勢及投資戰(zhàn)略研究報告[R].2016-12.

[2] 2017-2023年中國光伏發(fā)電站市場現狀研究分析及未來發(fā)展趨勢預測報告[R].智研咨詢集團，2017（06）：45.

[3]李菁.染料敏化太陽能電池光陽極的制備及研究[D].天津工業(yè)大學，2011.