太阳能电池

当阳光照射到“二极管”PN 结上时，在半导体内产生了光生电子-空穴对。这些光生电子和空穴迁移到 PN 结的两端并在边界上累积起来，由此形成光生电场及电动势( 光生伏特效应)，这就是太阳能电池的原理。[4]根据所用材料的不同，太阳能电池可分为:硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池和有机太阳能电池等。[2]太阳能电池组件通常由太阳能电池单元、表面罩、背面罩、填充材料以及框架组成。[5]

太阳能电池的应用遍及民用、军用、航空航天等诸多领域，[6]发展目标是提高光电转换效率，降低生产成本。[7]中国在太阳能光伏技术领域已经取得了突破，并在部分关键核心技术领域实现了全球领先。[8]“双碳”理念的背景下，太阳能电池光伏产业将发挥市场牵引的优势，突出政府在政策、资金等方面的作用，在进一步完善产业结构体系的同时，实现产业的健康发展。[8]

历史发展

1839 年，当时的法国物理学家 Alexander-Edmond Becquerel 观察到把光线照到导电溶液内，会产生电流和光伏特效应。但直到 1883 年，第一个太阳能电池才由美国科学家 CharlesFritts 制造出来，他在半导体材料硒上涂上一层微薄的金，形成了一个简单的电池。这个太阳电池仅有 1% 的能量转换效率。1927 年科学家利用金属铜及半导体氧化铜制造出太阳电池。到 1930 年，硒电池及氧化铜已经应用到一些对光线敏感的仪器上，如光度计。1946年第一块硅太阳电池由美国 Russell Ohl 开发出来。1954 年贝尔实验室开发出转换效率达到 6%的硅太阳电池，并应用到第一颗人造卫星上。[4]

1876 年，亚当斯等在金属和硒片上发现固态光伏效应。[9]

1883 年，制成第一个“硒光电池”，用作敏感器件。[9]

1893 年，法国科学家贝克勒尔发现“光生伏打效应”，即“光伏效应”。[9]

1930 年，肖特基提出 Cu_{2O 势的“光伏效应”理论。同年，朗格首次提出用“光伏效应制造“太阳能电池”，使太阳能变成电能。[9]}

1931 年，布鲁诺将铜化合物和硒银电极浸人电解液在阳光下启动了一个电动机。[9]

1932 年，奥杜博特和斯托拉制成第一块“硫化”太阳能电池。[9]

1941 年，奥尔在硅上发现光伏效应。[9]

1954 年，恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室，首次制成了实用的单品硅太阳能电池，光电转换效率为 6%。同年，韦克尔首次发现了砷化有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化锅薄膜，制成了第一块薄膜太阳能电池。[9]

1955 年，吉尼和罗非斯基进行材料的光电转换效率优化设计。同年，第一个光电航标灯问世。美国 RCA研究砷化太阳能电池。

1957 年硅太阳能电池转换效率达8%。[9]

1958 年，太阳能电池首次在空间应用，装备美国先锋1 号卫星电源。[9]

1959 年第一个多晶硅太阳能电池问世，转换效率达5%。[9]

1960 年，硅太阳能电池首次实现并网运行。[9]

1962年确化惊太阳能电池转换效率达13%。[9]

1969 年，薄膜硫化太阳能电池转换效率达8%。[9]

1972年罗非斯基研制出紫光电池，转换效率达16%。[9]

1972 年，美国宇航公司背场电池问世。[9]

1973年砷化家太阳能电池转换效率达15%。[9]

1974 年COMSAT 研究所提出无反射绒面电池硅太阳能电池转换效率达18%。[9]

1975 年，非晶硅太阳能电池问世。同年，带硅电池转换效率达 6%~9%。[9]

1976年，多晶硅太阳能电池转换效率达10%。[9]

1978年美国建成100 kWp 太阳能地面光伏电站。[9]

1980 年单品硅太阳能电池转换效率达 20%砷化电池达 225%多品硅电池达14.5%硫化锅电池达9.15%。

1983 年，美国建成1 MWp 光伏电站，冶金硅(外延)电池效率达 11.8%。

1986 年，美国建成65MWp 光伏电站。

1990 年，德国提出“2 000 个光伏屋顶计划”每个家庭的屋顶装 3 ~5 kWp 光伏电池1995 年高效聚光砷化太阳能电效率达 32%。

1997 年，美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划”，为 100 万户每户安装 3 ~5 kWp 光伏电池。有太阳时，光伏屋顶向电网供电，电表反转； 无太阳时，电网向家庭供电，电表正转。家庭只需交“净电费”。1997 年，日本“新阳光计划”生产43 亿 Wp 光伏电池。1997 年，欧洲联盟计划生产37 亿 Wp 光伏电池。[9]

1998 年，单晶硅光伏电池效率达 25%。[9]

太阳能电池的发展历史呈现出一定的阶段性特征，大致可以分为下面几个阶段:[9]

(1)第一阶段(1954一1973)

1954 年恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室，首次制成了实用的单晶太阳能电池，转换效率为6%。同年，韦克尔首次发现了砷化有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化薄膜，制成了第块薄膜太阳能电池。太阳能电池开始了缓慢的发展。[9]

(2) 第二阶段(1973-1980)

1973 年 10 月爆发中东战争，引起了第一次石油危机，从而使许多国家，尤其是工业发达国家，加强了对太阳能及其他可再生能源技术发展的支持，在世界上再次兴起了开发利用太阳能的热潮。1973 年，美国制订了政府级阳光发电计划，太阳能研究经费大幅度增长，并且成立太阳能开发银行，促进太阳能产品的商业化。1978 年美国建成 100 kWp 太阳能地面光伏电站。日本在 1974 年公布了政府制订的“阳光计划”，其中太阳能的研究开发项目有: 太阳能房、工业太阳能系统、太阳能热发电、太阳能电池生产系统、分散型和大型光伏发电系统等。为实施这一计划，日本政府投入了大量人力、物力和财力。至 1980 年，单晶硅太阳能电池转换效率达20%，砷化镶电池达 22.5%，多晶硅电池达 14.5%硫化电池达9.15%。[9]

(3) 第三阶段( 1980一1992)

进入 20 世纪 80 年代世界石油价格大幅度回落，而太阳能产品价格居高不下，缺乏竞争力；太阳能光伏技术没有重大突破，提高效率和降低成本的目标没有实现，以致动摇了一些人开发利用太阳能的信心； 核电发展较快，对太阳能光伏的发展产生了一定的抑制作用。在这个时期，太阳能利用进入了低谷，世界上许多国家相继大幅度削减太阳能光伏研究经费，其中美国最为突出。[9]

(4)第四阶段(1992-2000)

由于大量燃烧矿物化石能源，造成了全球性的环境污染和生态破坏，对人类的生存和发展构成威胁。在这样的背景下，1992 年联合国在巴西召开“世界环境与发展大会”，会议通过了里约热内卢环境与发展宣言》《21 世纪议》和联合国气候变化框架公约》等一系列重要文件，把环境与发展纳入统一的框架，确立了可持续发展的模式。这次会议之后，世界各国加强了清洁能源技术的开发，将利用太阳能与环境保护结合在一起，国际太阳能领域的合作更加活跃，规模扩大，使世界太阳能光伏技术进入了一个新的发展时期。[9]

此期间的标志性事件主要有:1993 年，本重新制订“阳光计划”；1997 年，美国提出“克林顿总统百万太阳屋顶计划”。至1998 年，单晶硅光伏电池转换效率达 24.7%。[9]

(5) 第五阶段( 2000 年至今)

进人21 世纪，原油价格也进入了疯狂上涨的阶段，从2000 年的不足30 美元/桶，暴涨到2008 年 7月的接近 150 美元/桶，这让世界各国再次意识到不可再生能源的稀缺性，加强了人们发展新能源的欲望。[9]此阶段，世界各国为大力发展太阳能产业，采取了各种政策和措施，如欧盟制订了“百万屋顶太阳能计划”，德国制订了“十万屋顶太阳能计划”，日本推出了“新阳光计划”，美国加州推出了“百万太阳能屋顶法案”。[10]受益于太阳能发电需求的猛烈增长，中国由前几年的无名小卒到 2007 年一跃成为世界第一太阳能电池生产大国。在光伏电池转换效率方面，多晶硅太阳能电池实验最高转换效率达到了20.3%。至2007 年Spectrola 最新研制的GaAs 多结聚光太阳能电池，转换效率达 40.7%。[9]我国在 2009 年 3 月，财政部住房和城乡建设部联合发布了《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》与《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》，对符合条件的太阳能光电建筑应用示范项目给予相应的补贴。[10]

中国作为世界光伏产业发展增速最快的国家拥有世界最大的太阳能光伏产业规模，据统计，截至 2020 年中国光伏市场累计装机量为 253GW，2020 年新增装机量为 48.2GW，同比增长 60%。2020 年中国光伏发电量为 2605 kW·h，同比增长16.2%，占总发电量 3.5%。[8]

原理及构造

原理

太阳能的发电方式可分为光-热-电转换和光-电直接转换，我们平时看到的太阳能电池都属于光-电直接转换类型，本词条以介绍光-电直接转换类型的太阳能电池为主。[11]

光-热-电转换

利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质(蒸汽)的势能和动能，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光-热转换过程；后一个过程是热-电转换过程，与普通的火力发电一样。太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，其投资估计至少要比普通火电站高 5~10倍。一座1 000 MW的太阳能热电站需要投资 20~25 亿美元，平均每千瓦的投资为2000~2500 美元。因此，目前只能小规模地应用于特殊的场合，而大规模利用在经济上很不合算，还不能与普通的火电站或核电站相竞争。[11]

光-电直接转换

当光照射在半导体上时，不纯物中的电子被激励，由于带间激励，价电子带的电子被传导带激励而产生自由载流子，从而导致电气传导度增加的现象(Photo-Conductive Effect)这种现象称为光传导现象。[12]

图2.1为用能量带图表示的带间激励引起的光传导现象的示意图。当大于禁止带宽e_{g的能量的光( hw≥ eg)照射在半导体上时，由于带间迁移作用，价电子带中的电子被激励，而产生电子-空穴对，使电气传导度增加。[12]}

但是，当如图2.2 所示的半导体中的内部电场 E 存在时，半导体受到光照射时便产生电子-空穴对，由光所产生的电子在传导带中的电场的作用下向右侧运动，而价电子中的空穴则向左侧运动，由于产生电荷载流子的分极作用半导体的两侧产生电位差，这种现象称为光电效应(Photo-Voltaic Effect)。[12]

图2.3 为单晶硅太阳电池的结构。实际的太阳电池是在 P型硅的周围用扩散的方法形成较薄的 N 型层，并带有电极。[12]

图2.4为单品硅太阳电池受到光照射时产生载流子的情况。此图为 PN 结的放大图。当光照射时，由于内部电场的作用在结合部附近产生载流子。图中：

L_{n:电子的扩散距离；Lp:正孔的扩散距离；d:接合深度；W:迁移区。[12]}

图2.5为用能量带图表示的载流子分极的情况。由图可知，光照射而产生的电子-空穴对由于迁移区内部电场的作用而左右漂移，在两端的电极聚集而产生光电压 V_{ph，当太阳电池与负载连接时，P型硅的正孔，N 型硅的电子流向负载便形成光电流 Iph。[12]}

构造

光-电直接转换太阳电池的构造多种多样，一般的如图2.3和图2.6 所示。现在多使用由 P型半导体与 N型半导体组合而成的 PN 结型太阳电池。主要由 P型、N 型半导体、电极、反射防止膜等构成。[12]

对于由两种不同的硅半导体（N 型与P型）结合而成的太阳电池，当太阳光照射时，太阳的光能被太阳电池吸收，产生正离子( +)(正孔)和负离子(-)(电子)。正离子向 P型半导体集结，而负离子向 N 型半导体集结，当在太阳电池的表面和背后的电极之间接上负载时，便有电流流过。[12]

特性与参数

太阳电池的特性一般包括太阳电池的输入输出特性、分光特性照度特性以及温度特性。[13]

太阳能电池的输入、输出特性

太阳能电池的种类较多，大小不一。太阳能电池到底有多大的能力将太阳的光能转换成电能，从以下的特性可以知道:

图3.1所示为太阳能电池的输人、输出特性，也称为太阳能电池的电压一电流特性。图中的实线为太阳能电池被光照射时的电压一电流特性，虚线为太阳能电池未被光照射时的电压一电流特性。[13]

由太阳能电池的电流电压特性，可得到相应的 IV 曲线。在该曲线中，包含着一系列相关的电学基本特征参数，主要有短路电流、开路电压、填充因子、转换效率等。[14]

短路电流

当将太阳能电池的正负极短路即电池电压V=0 时，此时的电流就称为太阳能电池的短路电流，记为l。短路电流的单位是安培(A)，短路电流随着光强的变化而变化。短路电流源于光生载流子的产生和收集。对于电阻阻抗最小的理想太阳能电池来说，短路电流就等于光生电流。因此短路电流是电池能输出的最大电流，如图3.2所示。[14]

开路电压

当太阳能电池的正负极不接负载，即I=0 时，太阳能电池正负极间的电压就叫做开路电压，通常表示为V。开路电压的单位是伏特 (V)。单片太阳能电池的开路电压不随电池片面积的增减而变化，一般为 0.5~0.7V。开路电是太阳能电池能输出的最大电压此时输出电流为零。开路电压的大小相当于光生电流在电池两边加的正向偏压。开路电压如图3.2伏安曲线所示。[14]

填充因子

太阳能电池的另一个重要参数是填充因子 (FF)，也叫曲线因子，它是指太阳能电池的最大输出功率与开路电压和短路电流乘积的比值。

FF是衡量太阳能电池输出特性的重要指标，代表太阳能电池在带最佳负载时能输出的最大功率的特性，其值越大表示太阳能电池的输出功率越大。实际上，由于受串联电阳和并联电阻的影响，实际太阳能电池填充因子的值要低于上式所给出的理想值。串、并联电阻对填充因子有较大影响。串联电阻越大，短路电流下降越多，填充因子也随之减少得越多:并联电阻越小，这部分电流就越大，开路电压就下降得越多，填充因子随之也下降得越多。[14]

转换效率

太阳能电池的转换效率指在外部回路上连接最佳负载电阻时的最大能量转换效率，等于太阳能电池受光照时的最大输出功率与照射到电池上的太阳能量功率的比值。[14]

太阳能电池的光电转换效率是衡量电池质量和技术水平的重要参数，它与电池的结构、结特性、材料性质、入射光的光谱和光强、工作温度、放射性粒子辐射损伤和环境变化等有关。所以，在比较两块电池的性能时，必须严格控制其所处的环境。[14]

常见太阳能电池的转换效率[15]

最大输出功率

太阳能光伏电池的工作电压和电流是随负载电阻而变化的，将不同阻值所对应的工作电压和电流值做成曲线就得到太阳能电池的伏安特性曲线。如果选择的负载电阻值能使输出电压和电流的乘积最大，即可获得最大输出功率，用符号Pm表示。此时的工作电压和工作电流称为最佳工作电压和最佳工作电流，分别用符号Um和Im表示。[16]

太阳能电池的分光感度特性

对于太阳能电池来说，不同的光照射时所产生的电能是不同的。例如，红色的光转换生成的电能与蓝色的光转换生成的电能是不一样的。一般将光的颜色(波长)与所转换生成的电能的关系，用分光感度特性来表示。[13]

太阳能电池的分光感度特性如图3.3 所示。由图可见，不同的太阳能电池对于光的感度是不一样的，在使用太阳能电池时应特别予以重视。图3.4所示为荧光灯的放射频谱与 AM-15太阳能电池的分光感度特性，荧光灯的放射频谱与非晶硅太阳能电池的分光感度特性非常一致。由于非晶硅太阳能电池在荧光灯下具有优良的特性，因此在荧光灯下(室内)使用的太阳能电池以非晶硅太阳能电池较为合适。[13]

太阳能电池的照度特性

图3.5 荧光灯的不同照度下太阳能电池的输出特性

太阳能电池的转换效率随照度（光的强度）而变化。图3.5所示为在荧光灯照度下，CSi 太阳能电池以及 -Si 太阳能电池的电流、电压特性(输出特性)。V。(开路电压)I(短路电流)以及 Px(最大输出功率)的照度特性如图 3.5所示。由图可知:[13]

1. 短路电流I与照度成正比。

2. 开路电压 Va随照度的增加而缓慢地增加。

3. 最大输出功率 Px几乎与照度成比例增加[13]

另外，曲线因子 FF 几乎不受照度的影响，基本保持一定。太阳光下的照度特性如图 3.6 所示。可见，由于光的强度不同，太阳能电池的转换效率也不同。[13]

图3.6

太阳能电池的温度特性

太阳能电池的转换效率随温度的变化而变化如图3.7 所示，太阳能电池随温度的增加，输出电流增大，温度再上升时，输出电压减少转换效率变低。由于温度上升导致太阳能电池的发电功率下降，因此有时需要用通风的方法来降低太阳能电池板的温度，以便提高太阳能电池的转换效率，使输出功率增加。太阳能电池的温度特性一般用温度系数来表示。温度系数小，说明即使温度变化较快，其发电功率变化也小。[13]

分类

太阳能电池多为半导体材料制造，发展到今天，已经有不下于 10种制备技术。国内对于太阳电池的种类有相当一部分人认识比较含糊。最重要的是要弄清楚分类标准，分类标准不同，分类情况也不同。但最常见的分类即为按照太阳电池的PN结结构和太阳电池制作材料的不同分类。[17]

按照PN结结构的不同分类

同质结太阳能电池

由同种半导体材料制备的p-n结或者浓度的梯度结称为同质结。用同质结制备的太阳电池称为同质结太阳能电池，如单晶硅、多晶硅太阳能电池、砷化太阳能电池等。[17]

异质结太阳能电池

禁带宽度不相同的半导体材料，在相互接触的面上制备成异质结的太阳能电池称为异质结太阳能电池。如硫化亚铜/硫化镉太阳能电池等如果这两种制备材料晶界面处的晶格匹配度高则称为异质面太阳能电池，比如砷化镓/砷化铝镓异质面太阳能电池。[17]

肖特基结电池

半导体和金属的接触面也可以形成一个“肖特基势垒”的太阳能电池，也称为 MS 电池。比如硅/铂肖特基结太阳能电池。后来由改进成为半导体-氧化物-金属太阳能电池。[17]

光电化学电池

用浸于电解质中的半导体构成的电池，又称为液结电池。[17]

按照所用材料的不同

太阳能电池可分为:硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池和有机太阳能电池等，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。[2]

硅太阳能电池

硅太阳能电池又分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。[2]

单晶硅太阳能电池

硅系列太阳能电池中，单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成熟的加工处理工艺基础上的。现在，单晶硅的电池工艺一般都采用表面结构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。光电的转化效率主要取决于单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%。在大规模应用和工业生产中单晶硅太阳能电池仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅太阳能电池成本价格居高不下。[2]

多晶硅薄膜太阳能电池

为了节省高质量材料，薄膜太阳能电池就成了单晶硅电池的替代产品，其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶体硅薄膜太阳能电池就是典型代表。实验室的最高转换效率为 18%，工业规模生产的转换效率为 10%。[2]

通常的晶体硅太阳能电池是在厚度 350一450pm的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成，因此实际消耗的硅材料更多。为了节省材料，从 20 世纪 70 年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但由于生长的硅膜晶粒太小，未能制成有价值的太阳能电池。目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积(LPCVD)和等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺。此外，液相外延法(LPPE)和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜电池。[2]

多晶硅薄膜电池由于所使用的硅材料远较单晶硅少，又无效率衰退问题，并且有可能在廉价村底材料上制成，其成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶体硅薄膜电池。[2]

非晶体硅薄膜太阳能电池

由于非晶体硅薄膜太阳能电池的成本低，便于大规模生产，普遍受到人们的重视并得到迅速发展。早在20世纪70年代初Carlson 等就已经开始了对非晶体硅电池的研制工作，目前世界上已有许多公司生产这种产品。非晶体硅作为太阳能电池材料尽管是一种很好的材料，但由于其光学带隙为1.7 eV，使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，这就限制了非晶体硅太阳能电池的转换效率。此外，其光电效率会随着光照时间的延续而衰减，即所谓的光致衰退SW效应，使得电池性能不稳定。解决这些问题的途径就是制备叠层太阳能电池，叠层太阳能电池是在制备的 p-i-n 层单结太阳能电池上再沉积一个或多个 p-i-n子电池制得的。[2]

非晶硅薄膜太阳能电池的制备方法有很多，其中包括反应溅射法PECVD 法LPCVD 法等反应原料气体为 H_{2稀释的 SiH4，衬底主要为玻璃及不锈钢片，制成的非晶体硅薄膜经过不同的电池工艺过程可分别制得单结电池和叠层太阳能电池。[2]}

非晶硅太阳能电池由于具有成本低、重量轻、转换效率较高和便于大规模生产等而有极大的发展潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。[2]

多元化合物薄膜太阳能电池

多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，主要有砷化 III-V 族化合物电池、硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池和铜铟硒薄膜电池。[2]

硫化锅、确化锅多晶薄膜电池

硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶体硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，也易于大规模生产。但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。[2]

砷化镓(GaAs)Ⅲ-V化合物电池

GaAs属于III-V族化合物半导体材料，其能降为1.4 eV，正好为高吸收率太阳光的值，具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率，抗辐照能力强，对热不敏感，转换效率可达 28%，适合于制造高效单结电池。但是 GaAs 材料的价格不菲，因而在很大程度上限制了 GaAs 电池的普及。GaAs等III-V 化合物薄膜电池的制备主要采用MOVPE和LPE 技术，其中MOVPE方法制备GaAs薄膜电池受衬底位错、反应压力、III-V 比率、总流量等诸多参数的影响。除 GaAs 外，其他III-V族化合物如GaSb、GalnP 等电池材料也得到了开发。1998 年德国费莱堡太阳能系统研究所制得的 GaAs 太阳能电池转换效率为24.2%。首次制备的 GaInP 电池转换效率为 14.7%。另外，该研究所还采用堆叠结构制备GaAs/GaSb 电池，该电池是将两个独立的电池堆叠在一起，GaAs 作为上电池，下电池用的是GaSb，所得到的电池效率达到 31.1%。[2]

铜铟硒薄膜电池

铜钢硒薄膜电池(简称 CIS)材料的能降为1.1eV，适于太阳光的光电转换。另外，CIS 薄膜太阳能电池不存在光致衰退问题，因此，CIS 用作高转换效率薄膜太阳能电池材料也引起了人们的注意。CIS 电池薄膜的制备主要有真空蒸镀法和硒化法。真空蒸镀法是采用各自的蒸发源蒸镀铜、铟和硒，硒化法是使用 H_{2Se 叠层膜硒化，但该法难以得到组成均的 CIS。CIS 作为太阳能电池的半导体材料，具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后太阳能电池发展的一个重要方向，唯一的是材料的来源问题，由于钢和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展必然受到限制。[2]}

聚合物多层修饰电极型太阳能电池

以有机聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制造的研究方向。由于有机材料柔性好、制作容易、材料来源广泛和成本低等优势，从而对大规模利用太阳能有重要意义。但以有机材料制备太阳能电池的研究刚开始，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材料，特别是硅电池相比，能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研究探索。[2]

纳米晶太阳能电池

纳米 TiO_{2晶体化学能太阳能电池是新近发展的，优点在于其廉价的成本、简单的工艺及稳定的性能，其光电效率稳定在 10%以上，制作成本仅为硅太阳电池的 1/5~1/10，寿命能达到 20年以上。[2]}

有机太阳能电池

有机太阳能电池 (organic solar cells-OSC)是在无机半导体光电池的基础上，结合近几年来兴起的有机高分子半导体材料和相关电子转移理论而发展起来的。有机材料具有它所固有的特点和优点，如材料来源广泛且本身的生产条件相对温和、有机分子的化学结构容易修饰等。因此，用有机材料来制作光电池时，满足成本低、耗能少、制作方便和易于得到大面积柔性器件的要求，拥有成本上的优势以及资源广泛分布性等的优势。2000年诺贝尔奖获得者 Alan.J.Heeger 等发现的共有机聚合物，是低成本太阳能电池的主体材料首选，这类有机聚合物具有可与铜相媲美的导电性，目前已成为国内外研究的热点之一。有机太阳能电池的研究起步较晚。总体来说，有机太阳能电池能量转换效率低、寿命短，全固态有机太阳能电池的光电转化效率小于 6%，而无机太阳能电池的能量转换效率普遍高于10%。[18]

电池组件及其构造

太阳能电池组件是将几十枚太阳能电池单元串、并联起来，然后封装在耐气候的箱中而构成的。常见的太阳能电池组件的构造如图5.1所示，它由太阳能电池单元、表面罩、背面罩、填充材料以及框架组成，即用具有良好的耐气候填充材料将封装好的太阳能电池单元安置在表面罩与背面罩之间构成。为了提高周围的密封性能，与框架相连的部分一般使用硅等密封性能较好的材料将太阳能电池密封。用于组件间的电气连接的端子箱安装在背面中央部位。[5][19]

太阳能电池组件的构造方法多种多样，结晶系的太阳能电池组件一般有背面衬底型组件(substrate)、表面衬底型组件(superstrate)以及填充型组件等构造；薄膜系太阳能电池组件有衬底一体表面衬底型组件以及柔软型组件等构造。[5][19]

背面衬底型组件与表面衬底型组件的不同之处在于支撑组件的结构层是不是光的入射侧(采光面侧)，如果支撑组件的结构层不是光的人射侧，则称为背面衬底型组件；反之，则称为表面衬底型组件。目前，太阳能发电系统主要使用带有白色玻璃的表面衬底型的结晶系太阳能电池组件。[5][19]

背面底型组件

背面衬底型组件是将太阳能电池单元配置在由玻璃等材料构成的背面衬底上，表面用透光性树脂封装而成，如图5.2 所示。背面衬底作为组件的支撑板，支撑板一般用FRP(fiber refined plastic)等有机材料或不锈钢板等金属薄板制成，也可用玻璃等材料制成。[5][19]

表面衬底型组件

图5.3所示为在玻璃等材料的透光性衬底上配置好太阳能电池单元然后在其背面封装而成的表面衬底型组件的构造。由于考虑到组件的耐气候性等因素，一般采用将玻璃衬底侧面向光的入射侧的结构，并将表面衬底作为组件的支撑。近年来，表面衬底型组件的应用占主导地位，它被广泛用于结晶系太阳能电池发电系统中。[5][19]

填充型组件

填充型太阳能电池组件的构造如图5.4 所示。它的光的人射侧背面侧均为太阳能电池的结构层，均为太阳能电池的支撑板。[5][19]

衬底一体表面衬底型组件

由于表面衬底型的薄膜太阳能电池可以在大面积衬底上直接形成，因此可以使组件的结构大大简化。图 5.5 所示为衬底一体表面衬底型组件。[5][19]

应用领域

太阳能光伏系统的应用已经非常广泛，应用的范围已遍及民用住宅、产业、大楼、宇宙等领域。目前主要应用领域为:宇宙开发、海洋河川、通信、道路管理、汽车、运输、农业利用、住宅、大中规模利用以及太阳能发电所等。本章主要介绍太阳能光伏系统在民用住宅产业、大楼、防灾等方面的应用情况。[6]

民用太阳能光伏系统

太阳电池于1958 年在人造卫星上首次被使用。当时由于价格昂贵70 年代前太阳电池未得到广泛地使用。1962 年在收音机上太阳电池被首次使用，才拉开了太阳电池在民用上应用的序幕。但由于当时三极管的耗电功率较大，未能得到广泛地应用。随着半导体集成电路ICLSI的发展使电子产品的耗电功率大幅度下降以及非晶硅电池的低成本制造成功，1980 年太阳电池在计算器上被应用。以后在钟表上应用，相继出现了太阳能计算器、太阳能钟表等电子产品，使太阳电池在民用上得到越来越广泛地应用。[6]

太阳能计算器

太阳能计算器的外观，太阳电池为独立的系统，太阳能计算器一般采用非晶硅太阳电池。对液晶显示的计算器来说，由于耗电较少，所以太阳电池在荧光灯的光线照射下所产生的电力就足以满足其需要。[6]

太阳能钟表

太阳能手表采用非晶硅太阳电池作为电源。太阳电池较薄，可以做成各种不同的形状以满足各种手表对外观的要求。现在一般将透明、柔软的太阳电池安装在本体内文字板的外圈并成圆形布置。[6]

太阳能充电器

手机等用太阳能充电器

现在，带有小型充电电池的手机、笔记本电脑以及数字照相机等应用已非常普及。这些设备由于大多在远离商用电源的地方使用因此存在充电的问题。太阳能充电器可以解决这个问题。[6]

车用蓄电池太阳能充电器

车用蓄电池如果长时间不使用时，由于自然放电会使蓄电池的电压下降。为了避免这种情况的发生，一般使用车用蓄电池太阳能充电器对蓄电池进行充电。由于车用蓄电池的电压为 12V，因此必须将数枚太阳电池串联以满足车用蓄电池的电压的要求。因为一枚非晶硅太阳电池可以获得比较高的电压，所以车用蓄电池太阳能充电器常用非晶硅太阳电池。[6]

交通指示用太阳能光伏系统

以前，太阳能光伏系统主要用于指示板等荧光灯的照明电源。现在，一般将太阳电池与高亮度 LED 组合构成交通指示用太阳能光伏系统，如自发光式道路指示器、方向指示灯以及障碍物指示灯等。[6]

这些指示灯所使用的蓄电器一般为密封型蓄电池或电气二重层电容，具有充电简单等特点。由于交通标志可能设置在建筑物偏僻的地方，因此会出现照射时间短、有时只能接收散乱光的情况，所以，设计太阳电池的容量时，应比通常的独立型系统大 5~10 倍。另外由于指示灯使用的场所不同还应满足强度、耐腐蚀等要求。[6]

防灾救助太阳能光伏系统

灾害时，太阳能光伏系统作为独立电源一般用于避难引导灯、防灾无线电通信等。对于并网型太阳能光伏系统，当商用供电停止时带有蓄电池的自立运行切换型太阳能光伏系统可向灾害时的紧急负荷供电，如加油站、道路指示以及避难场所指示等。防灾型太阳能光伏系统，通常通过系统并网保护装置与电力系统连接，防灾型太阳能光伏系统所产生的电力供给工厂内的负荷。当灾害发生时，系统并网保护装置动作使其与电力系统分离，然后作为紧急通讯电源避难所医疗设备以及照明等电源使用。[6]

其他应用

还有路灯用太阳能光伏系统，太阳能具、太阳能换气扇以及庭园灯使用的相关应用。[6]

住宅用太阳能光伏系统

现在，住宅用太阳能光伏系统的设置正在不断增加，不只是已有的住宅，新建住宅设置太阳能光伏系统也在增加。标准的住宅用太阳能光伏系统一般南向设置，容量为 3~4kw一般采用并网式太阳能光伏系统，太阳电池阵列的直流电通过逆变器转换成交流后供给住宅内的负载。如果太阳能光伏系统所产生的电能大于负载则通过配电线向电力公司卖电。相反，则从电力公司买电。住宅用太阳能光伏系统的全年发电量中大约 40% 的电量供住宅内的负载消费余下的 60%出售给电力公司。但是，由于夜间太阳能光伏系统不能发电，因此，住宅内的负载约 60% 的电量需要从电力公司买人。一般来说，容量为3~ 4kw的住宅型屋顶太阳能光伏系统基本能满足一般家庭的年消费量的需要。[6]

大楼用太阳能光伏系统

大楼、高层建筑物等处设置太阳能光伏系统时，一般采用建材一体型太阳电池组件(BIPV:Building Integrated Photovoltaics)。组件有标准型、屋顶材一体型以及强化玻璃复合型等。[6]

大楼用太阳能光伏系统主要用于公共设施、产业用建筑物、办公楼、学校、体育馆、医院、福利设施、工厂、车站、码头、机场等。与住宅用太阳能光伏系统相比，其规模较大，设置面积一般超过 100m设置容量在10~1 000kW。另外，大楼用太阳能光伏系统的电能一般自己消费，很少卖电，卖电价格可能会低于住宅用太阳能光伏系统的价格，因此会减少电力公司的负担。除此之外，灾害发生时，大楼用太阳能光伏系统作为备用电源可以为大楼供电。[6]

集中并网型太阳能光伏系统

个人住宅型太阳能光伏系统的设置正在逐步得到应用与普及，般为单独、分散设置。但是，随着大量住宅小区以及居住型城市的建设，集中并网型太阳能光伏系统将会得到应用与普及。[6]

产业现状及发展

随着环境问题的日益突出，传统能源转型的问题受到了世界广泛关注，在第七十五届联合国大会般性辩论上，中国政府明确表态二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。[8]

以此为背景，中国将新能源产业作为“十四五”期间的重点工作之一。太阳能光伏产业作为新能源产业结构体系中发展较为成熟的产业，在碳中和背景下的规模将进一步扩大，并成为“双碳’目标得以实现的重要保证。太阳能光伏产业的发展是中国推动能源结构转型的重要保障，随着环境问题日益严峻，中国通过优化产业结构体系加快太阳能光伏产业的发展，在不断出台保障政策的同时，产业规模不断扩大，相关技术体系日益完善，产业配套更加健全。[8]

太阳能光伏产业以替代传统能源结构为最终目标，中国早在 2000 年就已经在太阳能光伏产业领域进行了前期规划，并通过 2002年的“送电到乡”推动太阳能光伏产业在人口密度相对较低、土地资源丰富的乡村发展，从而实现了中国太阳能光伏年装机容量从kW级到MW级的转变。2009年“金太阳工程”的实施，使中国太阳能光伏产业发展进入了“快车道”，随后，《能源发展战略行动计划(2014-2020 年)》《关于建立可再生能源开发利用目标引导制度的指导意见》《关于2020 年风电.光伏发电项目建设有关事项的通知》等产业政策的持续出台，为太阳能光伏产业发展提供了系统化的保障。[8]

现状

中国作为世界光伏产业发展增速最快的国家拥有世界最大的太阳能光伏产业规模，据统计，截至 2020 年中国光伏市场累计装机量为 253GW，2020 年新增装机量为 48.2GW，同比增长 60%。2020 年中国光伏发电量为 2605 kW·h，同比增长16.2%，占总发电量 3.5%。由此可以看出，光伏产业发展在传统能源结构转型方面有着较为广泛的需求，同时，作为新能源产业结构中较为成熟和安全的一种，其产业规模在新能源产业中占据较大比例。目前，中国在太阳能光伏技术领域已经取得了突破，并在部分关键核心技术领域实现了全球领先。技术体系的日益完善为中国太阳能光伏产业发展创造了良好的基础，并实现了以技术为支撑的太阳能光伏产业成本的持续降低，这增加了中国太阳能光伏产业在全球市场中的竞争力。[8]

从新能源产业发展的角度来看，太阳能光伏产业的发展能够解决长期以来困扰中国的发展与环保之间的矛盾，以探索与中国实际情况相适应的“低成本、高效率”的新能源产业模式。然而，基于碳中和理念的相关要求，以及结合太阳能光伏产业发展的实际情况，相关问题也逐渐暴露出来，具体包括以下几个方面。[8]

早期太阳能光伏产业的发展并未引起广泛关注，在缺少资本牵引的情况下，相关基础技术研究较为缓慢，太阳能光伏产业发展对技术迭代的需求相对偏低。然而，随着国家政策的持续出台，太阳能光伏产业进入了快速发展阶段，加速了以光伏为核心的技术研究，新技术在转换效率、安全、成本等方面有着一定的提升，但基于新技术的太阳能光伏产品和系统的推广应用未能考虑与原有太阳能光伏产品之间的适配性等问题，由此导致太阳能光伏产品和系统的生命周期相对较短。[8]

在庞大市场规模的牵引下，中国相关企业的关注点放在了现有技术的产业化推广应用方面，却忽略了太阳能光伏产业关键核心技术的创新研究。因此，欧美国家在部分关键核心技术领域依然对中国拥有较为明显优势，“卡脖子”风险依然存在，基于关键核心技术的自主控制问题依然需要引起足够重视。[8]

碳中和背景下的太阳能光伏产业发展需要激发产业链上下游企业的积极性，然而，中国太阳能光伏产业链盈利空间多集中在硅片和硅料的生产环节，即产业链的上游，而对于下游企业来说，其盈利空间相对较小，这对太阳能光伏产业的发展产生了不利影响。受产业链盈利空间的影响，以及资本的趋利本性等，大多数企业将重点放在了产业链的上游，而太阳能光伏产业下游因缺少优势企业的加入而难以拓展其盈利空间，由此导致太阳能光伏产业的“亚健康”状态。[8]

2021年，太阳能发电占美国新增发电总量的39%。太阳能在2021年领先，占美国新增发电能力的39%。紧随其后的是风能（31%，12.2GW）、天然气(16%，6.6GW)、电池存储(11%，4.3GW)、核能(3%，1.1GW)和其他能源(0.2GW)。

美国有四个州将拥有超过一半的新太阳能光伏发电能力:德克萨斯（28%）、内华达(9%)、加利福尼亚(9%)和北卡罗莱纳州(7%)。[20]

2023年，中国“新三样”产品（电动载人汽车、锂离子蓄电池、太阳能蓄电池）合计出口1.06万亿元，首次突破万亿元大关，增长了29.9%。[21]

发展

“双碳”理念的提出，改变了中国太阳能光伏产业长期以来所坚持的产业发展模式，在扩大内需的同时，中国太阳能光伏产业应强调，在相关政策的指导下明确技术体系的可持续性，加快关键核心技术自主突破，优化产业盈利空间布局，构建多元化的融资平台，推动中国太阳能光伏产业的健康可持续发展。[8]

太阳能产业发展的规范性、科学性能够有效避免因技术迭代导致的成本浪费与产业衔接不畅等问题，政府部门应发挥宏观调控的作用，在不违背市场经济规律的前提下，通过政策、经济等多种方式，实现顶层设计的合理化，并协调相关企业共同规划太阳能产业发展路径，实现技术迭代过程中相关产品和系统的持续利用，减少因技术升级导致产业发展成本增加，进一步释放产业链下游盈利空间。[8]

目前，欧美发达国家在太阳能光伏产业领域中的部分关键核心技术领域依然具有明显优势，近年来，中国企业单独追求产业规模，相关资本在产业化应用方面较为集中，由此忽略了关键核心技术的研发。为避免欧美发达国家在技术上对中国太阳能光伏产业发展进行限制，中国相关研究院所、企业方面应加强合作，由企业方面提供资金、数据和验证平台，并协同研究院所对太阳能光伏产业领域关键核心技术进行深入研究，并合理分配关键核心技术研究任务，从而加快太阳能光伏产业关键核心技术的自主突破，打破欧美国家在太阳能产业领域的技术垄断，以保证中国碳中和目标的达成。[8]

太阳能光伏产业盈利空间多集中在上游核心元器件的制造方面，而下游装配、运营企业的盈利空间相对较小，这对于太阳能光伏产业发展极为不利。根据碳中和的相关要求，太阳能光伏产业规模应进一步扩大，释放产业链下游盈利空间能够激发相关企业的积极性，这对太阳能光伏产业的发展有着正向促进作用。为实现产业盈利空间布局的优化，政府部门可以通过优化税收结构的方式进行产业利润的二次分配，同时，对处于产业链下游的企业进行补贴，例如，国家在太阳能并网电价方面对相关企业进行补贴，并且各地区根据实际情况对补贴额度进行调整，保证盈利空间的合理化，在推动太阳能光伏产业发展的同时，最大限度减轻政府财政压力。[8]

在新的历史时期，人类社会发展与环境保护的矛盾始终存在，大量使用传统化石能源带来的环境污染问题已经威胁到人类的可持续发展，太阳能作为新能源的一种，通过光伏技术能够完成太阳能向电能的转化，从而缓解能源紧张和环境污染等问题。“双碳”理论的提出，为中国太阳能光伏产业发展制订了时间表，为实现 2060年碳中和目标，太阳能光伏产业将发挥市场牵引的优势，突出政府在政策、资金等方面的作用，在进一步完善产业结构体系的同时，实现太阳能光伏产业的健康发展。[8]

新一代太阳能技术

新一代（第三代）光伏电池尚处于研发阶段，目标是提高光电转换效率，降低生产成本多按照“多层膜-叠层半导体材料一量子阱材料一量子点材料”的路线发展。包括热太阳电池、中间带太阳电池、叠层太阳电池、热载流子太阳电池、多载流子太阳电池和多能带太阳电池等。[22]

热太阳电池(Thermophotovoltaic Cells)

到目前为止，讨论的都是可见光和近红外光的光电转换，其原因是太阳光谱的峰值位于可见光范围。但是热源和热光源都能在远红外范围内产生辐射，在某些场合，通过将这种辐射转换为电能。该光子的温度远低于可见光的温度，因此其辐射的平均光子能量远小于阳光。这些光子中能量较高的被电池吸收转化成电能，而其中能量较小的又被反射回来，容易被吸热装置吸收，用以保持吸热装置的温度。这种方法的最大特点是电池不能吸收的那部分能量可以反复利用。为此需要采用带院很小的半导体，例如错。此外还生产了磷锦砷钢 (InAsSbP) 这种带隙为0450.48eV的材料，磷锦砷钢可以制作n型半导体也可制作p型半导体，pn 结可以在砷化钢基板上生长。[22]

中间带太阳电池(Intermediate Band Solar Cells)

到目前为止的讨论中，一个被吸收的光子产生一个电子空穴对。如果某种材料在导带和价带之间存在一个中间带并且将其插人两种一般半导体之间，那么这种材料就有可能吸收两个能量较低的光子并产生具有这两个光子组合能量的一个电子空穴对。第一个光子将一个电子提升到中间带并在价带产生一个空穴，而第二个光子则将电子由中间带提升到导带。其中关键是要找到这么一种中间带材料可以将电子维持在中间带上并等待具有适当能量的光子撞击到材料上。为了支持这种电子输送过程，这种材料的电子能态需要一半为空，一半为电子占据。M-V化合物有可能满足这种技术的实现，并可使电池的理论转换效率达到 63.2%。[22]

叠层太阳电池(Supertandem Solar Cells)

如果电池采用很多层的叠层结构，将带隙最大的材料放在最上层，而往下各层的带隙逐层递减，则可达到的理论转换效率为86.8%。已制作出一个面积为 cm的4层电池，其效率为35.4%，而其理论最大效率为41.6%。[22]

热载流子太阳电池(Hot Carrier Solar Cells)

热载流子电池采用避免光生载流子的非弹性碰撞的方式来减小能量的损失，达到提高效率的目的，其极限效率约为 86.8%。光子的多余能量赋予载流子较高的热能。这些“热载流子”在被激发后约几个皮秒的时间内，首先通过载流子之间的碰撞达到一定的热平衡。这些载流子自己的碰撞并不造成能量损失，只是导致能量在载流子之间重新分配。随后，经过几纳秒的时间，载流子才与品格发生碰撞把能量传给晶格。而光照几微秒以后，如果电子和空穴不能被有效分离到正负极它们就会重新复合。[22]

热载流子电池要更快地在电子和空穴冷却前把它们收集到电池的正负极，因此吸收层必须很薄，约为几十纳米。采用超品格结构作为吸收层可以延缓载流子冷却，增加吸收层的厚度，提高对光的吸收。[22]

光学上转换和下转换(Optical Up-and Down-Conversion)

改变材料带隙的一个替代方法是改变人射光谱的能量分布。某些材料体现了能够将具有不同能量的两个光子予以吸收并将其合成能量用一个光子发射出去。另外某些材料则可以将吸收的一个高能光子的能量以两个低能量的光子发射出去。这些现象类似于无线通信电路中的频带上转换和下转换。[22]

这种方法在光学中的体现就是光谱的形状发生了改变，可以将入射光的光谱压缩到相对较为狭窄的范围内并增加其强度，从而提高电池的转换效率。这种方法的一个优点是不必将光学上下转换器与光伏电池做在一起，只需要将其放置在光源与电池之间即可。[22]

杂质光伏电池

当光子能量大于禁带宽度时，太阳光能直接被半导体吸收，当光子的能量小于禁带宽度时，通过载流子在半导体允带和禁带中的杂质能级之间的受激跃迁也能发生光的吸收。杂质能级太阳电池实际上是多量子阱太阳电池的应用，吸收太阳光激发量子阱中的电子和空穴，由于热激发或再次吸收光子能量，而向量子阱外流出，成为输出电流。量子阱结构的应用会使电池的光吸收向低能端拓宽，提高光转换效率。[22]

多载流子太阳电池

提高太阳能电池转换效率即是尽可能多地将光子的能量用于激发出电子一空穴对，而避免其转换成热能。如果一个高能量光子激发出一对电子一空穴对并使它们成为具有多余能量的“热载流子”，而这个热载流子具有的能量仍高于一对电子一空穴对所需要的能量，那么这个热载流子就完全有可能把多余的能量用来产生第二对电子一空穴对，如果光子的能量比禁带宽度的3倍还大，就有可能产生第三对电子一空穴对。这些电子空穴对将增大太阳电池的输出电流，从而提高光子的利用率。[22]

三结钙钛矿太阳能电池

2023年加拿大科学家领导的一个国际科研团队研制出一种光电转化效率创纪录（约为24%左右）的三结钙钛矿太阳能电池，朝着开发出硅基太阳能电池廉价替代品的目标迈进了一大步。钙钛矿太阳能电池由钙钛矿多晶薄膜制成，这些薄膜通过类似于印刷业使用的低成本溶液处理技术涂覆于材料表面。通过改变这些薄膜中钙钛矿晶体的组成，每一层能吸收不同波长的光，从而有效利用整个太阳光谱，而硅总是吸收相同波长的光。一般而言，钙钛矿顶层吸收波长较短的光，中间层吸收中等波长的光，底层吸收更长波长的光。相关研究刊发于《自然》杂志。[23]

金属氧化物太阳能电池

美国斯坦福大学研究人员最新研究发现，加热铁锈之类金属氧化物，可以提升特定太阳能电池的转换效率和能量储存效率。

硅太阳能电池无法储存电能，并非常规意义上的“电池”。与现有硅太阳能电池不同，这类太阳能电池是以金属氧化物代替硅，把光子转化为电子后，借助电子把水分子分解成氢气和氧气。在夜间以某种方式“重组”氢气和氧气，用以释放能量。斯坦福大学研究人员在不同温度条件下测试三种金属氧化物，分别是钒酸铋、氧化钛和氧化铁，发现：温度升高时，电子通过这三种氧化物的速率加快，所产生的氢气和氧气量相应增加。而以阳光加热金属氧化物，所产生的氢气可以增加一倍。斯坦福大学材料科学和工程系助理教授阙宗仰主持这项研究。他与同事们相信，这一研究突破或许可以让太阳能电池大规模储存能量成为现实，改变人类生产、储存和消耗能源的方式。[24]

• 总之:第三代太阳电池综合了第一、二代太阳电池的优点，克服了第一代太阳电池成本较高，第二代薄膜太阳电池转换效率低的不足，并且具有原材料丰富，无毒，性能稳定，对环境无危害等优点，在未来的光伏市场中会有很好的发展前景。[22]

相关事件

2011年11月，美方不顾中方反对，执意对中国产光伏电池启动“双反”调查，并于2012年12月决定征收29.18%－254.66%的反倾销税和反补贴税，高额的税率使得中国企业很难向美国出口中国产光伏电池产品。[25][26]

2012年10月10日，美国商务部就对华太阳能电池反倾销反补贴调查作出终裁，中国企业反倾销税率从18.32%到249.96%不等，反补贴税率从14.78%到15.97%不等[27]

2022年6月30日消息，德国和比利时的研究人员携手研制出一款新型钙钛矿/铜铟二硒化物（CIS）串联太阳能电池，其光电转化效率接近25%，为迄今同类产品最高值。这款太阳能电池柔韧轻便，用途广泛，有望应用于车辆、便携式设备和可折叠设备内。[28]

中国科研人员开发了一种边缘圆滑处理技术，基于该技术研发的柔性单晶硅太阳能电池，薄如纸，厚度60微米，而且可以像纸一样进行弯曲、折叠。相关研究成果于2023年5月24日在线发表于《自然》杂志，并被选为封面文章。[29]

2024年1月20日，韩国《东亚日报》以“韩国领先的新一代太阳能电池开始落后于中国和沙特”为题报道称，相当长的一段时间内，韩国一直在新一代太阳能电池领域处于技术领先地位。可中国和沙特阿拉伯作为“后来者”，在短短一两年内以惊人速度进入该领域。中国和沙特此前并没有涉足新一代太阳能电池领域。然而，中国企业隆基绿能2023年5月首次公开了其开发的叠层太阳能电池技术，并在11月创下了全球晶硅-钙钛矿叠层电池（新一代太阳能电池）效率的最高纪录。经认证，隆基绿能自主研发的晶硅—钙钛矿叠层电池效率达到了33.9%。此外，沙特阿拉伯也凭借其拥有大量剩余土地（沙漠）和适合太阳能发电的优势，开始大幅增加太阳能发电的规模。如果韩国继续保持这样的发展趋势，将失去技术领先地位。[30]

参考资料

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[20]太阳能将成为美国2021年新发电量的第一大能源.光热发电网. [2023-12-13].

[21]2023年我国进出口总值41.76万亿元 “新三样”出口首破万亿元大关.百家号. [2024-01-12].

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[23]三结钙钛矿光伏电池效率创新高.新浪财经. [2023-12-15].

[24]金属氧化物太阳能电池研究取得突破.中国科学院. [2023-12-15].

[25]美国商务部终裁中国内地及台湾光伏产品双反成立.界面新闻. [2023-12-13].

[26]美对华太阳能电池(板)发起反倾销反补贴调查.中华人民共和国商务部. [2023-12-13].

[27]中方强烈不满美太阳能电池双反裁决.中国新闻网. [2023-12-13].

[28]新型太阳能电池光电转化效率达25%，有望应用于车辆和可折叠设备.中国科技网. [2022-06-30].

[29]中国科学家最新突破！像纸一样的太阳能电池来了.今日头条-光明网. [2023-05-25].

[30]环球网. 韩媒担忧：韩国领先的新一代太阳能电池，将被中国和沙特超越.今日头条. [2024-01-20].

该页面最新编辑时间为 2024年3月15日

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