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太阳能电池技术文献综述 王胤 东南大学机械学院 摘要: 资源和环境一直都是制约许多国家持续发展的两大瓶颈,因而在环境愈加恶化、资源日益紧缺、科技日新月异的今天，对于清洁的可再生能源的研究成为了热点。太阳能作为一种可再生能源，不仅来源较为广泛（光照），并且几乎不会产生污染，因而倍受研究人员的青睐，也是前景比较广阔的研究方向。本文主要介绍与太阳能电池相关的技术背景、研究方向和发展前景。 关键词: 太阳能，太阳能电池，研究现状，发展前景。 太阳能可以说是 “取之不尽，用之不蝎”的能源，与矿物燃料相比，太阳能具有清洁和可在生等独特优点。将太阳能直接转换为热能和电能，解决能源危机，造福于全人类一直是广大科学家的奋斗目标。太阳能的利用分为光电转换和集热两种，前者主要有太阳能电池，后者主要有太阳能热水器、太阳能温室等。利用半导体材料的光伏效应原理把太阳光能转换成电能称太阳能光伏技术，这也是太阳能电池的主要原理。 对光生伏特效应的研究最早可追溯到1839年，到上世纪五十年代，太阳能利用领域出现了两项重大突破:一是1954年美国贝尔实验室研制出效率为6%的实用型单晶硅电池;是1955年以色列科学家提出了选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项突破既是太阳能利用进入现代发展时期的划时代标志，也是人类能源技术又一次变革的技术基础。 1．太阳辐射[ [1] 施敏 著，黄振岗 译，《半导体器件物理》，电子工业出版社，1987年12月第一版。 [2] 马丁·格林 著，李秀文，谢洪礼，赵海滨等译，《太阳电池工作原理、工艺和系统的应用》，电子工业出版社，1987年1月第一版。 太阳发出的辐射能来自核聚变反应。每秒钟约有6×1011kg的H2转变为He，净质量损失约为4×103kg，这一质量损失通过爱因斯坦关系（E=mc2）转变为4×1012J的能量。此能量主要作为从紫外到红外和无线电频段（0.2至3μ 在日—地平均距离的自由空间内的同样辐射强度定义为太阳常数，其值为1353W/m2。当阳光到达地表时，大气层要使阳光减弱，主要原因是在红外波段的水汽吸收，紫外波段的臭氧层吸收，以及受飞尘和悬浮微粒的散射。大气层对地表处接收到的阳光的影响程度定义为“大气质量”（AM）。太阳与天顶夹角的正割（secθ）称为大气质量，用以度量大气层路程与太阳正当顶时最短路程的相对值。 图1 阳光的光谱分布 图1中示出了AM1和AM1.5时的光谱分布，同时假设了太阳是6000K的黑体时所预期的太阳辐射的光谱分布。[2] 大气质量1.5的状态（太阳与地平线成45°角）代表地面应用的满意的加权能量平均值。AM1.5情形单位时间单位面积的单位能量光子数[3 [3] C.H.Henry, “Limiting Efficiency of Ideal Single and Multiple Energy Gap Terrestrial Solar Cells,” J. Appl. Phvs.51 4494 (1980). [4] 陈海全，上海交通大学硕士学位论文，2006. [5] J.Zhao，A.Wang，M.A.Green，F.Ferrazza，APPI.PhyS，Lett.1998，73，1991。 [6] D.E.Carlson , S.Wanger , “Renewaable Energy” 1993， Island Press，Washington. [7] R. R. King , D. C. Law, K. M. Edmondson, C. M. Fetzer, G. S. Kinsey, H. Yoon,R. A. Sherif, and N. H. Karam. “40% ef?cient metamorphic GaInP /GaInAs /Ge multijunction solar cells”, APPLIED PHYSICS LETTERS 90, 183516 (2007). [8] 何 杰，苏忠集，向 丽，王 剑，汪映寒，《聚合物太阳能电池研究进展》《高分子通报》 第4期. [9] 卢金军, 《太阳能电池的研究现状和产业发展》, 《科技资讯》2007 NO.18. [10] 王占国，中科院院士，《半导体太阳能电池研发现状与发展趋势》。 图2. 在AM0和AM1.5状态的太阳光谱与光子能量的关系及相关半 导体材料的带隙、理论光电转换效率（引自Henry的参考文献[3]） 2.1 太阳能电池的原理 太阳能是一种辐射能，在人类还没有发明热能存储器之前，最常用的方法是用能量转换器将其转换成为电能然后存储。这种把光能转换成电能的能量转换器，就是太阳能电池。 太阳能电池工作原理的基础是半导体 PN 结的光电效应。所谓光电效