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太阳能电池的分类

太阳能电池发展划分为三代。第一代是以单晶硅、多晶硅为代表

的硅晶太阳能电池。以晶硅为材料的第一代太阳能电池技术已经发展

成熟且应用最为广泛。但由于单晶硅太阳能电池对原料要求过高以及

多晶硅太阳a能电池复杂的生产工艺等缺点，促使人们开始研发第二

代薄膜太阳能电池，其中以碲化镉(CdTe)、砷化镓(GaAs)及铜铟镓硒

化合物(CIGS)为代表的太阳能电池开始成为研究热点。与晶硅电池相

比，薄膜太阳能电池所需材料较少且容易大面积生产，故在降低成本

方面显现优势，其效率也在逐步提高。第三代则是基于高效、绿色环

保和先进纳米技术的新型太阳能电池，如染料敏化太阳能电池

(DSSCs)、钙钛矿太阳能电池(PSCs)和量子点太阳能电池(QDSCs)等。

目前，各类太阳能电池都取得较大的发展，形成了以晶硅太阳能电池

为基础，薄膜太阳能电池为发展对象及以DSSCs、PSCs和QDSCs为前

沿的太阳能电池发展格局。

1.第一类太阳能电池

1.1单晶硅太阳能电池

单晶硅是所有晶硅太阳能电池中制造工艺及技术最成熟和稳定

性最高的一类太阳能电池。理论上，光伏响应材料的最佳禁带宽度在

1.4eV左右，而单晶硅的禁带宽度为1.12eV，是已知自然界中存在

的和最佳禁带宽度最为接近的单质材料。单晶硅太阳能电池主要通过

硅片的清洗和制绒、扩散制结、边缘刻蚀、去磷硅玻璃、制备减反射

膜、制作电极、烧结等工艺制备而成。经过多年的发展，单晶硅太阳

能电池的制造工艺和效率都有了很大的改进和提升。单晶硅太阳能电

池以其高效率和稳定性，在光伏行业占有统治地位，而且还会维持很

长一段时间。

但是由于硅电池所需硅材料的纯度需达到99.9999%，造成单晶

硅的价格居高不下，另外，复杂的制造工艺也导致其难以大范围推广

使用。因此在后续的单晶硅太阳能电池发展历程中，主要的方向应该

是简化其生产过程和所需硅材料的提纯工艺以期降低单晶硅太阳能

电池的生产成本，加快其普及化进程。

1.2多晶硅太阳能电池

相比单晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池对原材料的纯度要求

较低，原料来源也较广泛，因此成本要比单晶硅太阳能电池低很多。

多晶硅太阳能电池的制备方法也很广泛，如西门子法、硅烷法、流化

床法、钠还原法、定向凝固法以及真空蒸发除杂法等，并可选用单晶

硅处理技术，如腐蚀发射结、金属吸杂、腐蚀绒面、表面和体钝化、

细化金属栅电极等。与单晶硅太阳能电池相比，多晶硅太阳能电池具

有对原料要求低的优点，尤其是制造成本较低。但是它也有自身的缺

点，如较多的晶格缺陷导致其转换效率比单晶硅太阳能电池低。因此

对于多晶硅太阳能电池，研究重点应该在于提高多晶硅生产工艺，减

少多晶硅生产过程的缺陷以提高硅片原有的质量方面。此外还应该简

化多晶硅太阳能电池制造流程，进一步降低多晶硅太阳能电池的生产

成本以便加快多晶硅太阳能电池的发展进程。

2.第二类太阳能电池

2.1碲化镉薄膜太阳能电池

CdTe是一种Eg为1.45eV的化合物半导体，因其具有较高的光

吸收能力且CdTe薄膜可大面积沉积制备使得CdTe成为应用前景较好

的一类新型薄膜太阳能电池材料。但由于CdTe存在自补偿效应，很

难制备高电导率的同质结，所以实际的电池多为异质结薄膜电池。CdS

与CdTe的晶格常数差异较小，是通常被应用在CdTe薄膜电池的最佳

窗口材料。CdTe薄膜的制备方法主要有液相外延法(LPE)、近空间升

华法、气相传输沉积法、溅射法、电化学沉积法和喷涂热分解法等。

CdTe薄膜太阳能电池的高效率使得它在光伏市场中占有一定的

份额，而且CdTe薄膜太阳能电池可实现柔性化和透明化，更增加了

其在汽车以及建筑行业的应用前景。然而Cd和Te都是有毒元素，在

一定程度上限制了CdTe薄膜太阳能电池的推广应用。因此，未来的

研究重点应该是在提升效率的同时减少有毒元素的含量抑或是提升

电池本身的稳定性，降低有毒元素泄露的风险。

2.2砷化镓薄膜太阳能电池

GaAs是一种直接带隙(Eg=1.43eV)的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料。

GaAs薄膜太阳能电池的制备方法历经扩散法、LPE、金属有机化学气

相沉积技术(MOCVD)等。

GaAs薄膜太阳能电池具有的转化效率高、抗辐射和抗高温性能

良好、可制成异质