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市場(chǎng)需求

當(dāng)電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急,能源問題日益成為制約國際社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸時(shí),越來越多的國家開始實(shí)行“陽光計(jì)劃”,開發(fā)太陽能資源,尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力。歐洲一些高水平的核研究機(jī)構(gòu)也開始轉(zhuǎn)向可再生能源。在國際光伏市場(chǎng)巨大潛力的推動(dòng)下,各國的太陽能電池制造業(yè)爭相投入巨資,擴(kuò)大生產(chǎn),以爭一席之地。

目前,全球太陽能電池市場(chǎng)競(jìng)爭激烈,歐洲和日本領(lǐng)先的格局已被打破。盡管主要的銷售市場(chǎng)在歐洲,但太陽能電池的生產(chǎn)重鎮(zhèn)已經(jīng)轉(zhuǎn)移到亞洲。2012年,全球太陽能電池產(chǎn)量達(dá)到37.4GW,同比增長6.3%。

在世界光伏市場(chǎng)的強(qiáng)力拉動(dòng)下,中國太陽能電池制造業(yè)通過引進(jìn)、消化、吸收和再創(chuàng)新,獲得了長足的發(fā)展。中國太陽能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展大致可分為三個(gè)階段。第一階段為1984年以后的研究開發(fā)時(shí)期；之后迎來了2001年以后的產(chǎn)業(yè)形成時(shí)期,第二階段也是尚德等太陽能電池廠商開始創(chuàng)業(yè)的時(shí)期；2005年至今的第三階段是中國太陽能電池產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展時(shí)期。

得益于國家對(duì)太陽能等新能源產(chǎn)業(yè)的政策、資金支持,2011年中國太陽能電池產(chǎn)業(yè)增長迅速,在世界10大太陽能電池生產(chǎn)商中有6家是中國企業(yè)。對(duì)太陽能電池產(chǎn)業(yè)而言,2012年及2013年是相當(dāng)辛苦的兩年,市場(chǎng)競(jìng)爭激烈導(dǎo)致價(jià)格大幅下跌,歐、美、中多家太陽能電池大企業(yè)破產(chǎn),所幸因價(jià)格的下跌,讓新裝機(jī)的數(shù)量能夠維持成長不墜。2013年,我國太陽能電池行業(yè)累計(jì)產(chǎn)量同比增長19.95%,蟬聯(lián)全球最大太陽能電池市場(chǎng)地位。

未來發(fā)展方向

2012年2月24日,工業(yè)和信息化部發(fā)布了《太陽能光伏產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》,以促進(jìn)太陽能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。該《規(guī)劃》的提出對(duì)于太陽能光伏企業(yè)來說,對(duì)市場(chǎng)是個(gè)極大地刺激,也將引領(lǐng)光伏企業(yè)走上快速發(fā)展的軌道�！兑�(guī)劃》將晶硅電池、薄膜電池、高效聚光太陽能電池列為“十二五”期間的發(fā)展重點(diǎn)�！�—2014年中國太陽能電池進(jìn)出口數(shù)據(jù)分析

首先介紹了太陽能電池的定義、種類、應(yīng)用領(lǐng)域等,接著分析了國際國內(nèi)太陽能電池產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀,然后具體介紹了單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池、多元化合物太陽能電池、薄膜太陽能電池的發(fā)展。

本研究報(bào)告數(shù)據(jù)主要來自于國家統(tǒng)計(jì)局、海關(guān)總署、商務(wù)部、財(cái)政部、能源局、產(chǎn)業(yè)研究中心、市場(chǎng)調(diào)查中心、中國可再生能源行業(yè)協(xié)會(huì)以及國內(nèi)外重點(diǎn)刊物等渠道,數(shù)據(jù)權(quán)威、詳實(shí)、豐富,同時(shí)通過專業(yè)的分析預(yù)測(cè)模型,對(duì)行業(yè)核心發(fā)展指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)地預(yù)測(cè)。您或貴單位若想對(duì)太陽能電池行業(yè)有個(gè)系統(tǒng)深入的了解、或者想投資太陽能電池行業(yè),本報(bào)告將是您不可或缺的重要參考工具。

以太陽能發(fā)展的歷史來說,光照射到材料上所引起的“光起電力”行為,早在19世紀(jì)的時(shí)候就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了。

1839年,光生伏特效應(yīng)第一次由法國物理學(xué)家A.E.Becquerel發(fā)現(xiàn)。1849年術(shù)語“光－伏”才出現(xiàn)在英語中。

1883年第一塊太陽電池由Charles Fritts制備成功。Charles用鍺半導(dǎo)體上覆上一層極薄的金層形成半導(dǎo)體金屬結(jié),器件只有1%的效率。

到了1930年代,照相機(jī)的曝光計(jì)廣泛地使用光起電力行為原理。

1946年Russell Ohl申請(qǐng)了現(xiàn)代太陽電池的制造專利。

到了1950年代,隨著半導(dǎo)體物性的逐漸了解,以及加工技術(shù)的進(jìn)步,1954年當(dāng)美國的貝爾實(shí)驗(yàn)室在用半導(dǎo)體做實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在硅中摻入一定量的雜質(zhì)后對(duì)光更加敏感這一現(xiàn)象后,第一個(gè)太陽能電池在1954年誕生在貝爾實(shí)驗(yàn)室。太陽電池技術(shù)的時(shí)代終于到來。

1960年代開始,美國發(fā)射的人造衛(wèi)星就已經(jīng)利用太陽能電池作為能量的來源。

1970年代能源危機(jī)時(shí),讓世界各國察覺到能源開發(fā)的重要性。

1973年發(fā)生了石油危機(jī),人們開始把太陽能電池的應(yīng)用轉(zhuǎn)移到一般的民生用途上。

目前,在美國、日本和以色列等國家,已經(jīng)大量使用太陽能裝置,更朝商業(yè)化的目標(biāo)前進(jìn)。

在這些國家中,美國于1983年在加州建立世界上最大的太陽能電廠,它的發(fā)電量可以高達(dá)16百萬瓦特。南非、博茨瓦納、納米比亞和非洲南部的其他國家也設(shè)立專案,鼓勵(lì)偏遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村地區(qū)安裝低成本的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)。

而推行太陽能發(fā)電最積極的國家首推日本。1994年日本實(shí)施補(bǔ)助獎(jiǎng)勵(lì)辦法,推廣每戶3,000瓦特的“市電并聯(lián)型太陽光電能系統(tǒng)”。在第一年,政府補(bǔ)助49%的經(jīng)費(fèi),以后的補(bǔ)助再逐年遞減�！笆须姴⒙�(lián)型太陽光電能系統(tǒng)”是在日照充足的時(shí)候,由太陽能電池提供電能給自家的負(fù)載用,若有多余的電力則另行儲(chǔ)存。當(dāng)發(fā)電量不足或者不發(fā)電的時(shí)候,所需要的電力再由電力公司提供。

到了1996年,日本有2,600戶裝置太陽能發(fā)電系統(tǒng),裝設(shè)總?cè)萘恳呀?jīng)有8百萬瓦特。一年后,已經(jīng)有9,400戶裝置,裝設(shè)的總?cè)萘恳策_(dá)到了32百萬瓦特。近年來由于環(huán)保意識(shí)的高漲和政府補(bǔ)助金的制度,預(yù)估日本住家用太陽能電池的需求量,也會(huì)急速增加。

在中國,太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)亦得到政府的大力鼓勵(lì)和資助。2009年3月,財(cái)政部宣布擬對(duì)太陽能光電建筑等大型太陽能工程進(jìn)行補(bǔ)貼。

晶體硅太陽能電池由于其轉(zhuǎn)換效率高、工作穩(wěn)定性、壽命長、技術(shù)發(fā)展成熟等優(yōu)異特性,2012年晶體硅電池已占全球光伏市場(chǎng)約90%的份額。而原材料成本過高一直是制約晶體硅太陽能電池行業(yè)大規(guī)模運(yùn)用的一個(gè)瓶頸。

隨著多晶硅產(chǎn)能的擴(kuò)張和釋放,近幾年,晶體硅太陽能電池主要原料——多晶硅料的價(jià)格有下降的趨勢(shì),預(yù)期未來多晶硅料價(jià)格還將繼續(xù)下降,原材料價(jià)格的下降大大降低了晶體硅太陽能電池的發(fā)電成本。隨著太陽能光伏發(fā)電成本的不斷下降,大規(guī)模利用太陽能光伏發(fā)電將變得更加普遍,從而推動(dòng)晶體硅太陽能電池產(chǎn)業(yè)向廣度發(fā)展。

太陽能電池按結(jié)晶狀態(tài)可分為結(jié)晶系薄膜式和非結(jié)晶系薄膜式（以下表示為a-）兩大類,而前者又分為單結(jié)晶形和多結(jié)晶形。

按材料可分為硅薄膜形、化合物半導(dǎo)體薄膜形和有機(jī)膜形,而化合物半導(dǎo)體薄膜形又分為非結(jié)晶形（a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等）、ⅢV族（GaAs,InP等）、ⅡⅥ族（Cds系）和磷化鋅 (Zn 3 p 2 ）等。

太陽能電池根據(jù)所用材料的不同,太陽能電池還可分為：硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電池、有機(jī)太陽能電池、塑料太陽能電池,其中硅太陽能電池是目前發(fā)展最成熟的,在應(yīng)用中居主導(dǎo)地位。

硅太陽能電池

硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池三種。

單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高,技術(shù)也最為成熟。在實(shí)驗(yàn)室里最高的轉(zhuǎn)換效率為24.7%,規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的效率為15%（截止2011,為18%）。在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位,但由于單晶硅成本價(jià)格高,大幅度降低其成本很困難,為了節(jié)省硅材料,發(fā)展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做為單晶硅太陽能電池的替代產(chǎn)品。

多晶硅薄膜太陽能電池與單晶硅比較,成本低廉,而效率高于非晶硅薄膜電池,其實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)換效率為18%,工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為10%（截止2011,為17%）。因此,多晶硅薄膜電池不久將會(huì)

在太陽能電池市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。

非晶硅薄膜太陽能電池成本低重量輕,轉(zhuǎn)換效率較高,便于大規(guī)模生產(chǎn),有極大的潛力。但受制于其材料引發(fā)的光電效率衰退效應(yīng),穩(wěn)定性不高,直接影響了它的實(shí)際應(yīng)用。如果能進(jìn)一步解決穩(wěn)定性問題及提高轉(zhuǎn)換率問題,那么,非晶硅太陽能電池?zé)o疑是太陽能電池的主要發(fā)展產(chǎn)品之一。

多晶體薄膜電池

多晶體薄膜電池硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高,成本較單晶硅電池低,并且也易于大規(guī)模生產(chǎn),但由于鎘有劇毒,會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染,因此,并不是晶體硅太陽能電池最理想的替代產(chǎn)品。

砷化鎵（GaAs）III-V化合物電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)28%,GaAs化合物材料具有十分理想的光學(xué)帶隙以及較高的吸收效率,抗輻照能力強(qiáng),對(duì)熱不敏感,適合于制造高效單結(jié)電池。但是GaAs材料的價(jià)格不菲,因而在很大程度上限制了用GaAs電池的普及。

銅銦硒薄膜電池（簡稱CIS）適合光電轉(zhuǎn)換,不存在光致衰退問題,轉(zhuǎn)換效率和多晶硅一樣。具有價(jià)格低廉、性能良好和工藝簡單等優(yōu)點(diǎn),將成為今后發(fā)展太陽能電池的一個(gè)重要方向。唯一的問題是材料的來源,由于銦和硒都是比較稀有的元素,因此,這類電池的發(fā)展又必然受到限制。

有機(jī)聚合物電池

以有機(jī)聚合物代替無機(jī)材料是剛剛開始的一個(gè)太陽能電池制造的研究方向。由于有機(jī)材料柔性好,制作容易,材料來源廣泛,成本低等優(yōu)勢(shì),從而對(duì)大規(guī)模利用太陽能,提供廉價(jià)電能具有重要意義。但以有機(jī)材料制備太陽能電池的研究僅僅剛開始,不論是使用壽命,還是電池效率都不能和無機(jī)材料特別是硅電池相比。能否發(fā)展成為具有實(shí)用意義的產(chǎn)品,還有待于進(jìn)一步研究探索。

納米晶電池

納米TiO2晶體化學(xué)能太陽能電池是新近發(fā)展的,優(yōu)點(diǎn)在于它廉價(jià)的成本和簡單的工藝及穩(wěn)定的性能。其光電效率穩(wěn)定在10%以上,制作成本僅為硅太陽電池的1/5～1/10．壽命能達(dá)到20年以上。

此類電池的研究和開發(fā)剛剛起步,不久的將來會(huì)逐步走上市場(chǎng)。

有機(jī)薄膜電池

有機(jī)薄膜太陽能電池,就是由有機(jī)材料構(gòu)成核心部分的太陽能電池。大家對(duì)有機(jī)太陽能電池不熟悉,這是情理中的事。如今量產(chǎn)的太陽能電池里,95%以上是硅基的,而剩下的不到5%也是由其它無機(jī)材料制成的。

染料敏化電池

染料敏化太陽能電池,是將一種色素附著在TiO2粒子上,然后浸泡在一種電解液中。色素受到光的照射,生成自由電子和空穴。自由電子被TiO2吸收,從電極流出進(jìn)入外電路,再經(jīng)過用電器,流入電解液,最后回到色素。染料敏化太陽能電池的制造成本很低,這使它具有很強(qiáng)的競(jìng)爭力。它的能量轉(zhuǎn)換效率為12%左右。

塑料電池

塑料太陽能電池以可循環(huán)使用的塑料薄膜為原料,能通過“卷對(duì)卷印刷”技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn),其成本低廉、環(huán)保。但目前塑料太陽能電池尚不成熟,預(yù)計(jì)在未來5年到10年,基于塑料等有機(jī)材料的太陽能電池制造技術(shù)將走向成熟并大規(guī)模投入使用。

組件線又叫封裝線,封裝是太陽能電池生產(chǎn)中的關(guān)鍵步驟,沒有良好的封裝工藝,多好的電池也生產(chǎn)不出好的組件板。電池的封裝不僅可以使電池的壽命得到保證,而且還增強(qiáng)了電池的抗擊強(qiáng)度。產(chǎn)品的高質(zhì)量和高壽命是贏得可客戶滿意的關(guān)鍵,所以組件板的封裝質(zhì)量非常重要。

流程

1、電池檢測(cè)

2、正面焊接—檢驗(yàn)

3、背面串接—檢驗(yàn)

4、敷設(shè)（玻璃清洗、材料切割、玻璃預(yù)處理、敷設(shè)）

5、層壓

6、去毛邊（去邊、清洗）

7、裝邊框（涂膠、裝角鍵、沖孔、裝框、擦洗余膠）

8、焊接接線盒

9、高壓測(cè)試

10、組件測(cè)試—外觀檢驗(yàn)

11、包裝入庫

質(zhì)量保證技巧

1、高轉(zhuǎn)換效率、高質(zhì)量的電池片；

2、高質(zhì)量的原材料,例如：高的交聯(lián)度的EVA、高粘結(jié)強(qiáng)度的封裝劑（中性硅酮樹脂膠）、高透光率高強(qiáng)度的鋼化玻璃等；

3、合理的封裝工藝

4、員工嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)；

由于太陽電池屬于高科技產(chǎn)品,生產(chǎn)過程中一些細(xì)節(jié)問題,一些不起眼問題如應(yīng)該戴手套而不戴、應(yīng)該均勻的涂刷試劑而潦草完事等都是影響產(chǎn)品質(zhì)量的大敵,所以除了制定合理的制作工藝外,員工的認(rèn)真和嚴(yán)謹(jǐn)是非常重要的。

光—熱—電轉(zhuǎn)換

光—熱—電轉(zhuǎn)換方式通過利用太陽輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電,一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣,再驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。前一個(gè)過程是光—熱轉(zhuǎn)換過程；后一個(gè)過程是熱—電轉(zhuǎn)換過程,與普通的火力發(fā)電一樣.太陽能熱發(fā)電的缺點(diǎn)是效率很低而成本很高,估計(jì)它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍.一座1000MW的太陽能熱電站需要投資20～25億美元,平均1kW的投資為2000～2500美元。因此,目前只能小規(guī)模地應(yīng)用于特殊的場(chǎng)合,而大規(guī)模利用在經(jīng)濟(jì)上很不合算,還不能與普通的火電站或核電站相競(jìng)爭。

光—電直接轉(zhuǎn)換

光—電直接轉(zhuǎn)換方式該方式是利用光電效應(yīng),將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能,光—電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件,是一個(gè)半導(dǎo)體光電二極管,當(dāng)太陽光照到光電二極管上時(shí),光電二極管就會(huì)把太陽的光能變成電能,產(chǎn)生電流。當(dāng)許多個(gè)電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源,具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點(diǎn).太陽能電池壽命長,只要太陽存在,太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比,太陽能電池不會(huì)引起環(huán)境污染；太陽能電池可以大中小并舉,大到百萬千瓦的中型電站,小到只供一戶用的太陽能電池組,這是其它電源無法比擬的

電池測(cè)試

由于電池片制作條件的隨機(jī)性,生產(chǎn)出來的電池性能不盡相同,所以為了有效的將性能一致或相近的電池組合在一起,所以應(yīng)根據(jù)其性能參數(shù)進(jìn)行分類；電池測(cè)試即通過測(cè)試電池的輸出參數(shù)（電流和電壓）的大小對(duì)其進(jìn)行分類。以提高電池的利用率,做出質(zhì)量合格的電池組件。

正面焊接

是將匯流帶焊接到電池正面（負(fù)極）的主柵線上,匯流帶為鍍錫的銅帶,我們使用的焊接機(jī)可以將焊帶以多點(diǎn)的形式點(diǎn)焊在主柵線上。焊接用的熱源為一個(gè)紅外燈（利用紅外線的熱效應(yīng)）。焊帶的長度約為電池邊長的2倍。多出的焊帶在背面焊接時(shí)與后面的電池片的背面電極相連

背面串接

背面焊接是將36片電池串接在一起形成一個(gè)組件串,我們目前采用的工藝是手動(dòng)的,電池的定位主要靠一個(gè)膜具板,上面有36個(gè)放置電池片的凹槽,槽的大小和電池的大小相對(duì)應(yīng),槽的位置已經(jīng)設(shè)計(jì)好,不同規(guī)格的組件使用不同的模板,操作者使用電烙鐵和焊錫絲將“前面電池”的正面電極（負(fù)極）焊接到“后面電池”的背面電極（正極）上,這樣依次將36片串接在一起并在組件串

的正負(fù)極焊接出引線。

層壓敷設(shè)

背面串接好且經(jīng)過檢驗(yàn)合格后,將組件串、玻璃和切割好的EVA 、玻璃纖維、背板按照一定的層次敷設(shè)好,準(zhǔn)備層壓。玻璃事先涂一層試劑（primer）以增加玻璃和EVA的粘接強(qiáng)度。敷設(shè)時(shí)保證電池串與玻璃等材料的相對(duì)位置,調(diào)整好電池間的距離,為層壓打好基礎(chǔ)。（敷設(shè)層次：由下向上：鋼化玻璃、EVA、電池片、EVA、玻璃纖維、背板）。

組件層壓

將敷設(shè)好的電池放入層壓機(jī)內(nèi),通過抽真空將組件內(nèi)的空氣抽出,然后加熱使EVA熔化將電池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷卻取出組件。層壓工藝是組件生產(chǎn)的關(guān)鍵一步,層壓溫度層壓時(shí)間根據(jù)EVA的性質(zhì)決定。我們使用快速固化EVA時(shí),層壓循環(huán)時(shí)間約為25分鐘。固化溫度為150℃。

修邊

層壓時(shí)EVA熔化后由于壓力而向外延伸固化形成毛邊,所以層壓完畢應(yīng)將其切除。

裝框

類似與給玻璃裝一個(gè)鏡框；給玻璃組件裝鋁框,增加組件的強(qiáng)度,進(jìn)一步的密封電池組件,延長電池的使用壽命。邊框和玻璃組件的縫隙用硅酮樹脂填充。各邊框間用角鍵連接。

焊接接線盒

在組件背面引線處焊接一個(gè)盒子,以利于電池與其他設(shè)備或電池間的連接。

高壓測(cè)試

高壓測(cè)試是指在組件邊框和電極引線間施加一定的電壓,測(cè)試組件的耐壓性和絕緣強(qiáng)度,以保證組件在惡劣的自然條件（雷擊等）下不被損壞。

組件測(cè)試

測(cè)試的目的是對(duì)電池的輸出功率進(jìn)行標(biāo)定,測(cè)試其輸出特性,確定組件的質(zhì)量等級(jí)。目前主要就是模擬太陽光的測(cè)試Standard test condition（STC）,一般一塊電池板所需的測(cè)試時(shí)間在7-8秒左右。

陣列設(shè)計(jì)步驟

1、計(jì)算負(fù)載24h消耗容量P

P=H/V

V——負(fù)載額定電源

2、選定每天日照時(shí)數(shù)T(H）。

3、計(jì)算太陽能陣列工作電流。

IP=P(1+Q)/T

Q——按陰雨期富余系數(shù),Q=0.21～1.00

4、確定蓄電池浮充電壓VF。

鎘鎳（GN）和鉛酸（CS）蓄電池的單體浮充電壓分別為1.4～1.6V和2.2V。

5、太陽能電池溫度補(bǔ)償電壓VT。

VT=2.1/430(T-25)VF

6、計(jì)算太陽能電池陣列工作電壓VP。

VP=VF+VD+VT

其中VD=0.5～0.7

約等于VF

7、太陽電池陣列輸出功率WP?平板式太陽能電板。

WP=IP×UP

8、根據(jù)VP、WP在硅電池平板組合系列表格,確定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的串聯(lián)塊數(shù)和并聯(lián)組數(shù)。

目前市場(chǎng)上大量產(chǎn)的單晶與多晶硅的太陽電池平均效率約在15%上下,也就是說,這樣的太陽電池只能將入射太陽光能轉(zhuǎn)換成15%可用電能,其余的85%都浪費(fèi)成無用的熱能。所以嚴(yán)格地說,現(xiàn)今太陽電池,也是某種型式的“浪費(fèi)能源”。當(dāng)然理論上,只要能有效的抑制太陽電池內(nèi)載子和聲子的能量交換,換言之,有效的抑制載子能帶內(nèi)或能帶間的能量釋放,就能有效的避免太陽電池內(nèi)無用的熱能的產(chǎn)生,大幅地提高太陽電池的效率,甚至達(dá)到超高效率的運(yùn)作。而這樣簡易的理論構(gòu)想,在實(shí)際的技術(shù)上,卻可以用不同的方法來執(zhí)行這樣的原則。超高效率的太陽電池（第三代太陽電池）的技術(shù)發(fā)展,除了運(yùn)用新穎的元件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),來嘗試突破其物理限制外,也有可能因?yàn)樾虏牧系囊�進(jìn),而達(dá)成大幅增加轉(zhuǎn)換效率的目的�！�

薄膜太陽電池 包括非晶硅太陽電池,CdTe 和 CIGS（copper indium gallium selenide）電池。雖然目前多數(shù)量產(chǎn)薄膜太陽電池轉(zhuǎn)換效率仍無法與晶硅太陽電池抗衡,但是其低制造成本仍然使其在市場(chǎng)有一席之地,且未來市場(chǎng)占有率仍會(huì)持續(xù)成長。

染料敏化太陽電池

染料感光太陽電池（Dye-sensitized solar cell,DSSC）是最近被開發(fā)出來的一種嶄新的太陽電池。DSsC也被稱為Grätzel cell,因?yàn)槭窃?991年由Grätzel等人發(fā)表的構(gòu)造和一般光伏特電池不同,其基板通常是玻璃,也可以是透明且可彎曲的聚合箔（polymer foil）,玻璃上有一層透明導(dǎo)電的氧化物（transparent conducting oxide,TCO）通常是使用FTO（SnO2:F）,然后長有一層約10微米厚的porous納米尺寸的 TiO2粒子（約10～20 nm）形成一nano-porous薄膜。然后涂上一層染料附著于TiO2的粒子上。通常染料是采用ruthenium polypyridyl complex。上層的電極除了也是使用玻璃和TCO外,也鍍上一層鉑當(dāng)電解質(zhì)反應(yīng)的催化劑,二層電極間,則注入填滿含有iodide/triiodide電解質(zhì)。雖然目前DSC電池的最高轉(zhuǎn)換效率約在12%左右（理論最高29﹪）,但是制造過程簡單,所以一般認(rèn)將大幅降低生產(chǎn)成本,也同時(shí)降低每度電的電費(fèi)。

串疊型電池

串疊型電池（Tandem Cell）屬于一種運(yùn)用新穎原件結(jié)構(gòu)的電池,借由設(shè)計(jì)多層不同能隙的太陽能電池來達(dá)到吸收效率最佳化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。目前由理論計(jì)算可知,如果在結(jié)構(gòu)中放入越多層數(shù)的電池,將可把電池效率逐步提升,甚至可達(dá)到50%的轉(zhuǎn)換效率。

光纖太陽能電池

光纖太陽能電池（Fiber-based solar cell 或者Fiber cell）由美國Wake Forest University納米與分子研究中心首先提出,并在美國《Applied Physics Letters》（doi:10.1063/1.3263947）和《Physical Review B》（DOI: 10.1103/PhysRevB.84.085206,2011）上報(bào)道了這種電池的最新成果。目前,它利用特有的光纖結(jié)構(gòu),并結(jié)合有機(jī)吸收層,達(dá)到了超出平面電池的吸收效率,并已被證明能夠很好的應(yīng)用到超光強(qiáng)的聚光型電站中。

透明太陽能電池

據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道,美國能源部布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室和洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們研發(fā)出了一種可吸收光線并將其大面積轉(zhuǎn)化成為電能的新型透明薄膜。這種薄膜以半導(dǎo)體和富勒烯為原料,具有微蜂窩結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究發(fā)表在最新一期的《材料化學(xué)》雜志上,論文稱該技術(shù)可被用于開發(fā)透明的太陽能電池板,甚至還可以用這種材料制成可以發(fā)電的窗戶�！∵@種材料由摻雜碳富勒烯的半導(dǎo)體聚合物組成。在嚴(yán)格控制的條件下,該材料可通過自組裝方式由一個(gè)微米尺度的六邊形結(jié)構(gòu)展開為一個(gè)數(shù)毫米大小布滿微蜂窩結(jié)構(gòu)的平面。

負(fù)責(zé)該研究的美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室多功能納米材料中心的物理化學(xué)家米爾恰·卡特萊特說,雖然這種蜂窩狀薄膜的制作采用了與傳統(tǒng)高分子材料（如聚苯乙烯）類似的工藝,但以半導(dǎo)體和富勒烯為原料,并使其能夠吸收光線產(chǎn)生電荷這還是第一次。

據(jù)介紹,該材料之所以還能在外觀上保持透明是因?yàn)榫酆衔镦溨慌c六邊形的邊緣緊密相連,而其余部分的結(jié)構(gòu)則較為簡單,以連接點(diǎn)為中心向外越來越薄。這種結(jié)構(gòu)具有連接作用,同時(shí)具有較強(qiáng)的吸收光線的能力,也有利于傳導(dǎo)電流,而其他部分相對(duì)較薄也更為透明,主要起透光的作用。

研究人員通過一種十分獨(dú)特的方式來編織這種蜂窩狀薄膜：首先在包含聚合物以及富勒烯在內(nèi)的溶液中加入一層極薄的微米尺度的小水滴。這些水滴在接觸到聚合物溶液后就會(huì)自組裝成大型陣列,而當(dāng)溶劑完全蒸發(fā)后,就會(huì)形成一塊大面積的六邊形蜂窩狀平面。此外,研究人員發(fā)現(xiàn)聚合物的形成與溶劑的蒸發(fā)速度緊密相關(guān),這相應(yīng)地又會(huì)決定最終材料的電荷傳輸速度。溶劑蒸發(fā)得越慢,聚合物的結(jié)構(gòu)就越緊湊,電荷傳輸速度也就越快。

“這是一種成本低廉而效益顯著的制備方法,很有潛力從實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用到大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)之中�！笨ㄌ厝R特說。

通過掃描探針式電子顯微鏡和熒光共焦掃描顯微鏡,研究人員證實(shí)了新材料蜂窩結(jié)構(gòu)的均勻性,并對(duì)其不同部位（邊緣、中心、節(jié)點(diǎn)）的光學(xué)性質(zhì)和電荷產(chǎn)生情況進(jìn)行了測(cè)試。

卡特萊特表示：“我們的工作讓人們對(duì)蜂窩結(jié)構(gòu)的光學(xué)特征有了更深的了解。下一步我們計(jì)劃將這種材料應(yīng)用于透明且可卷曲的柔性太陽能電池以及其他設(shè)備的制造當(dāng)中,以推動(dòng)這種蜂窩薄膜盡快進(jìn)入實(shí)用階段�！�