1.3　太陽能電池分類

1.3.1　硅基太陽能電池

硅太陽能電池包括單晶硅、多晶硅和非晶硅太陽能電池，是目前市場上占統治地位的一類太陽能電池。同時，硅基太陽能電池的相關技術也最為成熟，具備可大規模生產的能力。單晶硅太陽能是目前效率最高的商用電池之一，實驗室單晶硅的轉換效率已經達到25%［12］。單晶硅電池具有原料豐富、生產技術成熟、性能穩定等優點，缺點是制造成本較高。多晶硅電池對硅材料品質的要求低于單晶硅電池，制造成本較低。多晶硅電池的理論轉換效率約為20%，目前實際產品的效率約為12%～14%。多晶硅電池較好地平衡了效率和成本的矛盾。非晶硅又稱無定形硅，它的原子排列呈現出無定形的狀態。非晶硅太陽能電池的效率較低，現有產品效率都在10%以下。但因其制造工藝簡單，使用材料少（薄膜形態）等特點，也具有廣泛的應用前景。

1.3.2　Ⅲ-Ⅴ族化合物電池

Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體主要包括GaAs、InP以及GaInP、AIGaInP、GaInNAs等。這些材料具備直接帶隙、較高的光吸收系數、良好的抗輻射性能和較小的溫度系數等優點，是制造太陽能電池的理想材料。但因其材料價格高昂、制備工藝復雜、成本遠高于硅基太陽能電池，因而除宇宙空間應用外，地面應用很少。近年來隨著疊層電池技術和聚光技術的發展，Ⅲ-Ⅴ族化合物電池的地面應用也逐漸成為可能。目前，聚光多節疊層太陽能電池的效率已達到40%以上［13］。

1.3.3　多元化合物太陽能電池

多元化合物主要以CIS、CIG（S，Se）、CZT（S，Se）等材料為代表，其中GIGS電池是近些年的研究熱點，取得了飛速的發展，其實驗室效率已經達到20%左右［14］。這類太陽能電池的吸收層化合物材料是直接帶隙，且通過元素替代其禁帶寬度可連續調整。同時，這類材料還具有很高的光吸收系數，制備成的太陽能電池厚度僅為幾微米，有助于減小制造成本和原料消耗。CIG（S，Se）電池的主要缺點是其制造需要In、Ga兩種蘊藏量極少的元素，這限制了它的大規模生產。CZT（S，Se）與CIG（S，Se）原子結構十分相似，同樣為直接帶隙，并具有很大的光吸收系數［15］。構成CZTS材料的主要元素為Cu、Zn、Sn 、S和Se，都是地球上含量較為豐富的元素。因此，CZT（S，Se）太陽能電池被認為是CIG（S，Se）太陽能電池的理想替代品。

1.3.4　染料敏化太陽能電池

染料敏化太陽能電池（Dye-Sensitized Solar Cell）是一種由光敏電極和電解質構成的低成本薄膜太陽能電池［16］。不同于其他類型的太陽能電池，在染料敏化太陽能電池中，光子的吸收和載流子輸運這兩個功能是由不同的材料完成的［17］。染料敏化太陽能電池的組成通常包括導電基底、TiO2多孔納米薄膜、染料光敏化劑、電解質和對電極等部分。其中，染料光敏化劑是最重要的材料之一，直接影響著電池的光電轉換效率，因而是近些年一個熱門的研究方向。相較于其他太陽能電池，染料敏化太陽能電池具有制造工藝簡單、成本低廉等優點，但同時也存在著效率較低、穩定性欠佳和壽命較短等不足，距離實際應用還有相當的距離，雖然目前染料敏化太陽能電池的效率已達10%以上［10］。

1.3.5　新概念太陽能電池

近年來一些新概念的太陽能電池技術，如量子點電池、熱載流子電池等也開始涌現并有了不同程度的發展，以期突破傳統單結太陽能電池的Shockley-Queisser效率極限［18］。

量子點（Quantum Dot）是一種準零維的納米顆粒［19］。不同于傳統的半導體材料，量子點材料的禁帶寬度受量子點大小的影響，可在一個比較大的范圍內變化，并形成中間能帶，因而可以更高效地利用太陽光譜中的光子能量。目前量子點PN結太陽能電池的研究還處在探索階段，研究主要集中在金屬—半導體太陽能電池、聚合物—半導體混合太陽能電池以及量子點敏化太陽能電池幾個方面［20］。

在傳統太陽能電池中，熱載流子冷卻是太陽能電池效率降低的原因之一。熱載流子電池的基本思想就是在熱載流子冷卻之前將其收集，以提高電池的開路電壓。經過理論計算，熱載流子電池的極限效率可達85%［21］。現階段，基于量子阱的熱載流子太陽能電池的研究已經取得了一定的成果［22-23］。