1　緒論

1.1　研究背景

隨著世界人口的不斷增長和經濟的持續發展，人類社會對于能源的需求越來越大。而以石油、煤炭等為代表的傳統能源供應已經越來越難以滿足日益增長的能源消耗。同時，這類化石燃料燃燒所釋放出的氣體和煙塵，也帶來了極為嚴重的環境問題。為應對能源短缺和環境惡化這兩大挑戰，現有的能源結構亟需做出改變。目前，世界很多國家都在積極推進新能源的研究與利用，以期調整現在過度依賴化石能源的能源結構，實現社會發展和環境保護的共贏。

一般來說，新能源包括太陽能、風能、地熱能、生物質能、潮汐能等非化石能源。相對于化石能源，新能源具有對環境友好、可再生、來源廣泛等優點，有著巨大的發展前景。太陽能作為新能源中最有潛力的一種，已經成為新能源開發利用中最為重要的一個領域。

太陽能的主要利用形式為太陽能發電，即利用太陽能電池的光伏效應，直接將太陽輻射轉換為電能輸出。太陽能發電具有無污染、無噪聲、易維護、不受地域限制、與現有電力系統兼容等優點，是一種十分理想的太陽能利用形式。

太陽能電池是太陽能發電系統的中心部件。1839年，Becquerel發現了光伏效應（photovoltaic effect）［1］。Fritts在1883年采用硒和金首次制備出了固態的太陽能電池。1954年，美國貝爾實驗室使用硅材料首次制備了　PN結型的太陽能電池，電池的效率達到了6%［2］。之后太陽能電池得到了實際應用。在1958年美國發射升空的Vanguard衛星上使用了硅太陽能電池板。隨后在1959年，Hoffman公司推出了效率達10%的硅太陽能電池板。在同一時期，CdTe太陽能電池的相關研究也開始起步［3］。1970年，蘇聯的Zhores Alferov等人首次報道了GaAs太陽能電池［4］。Carlson等人在1976年發表了關于非晶硅太陽能電池的研究，電池的結構為p-i-n型，效率達到2.4%［5］。Kazmerski等人在1976年第一次報道了基于CulnSe的異質結薄膜太陽能電池，電池效率在4%～5%范圍［6］。1985年，澳大利亞的新南威爾士大學制成了效率大于20%的晶體硅太陽能電池［7］。1991年，Gratzel小組在染料敏化太陽能電池的研究上取得了突破性的進展［8］。1999年，新南威爾士大學的G reen小組將單晶硅太陽能電池提高到了24.7%［9］。該小組也一直保持著單晶硅太陽能電池的世界紀錄［10］。

進入新世紀以來，隨著人們對能源需求的不斷增長以及對環境問題的關注，太陽能電池獲得了更廣泛的應用。近年來太陽能電池產業一直保持著較高的增長率，2010年，全球太陽能電池組件的累計裝機容量已達到了40GW［11］。當前市場上主流的傳統硅基太陽能電池的效率提升已現瓶頸。現有的太陽能電池技術存在著電池效率低、成本高昂等問題，不足以支撐未來太陽能產業的發展。這些問題的解決亟需在太陽能電池領域提出新的概念，研究新的材料和制備技術等。