太阳能电池材料及分类
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不同的太阳能电池与不同的光源的匹配程度是不一样的。 光强和光谱的不同，会引起太阳能电池输出的变动。 例如，有的电池在太阳光照射下能确定转换效率，但在荧光灯这 样的室内光源下就无法得到有效的光电转换。 就人眼的感觉而
言，在室外太阳光下和在室内荧光灯下，其亮度并不觉得差别很
大。但其能量的绝对值却相差数百倍。由于各种太阳能电池的光 谱特性不同，所以太阳能电池的输出特性随所用的光源的光谱不 同而变化较大。
自然界的物质存在按导电性可分为三类：
导体、 半导体、 绝缘体
对于绝缘体，本身导电很困难，故不适合作为光伏发电的材料
导体：金属
光电效应
物质吸收光子（photon）并激发出自由 电子的行为。当金属表面在特定的光辐 照作用下，金属会吸收光子并发射电子 （electron），发射出来的电子叫做光 电子（photoelectron）。由公式所 推:
无机化合物太阳能电池
(1)单晶化合物太阳能电池
单晶化合物太阳能电池主要有 砷化镓( GaAs)太阳能电池。砷化镓 的能隙为1.4eV，是很理想的电池材
料。
这是单结电池中效率最高的电 池，多结聚光砷化镓电池的转换效率 已超过40%。所以早期在空间得到了 应用。 但是砷化镓电池价格昂贵，而且 砷是有毒元素，所以极少在地面应用。
(2)多晶化合物太阳能电池
多晶化合物太阳能电池的 类型很多，目前已实际应用的
主要有碲化镉(CdTe)太阳能电
池、铜铟镓硒( CIGS)太阳能电 池等。
(2)多晶化合物太阳能电池
碲化镉太阳能电池：PVD（物理气相沉积）工艺、溅射 工艺
(2)多晶化合物太阳能电池
铜铟镓硒（CIGS）太阳 能电池是近年发展起来的新型 太阳能电池，通过磁控溅射、 真空蒸发等方法，在基底上沉 积铜铟镓硒薄膜，薄膜制作方 法主要有多元分步蒸发法和金 属预置层后硒化法等。
太阳光谱的能量分布曲线：能量为纵坐标、波长为横坐标
尽管太阳辐射的波长范围很宽，但绝大部分的能量却集中在0.22 －4微米的波段内，占总能量的99%。其中可见光波段约占43%， 红外波段约占48.3%，紫外波段约占8.7%。而能量分布最大值所 对应的波长则是0.475微米，属于蓝色光。
导体（金属）材料中的电子移动受到的反作用力大，产生的自由 电子少，电子要剥离需要克服表明势能，而金属表面势能较大， 光子激发的电子能量小，无法提供剥离的能量，所以不适合作为 光伏电池的材料； 对于半导体材料：帶隙比较适合太阳光谱范围的材料 普遍在元素周期表的Ⅳ族、Ⅱ-Ⅵ族、Ⅲ-Ⅴ族等半导体 容易制成PN结，所以适合作为光伏电池的材料；
太阳能电池材料与分类
太阳能电池应选用什么样的材料?
材料永远起着决定一代社会科技水平的关键作用，太阳能光伏发
电的历史伴随着是太阳能电池材料的选择、开发和结构创新的历
史。 开发太阳能电池的两个关键问题是提高转换效率和降低成本。
太阳能电池材料
1.太阳光的光谱分析
太阳光谱的能量分布曲线：能量为纵坐标、波长为横坐标
等宽禁带的氧化物型的纳
米级半导体为电极，使用 染料敏化、无机窄禁带宽
度半导体敏化、过渡金属
离子掺杂敏化、有机染料/ 无机半导体复合敏化以及T
iO2表面沉积贵金属等方法
制成的太阳能电池。
OLED研发中心
我国太阳能电池现状与发达国家比较
1. 美国First Solar：1100MW
2. 中国无锡尚德：704MW------>2010年产能达1.8GW
光伏电池发电原理
太阳能电池材料一般的要求：
1、材料的禁带不能太宽；
2、要有较高的光电转换效率；
3、材料本身对环境不造成污染；
4、材料便于工业化生产且材料性能稳定。
太阳能电池的分类、各类的特点和研
发方向。
太阳能电池
无机太阳能电池 有机太阳能电池 光化学太阳能电池
块状太阳能电池
薄膜太阳能电池 多晶硅 非晶硅 化合物半导体薄膜型 太阳能电池 砷化镓 碲化镉 铜铟镓硒
由于光的颜色（波长）不同，转变为电的比例也不同，这种特性 称为光谱特性。
光谱特性通常用收集效率来表示；所谓收集效率就是用百分数
（% ）来表示一单位的光（一个光子）入射到太阳能电池上，产
生多少电子（和空穴）。
从太阳能电池的应用角度来说，太阳能电池的光谱特性与光源的辐
射光谱特性相匹配是非常重要的，这样可以更充分地利用光能和提 高太阳能电池的光电转换效率。
多晶硅太 阳能电池
单晶硅太 阳能电池
硅薄膜型太阳能电池
光伏电池的分类（按材料）：
一、晶硅电池
单晶硅光伏电池
多晶硅光伏电池 非晶硅薄膜电池（a-Si）
二、硅基薄膜电池 微晶硅薄膜电池 (uc-Si) 三、多元化合物薄膜电池 砷化镓（GaAs）薄膜电池 碲化镉（CdTe）、铜铟硒（CIS）薄膜电池 四、染料敏化纳米晶电池 五、有机聚合物电池 六、新一代太阳能电池：量子、纳米、聚光、石墨烯等
3. 日本夏普：595MW 4. 德国Q-Cells：586MW
5. 中国英利绿色能源：525.3MW ----->2010年产能达1.3GW
基底一般用玻璃，也可以
用不锈钢作为柔性村底。
OLED研发中心
薄膜太阳能电池
指利用薄膜技术将很薄的半 导体光电材料铺在非半导体的村 底上面构成的光伏电池。 这种电池可大大地减少半导 体材料的消耗（薄膜厚度以μm计） 从而大大地降低了光伏电池的成 本。 可用于构成薄膜光伏电池的 材料有很多种．主要包括多晶硅、 非晶硅、碲化镉以及CIGS等。
尽管太阳辐射的波长范围很宽，但绝大部分的能量却集中在0.22 －4微米的波段内，占总能量的99%。其中可见光波段约占43%， 红外波段约占48.3%，紫外波段约占8.7%。而能量分布最大值所 对应的波长则是0.475微米，属于蓝色光。
太阳能电池并不能把 任何一种 光 都 同样 地转换成电。
例如：通常红光转变为电的比例与蓝光转变为电的比例是不同的。
电子科技大学OLED研发中心
有机化合物太阳能电池 （按基体材料分 ）
1. 有机化合物太阳能电池 以酞菁、卟啉、苝、叶 绿素等为基体材料的太阳能 电池。如有机PN结太阳能电
池，有机肖特基太阳能电池
等。 如聚乙烯太阳能ห้องสมุดไป่ตู้池、 共轭聚合物/C60复合体系太
阳能电池等。
2. 敏化纳米晶太阳能电池
以TiO2、ZnO、SnO2
言，在室外太阳光下和在室内荧光灯下，其亮度并不觉得差别很
大。但其能量的绝对值却相差数百倍。由于各种太阳能电池的光 谱特性不同，所以太阳能电池的输出特性随所用的光源的光谱不 同而变化较大。
自然界的物质存在按导电性可分为三类：
导体、 半导体、 绝缘体
对于绝缘体，本身导电很困难，故不适合作为光伏发电的材料
导体：金属
光电效应
物质吸收光子（photon）并激发出自由 电子的行为。当金属表面在特定的光辐 照作用下，金属会吸收光子并发射电子 （electron），发射出来的电子叫做光 电子（photoelectron）。由公式所 推:
无机化合物太阳能电池
(1)单晶化合物太阳能电池
单晶化合物太阳能电池主要有 砷化镓( GaAs)太阳能电池。砷化镓 的能隙为1.4eV，是很理想的电池材
料。
这是单结电池中效率最高的电 池，多结聚光砷化镓电池的转换效率 已超过40%。所以早期在空间得到了 应用。 但是砷化镓电池价格昂贵，而且 砷是有毒元素，所以极少在地面应用。
(2)多晶化合物太阳能电池
多晶化合物太阳能电池的 类型很多，目前已实际应用的
主要有碲化镉(CdTe)太阳能电
池、铜铟镓硒( CIGS)太阳能电 池等。
(2)多晶化合物太阳能电池
碲化镉太阳能电池：PVD（物理气相沉积）工艺、溅射 工艺
(2)多晶化合物太阳能电池
铜铟镓硒（CIGS）太阳 能电池是近年发展起来的新型 太阳能电池，通过磁控溅射、 真空蒸发等方法，在基底上沉 积铜铟镓硒薄膜，薄膜制作方 法主要有多元分步蒸发法和金 属预置层后硒化法等。
太阳光谱的能量分布曲线：能量为纵坐标、波长为横坐标
尽管太阳辐射的波长范围很宽，但绝大部分的能量却集中在0.22 －4微米的波段内，占总能量的99%。其中可见光波段约占43%， 红外波段约占48.3%，紫外波段约占8.7%。而能量分布最大值所 对应的波长则是0.475微米，属于蓝色光。
导体（金属）材料中的电子移动受到的反作用力大，产生的自由 电子少，电子要剥离需要克服表明势能，而金属表面势能较大， 光子激发的电子能量小，无法提供剥离的能量，所以不适合作为 光伏电池的材料； 对于半导体材料：帶隙比较适合太阳光谱范围的材料 普遍在元素周期表的Ⅳ族、Ⅱ-Ⅵ族、Ⅲ-Ⅴ族等半导体 容易制成PN结，所以适合作为光伏电池的材料；
太阳能电池材料与分类
太阳能电池应选用什么样的材料?
材料永远起着决定一代社会科技水平的关键作用，太阳能光伏发
电的历史伴随着是太阳能电池材料的选择、开发和结构创新的历
史。 开发太阳能电池的两个关键问题是提高转换效率和降低成本。
太阳能电池材料
1.太阳光的光谱分析
太阳光谱的能量分布曲线：能量为纵坐标、波长为横坐标
等宽禁带的氧化物型的纳
米级半导体为电极，使用 染料敏化、无机窄禁带宽
度半导体敏化、过渡金属
离子掺杂敏化、有机染料/ 无机半导体复合敏化以及T
iO2表面沉积贵金属等方法
制成的太阳能电池。
OLED研发中心
我国太阳能电池现状与发达国家比较
1. 美国First Solar：1100MW
2. 中国无锡尚德：704MW------>2010年产能达1.8GW
光伏电池发电原理
太阳能电池材料一般的要求：
1、材料的禁带不能太宽；
2、要有较高的光电转换效率；
3、材料本身对环境不造成污染；
4、材料便于工业化生产且材料性能稳定。
太阳能电池的分类、各类的特点和研
发方向。
太阳能电池
无机太阳能电池 有机太阳能电池 光化学太阳能电池
块状太阳能电池
薄膜太阳能电池 多晶硅 非晶硅 化合物半导体薄膜型 太阳能电池 砷化镓 碲化镉 铜铟镓硒
由于光的颜色（波长）不同，转变为电的比例也不同，这种特性 称为光谱特性。
光谱特性通常用收集效率来表示；所谓收集效率就是用百分数
（% ）来表示一单位的光（一个光子）入射到太阳能电池上，产
生多少电子（和空穴）。
从太阳能电池的应用角度来说，太阳能电池的光谱特性与光源的辐
射光谱特性相匹配是非常重要的，这样可以更充分地利用光能和提 高太阳能电池的光电转换效率。
多晶硅太 阳能电池
单晶硅太 阳能电池
硅薄膜型太阳能电池
光伏电池的分类（按材料）：
一、晶硅电池
单晶硅光伏电池
多晶硅光伏电池 非晶硅薄膜电池（a-Si）
二、硅基薄膜电池 微晶硅薄膜电池 (uc-Si) 三、多元化合物薄膜电池 砷化镓（GaAs）薄膜电池 碲化镉（CdTe）、铜铟硒（CIS）薄膜电池 四、染料敏化纳米晶电池 五、有机聚合物电池 六、新一代太阳能电池：量子、纳米、聚光、石墨烯等
3. 日本夏普：595MW 4. 德国Q-Cells：586MW
5. 中国英利绿色能源：525.3MW ----->2010年产能达1.3GW
基底一般用玻璃，也可以
用不锈钢作为柔性村底。
OLED研发中心
薄膜太阳能电池
指利用薄膜技术将很薄的半 导体光电材料铺在非半导体的村 底上面构成的光伏电池。 这种电池可大大地减少半导 体材料的消耗（薄膜厚度以μm计） 从而大大地降低了光伏电池的成 本。 可用于构成薄膜光伏电池的 材料有很多种．主要包括多晶硅、 非晶硅、碲化镉以及CIGS等。
尽管太阳辐射的波长范围很宽，但绝大部分的能量却集中在0.22 －4微米的波段内，占总能量的99%。其中可见光波段约占43%， 红外波段约占48.3%，紫外波段约占8.7%。而能量分布最大值所 对应的波长则是0.475微米，属于蓝色光。
太阳能电池并不能把 任何一种 光 都 同样 地转换成电。
例如：通常红光转变为电的比例与蓝光转变为电的比例是不同的。
电子科技大学OLED研发中心
有机化合物太阳能电池 （按基体材料分 ）
1. 有机化合物太阳能电池 以酞菁、卟啉、苝、叶 绿素等为基体材料的太阳能 电池。如有机PN结太阳能电
池，有机肖特基太阳能电池
等。 如聚乙烯太阳能ห้องสมุดไป่ตู้池、 共轭聚合物/C60复合体系太
阳能电池等。
2. 敏化纳米晶太阳能电池
以TiO2、ZnO、SnO2