有机无机杂化太阳能电池
钙钛矿太阳能电池的光物理原理
钙钛矿太阳能电池的光物理原理钙钛矿太阳能电池的光物理溶液制备法制备的有机-无机杂化钙钛矿型太阳能电池，是光伏领域的一种新型太阳能电池新型材料，其光电转换效率已经超过17%，并且在该领域产生了巨大影响。
这篇文章中，在这类新的光伏材料中，关于载流子动力学和电荷转移机制中的光物理和新的发现，进行了检验和提炼。
一些开放性物理问题也将被讨论。
关键词：甲基氨碘化铅，钙钛矿型太阳能电池，光物理，瞬态吸收光谱，电荷动力学，电荷转移机制有机无机杂化钙钛矿型太阳能电池（或简单的钙钛矿型太阳能电池）是在低成本光电池的研究中的最主要的突破。
在这大约5年的期间里，这些溶液加工制备的太阳能电池成为第三代太阳能电池的先驱，比如有机太阳能电池，染料敏化太阳能电池，量子点太阳能电池。
尽管，在最近举行的材料研究学会2014春季会议报告中声称，电池的转化效率已经达到了19.3%，但是到目前为止，能够证明确定的记录是17.9%，而在2009年，这个记录只有3.8%。
相比较而言，染料敏化太阳能电池需要二十多年的研究才超过10%的转化效率。
尽管在器件性能的显著增加，但钙钛矿型太阳能电池中的光物理机制仍然是不明确的。
在本文中，我将首先简要地回顾了目前的钙钛矿型太阳能电池领域的进展，然后追踪一下光物理研究的发展。
我还会强调一下钙钛矿中电子和空穴的扩散长度，CH3NH3PbI3的热空穴冷却动力学和放大自发辐射的发现。
最后，在这些材料中，一些关于光物理的问题也会进行讨论。
2.有机无机钙钛矿太阳能电池2.1 三维的有机无机钙钛矿电池的结构钙钛矿是一般化学式为AMX3 化合物的总称。
A阳离子在立方晶胞的8个角上，M阳离子被6个X阴离子包围，位于[PbI6]4- 八面体的中心。
如图1，CH3NH3PbI3情况。
尽管钛酸钙的通用名称有着相同的“钙钛矿”标签，但有机无机钙钛矿材料与他们同名仅仅是因为他们的结构。
在纳米科学发展的19世纪80年代，这类杂化材料能够形成三维（3D）到零维（0-D）与[PbI6]4- 八面体单元的类似物，直到把晶胞已作为广泛应用在半导体介观量子限制效应模型而深入研究。
无毒杂化钙钛矿太阳能电池的第一性原理研究
无毒杂化钙钛矿太阳能电池的第一性原理研究摘要：有机-无机杂化钙钛矿近几年受到世界科学家的广泛关注。
它有着高效的光电转化效率以及低成本的制备方法，属于太阳能电池领域的一颗新星。
然而大部分类似的材料都是铅基的，属于有毒物质。
在这项工作中，基于密度泛函理论计算系统地研究了无毒锡基的 CH3NH3SnI3和CH3NH3SnBr3两种钙钛矿材料的结构和电子特性。
通过计算，我们优化出来两种材料的晶体结构，得到晶格常数并完成他们的晶体模型搭建。
同时，发现它的电子特性在很大程度上取决于有机分子CH3NH3、卤原子（I和Br）。
根据计算发现，这两种材料的晶体结构会随着卤原子的改变而发生变化，同时他们的带隙也会相应的变化。
相信这两种材料有机会可以替代有毒的铅基钙钛矿太阳能电池，未来得到广泛的使用。
1.引言迄今为止，在世界各地的能源依旧依靠传统能源，例如煤炭石油。
由于这些传统能源在使用过程中会对环境造成很大的污染，因此可再生能源技术的发展对于全球的能源供应有着非常重要的作用和意义。
可再生能源里，其中最为重要的一种就是太阳能。
太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源一直受到广泛的关注和研究。
其中，太阳能电池就是一个很好的应用案例。
在电阳能电池的整体结构里，其中最核心的就是吸光材料。
一个优秀的吸光材料应该至少满足三个基本要求：1）合适的能带间隙；2）较高的电子-空穴分离长度；3）高的载流子迁移率。
杂化钙钛矿材料可以很好的满足这些要求。
目前为止，杂化钙钛矿太阳能电池最高的光电转换效率可以达到24%，和硅电池相媲美。
与此同时，这种材料的制备工艺非常简单廉价，一直被寄予厚望。
杂化钙钛矿材料的分子式是ABX3，其中A是甲基铵（CH3NH3）或甲脒（NH2CHNH2），B是铅Pb或锡Sn，X可以是Cl、Br、I或它们的各种组合。
目前，大部分的杂化钙钛矿太阳能电池都是铅基的。
铅是一种有毒的化学物质，它对人体和环境都有着不可逆的伤害和污染。
钙钛矿电池的结构
钙钛矿电池是一种新型的太阳能电池，采用钙钛矿结构的半导体材料作为光敏材料。
它具有优异的光电转换效率和较低的制造成本，被广泛认为是下一代太阳能电池的候选技术之一。
钙钛矿电池的基本结构包括透明导电玻璃（TCO）衬底、n型电子传输层、钙钛矿光敏层、p型传输层和金属背接触。
下面我会逐层详细介绍它们的结构和功能。
1. 透明导电玻璃（（TCO）衬底：作为钙钛矿电池的底部，透明导电玻璃衬底具有高透明度和良好的电导率。
它可以允许光线进入电池，并且提供一个电流的集电点。
2. n型电子传输层：位于衬底上方，n型电子传输层主要起到电子输运的作用。
它通常采用二氧化钛（（TiO2）或氧化锌（（ZnO）等材料，并通过电子传输和集电网格将电子引导到电池的外部线路。
3. 钙钛矿光敏层：钙钛矿光敏层是钙钛矿电池的关键部分。
典型的钙钛矿材料是一种有机无机杂化材料，包括有机阳离子（通常是甲胺阳离子）和无机阳离子（通常是铅离子）。
这种结构使得钙钛矿光敏层具有优异的光电转换性能。
4. p型传输层：p型传输层位于钙钛矿光敏层的顶部，主要用于传输正空穴，并帮助钙钛矿吸收更多的光线。
常用的材料有有机材料，如聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT:PSS）。
5. 金属背接触：金属背接触位于电池的顶部，用于收集电子和正空穴，并将它们引导到电池外部的电路中。
总而言之，钙钛矿电池的结构包括透明导电玻璃衬底、n型电子传输层、钙钛矿光敏层、p 型传输层和金属背接触。
这种结构的设计旨在实现高效的光电转换并收集产生的电子和正空穴，以产生可用的电能。
钙钛矿电池的结构设计和材料选择对于提高光电转换效率和稳定性至关重要。
新型太阳能电池材料的研究进展
新型太阳能电池材料的研究进展一、背景介绍太阳能电池是一种利用光合成原理将太阳能转化为电能的设备。
在人们对环境保护意识不断增强的今天，太阳能电池正逐渐成为一种主流的清洁能源。
二、目前太阳能电池的材料1.硅太阳能电池硅太阳能电池是目前应用最广泛的太阳能电池，在市场上占有较大的份额。
硅太阳能电池的优点是安全可靠，使用寿命长，适合大规模应用，但是其价格较高。
2.无机卤素太阳能电池无机卤素太阳能电池是一种新型太阳能电池。
和硅太阳能电池相比，无机卤素太阳能电池对石油依赖度较低，成本较低，太阳能转化效率较高，但是其还处于研究阶段，本体材料不够稳定。
3.有机太阳能电池有机太阳能电池由于采用的是有机材料，因此其制造成本和能源消耗都很低。
但是有机材料的稳定性较差，且目前该类太阳能电池的效率较低，对于实际应用还存在技术难题。
三、新型太阳能电池材料1.钙钛矿太阳能电池钙钛矿太阳能电池是近年来崛起的一种新型太阳能电池。
钙钛矿太阳能电池的光电转化效率高，材料成本低廉，但是其材料的稳定性有待提高。
2.过渡金属氧化物太阳能电池过渡金属氧化物太阳能电池是一种利用过渡金属氧化物作为电子输运材料的太阳能电池。
这种太阳能电池具有结构简单、制造成本低廉、太阳能转化效率高等特点，是未来发展方向之一。
3.有机无机杂化太阳能电池有机无机杂化太阳能电池将有机材料和无机材料结合在一起制成。
该类太阳能电池的优点是具有较高的转化效率和较长的使用寿命。
四、新型太阳能电池的发展趋势随着全球对于环境保护的要求日益提高，太阳能电池必将成为未来崛起的关键产业之一。
要想发展出更加高效、稳定的太阳能电池，就需要不断拓展新型材料的应用。
五、结论在这篇文章中，我们简单介绍了目前太阳能电池使用的材料，同时也详细地讲述了钙钛矿、过渡金属氧化物、有机无机杂化等新型太阳能电池材料的研究进展。
希望这些进展可促进太阳能电池技术的发展和应用，实现人们对于环境保护的愿望。
有机无机杂化材料的应用
有机无机杂化材料的应用
有机无机杂化材料是一种组成复杂、结构多样的材料，它由有机分子和无机物质通过化学键结合而成。
这种杂化材料具有很好的可调性、可控性和多功能性，因此在许多领域得到广泛应用。
在能源领域，有机无机杂化材料可以作为太阳能电池和燃料电池的电极材料，具有高效率、稳定性和可再生性等优点。
在光电子技术领域，有机无机杂化材料可以作为光电转换器件和荧光探针等，具有优异的光学性能和信号灵敏度。
在生物医学领域，有机无机杂化材料可以用于药物传递和生物成像等，具有良好的生物相容性和药物控释性能。
此外，有机无机杂化材料还广泛应用于催化、传感、分离等领域。
如在催化领域，有机无机杂化材料可以作为催化剂和吸附剂，具有高效性、选择性和可再生性等特点。
在传感领域，有机无机杂化材料可以作为化学、生物和环境传感器，对环境因素和生物分子等具有高灵敏度和高选择性。
在分离领域，有机无机杂化材料可以作为分离材料和膜材料，具有高效性、选择性和重复使用性等优点。
总之，有机无机杂化材料具有广泛的应用前景，将为各个领域的研究和应用带来更多可能性。
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有机无机杂化钙钛矿材料的电子应用
有机无机杂化钙钛矿材料的电子应用有机无机杂化钙钛矿材料是一种具有卓越光电性能的新型材料，近年来在电子领域引起了广泛关注。
它们融合了有机和无机组分的优点，具备了高效的光电转换效率和优异的稳定性，因此在太阳能电池、光电器件等领域有着巨大的应用潜力。
一、太阳能电池领域有机无机杂化钙钛矿材料在太阳能电池领域发挥重要作用。
传统的硅太阳能电池受到了成本高昂、重量大、制造过程复杂等问题的限制，而有机无机杂化钙钛矿太阳能电池则具备了制造成本低、重量轻、制备工艺简单等优势。
这些材料通过特殊的晶体结构和电子传输机制，能够有效地吸收和利用光能，从而将太阳能高效地转化为电能。
研究表明，有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的转换效率已经达到了20%以上，且还具备较好的稳定性和长期可靠性。
二、光电器件领域除了在太阳能电池领域，有机无机杂化钙钛矿材料还在其他光电器件领域展示了广阔的应用前景。
例如，它们可以用于光电探测器的制备。
有机无机杂化钙钛矿材料的能带结构和电子传输性质使其具备了优异的光电探测性能，能够高效地吸收和转换光信号。
这种材料的光电探测器在低成本、高灵敏度和快速响应速度等方面具备优势，因此在光通信、光传感等领域有着广泛的应用前景。
三、发光器件领域有机无机杂化钙钛矿材料还可用于发光器件的制备。
这些材料的优点在于发光效率高且色纯度好。
通过调控材料的组分和结构，可以实现不同波长的发光，因此在显示器件、照明器件等领域具备了广泛的应用潜力。
此外，有机无机杂化钙钛矿材料还具备易于制备、成本低廉等特点，使其在替代传统发光材料方面有着巨大的优势。
综上所述，有机无机杂化钙钛矿材料在电子领域具备广泛的应用前景。
通过利用这些材料的独特性质和优势，可以实现高效能源转换、高灵敏探测和高亮度发光等应用。
因此，加大对于有机无机杂化钙钛矿材料的研究和开发，将有助于推动电子领域的创新和发展，为可持续发展做出更大的贡献。
钙钛矿电池分类
钙钛矿电池分类
钙钛矿电池是一种新型的太阳能电池，具有高效率、低成本、环保等优点，因此备受关注。
根据其结构和材料的不同，钙钛矿电池可以分为以下几类。
1. 有机钙钛矿电池
有机钙钛矿电池是一种基于有机-无机杂化钙钛矿材料的太阳能电池。
其优点在于制备简单、成本低、可塑性好等。
但是，由于有机材料的不稳定性，其稳定性和寿命相对较短。
2. 纳米晶钙钛矿电池
纳米晶钙钛矿电池是一种基于纳米晶钙钛矿材料的太阳能电池。
其优点在于制备简单、成本低、效率高等。
但是，由于纳米晶材料的表面缺陷和不稳定性，其稳定性和寿命相对较短。
3. 固态钙钛矿电池
固态钙钛矿电池是一种基于固态钙钛矿材料的太阳能电池。
其优点在于稳定性和寿命较长、效率高等。
但是，由于制备难度大、成本高等
原因，目前还处于研究阶段。
4. 染料敏化钙钛矿电池
染料敏化钙钛矿电池是一种基于染料敏化钙钛矿材料的太阳能电池。
其优点在于制备简单、成本低、效率高等。
但是，由于染料的不稳定
性和寿命相对较短，其稳定性和寿命需要进一步提高。
总之，钙钛矿电池具有广阔的应用前景，但是不同类型的钙钛矿电池
都存在一定的优缺点，需要根据具体应用场景选择合适的类型。
未来，随着技术的不断进步和研究的深入，钙钛矿电池的性能和稳定性将会
得到进一步提高，为太阳能发电提供更加可靠和高效的解决方案。
有机太阳能电池的分类
有机太阳能电池的分类有机太阳能电池是一种利用有机材料将太阳能转化为电能的装置。
根据其不同的结构和材料特性，有机太阳能电池可以分为有机聚合物太阳能电池、有机小分子太阳能电池和有机无机杂化太阳能电池三类。
有机聚合物太阳能电池是其中最常见的一种类型。
它由有机聚合物材料构成，具有较高的光吸收性能和良好的柔韧性。
有机聚合物太阳能电池的工作原理是，太阳光照射到光敏材料上时，光子的能量被转化为电子能量，从而产生电流。
这种电池具有制备简单、成本低廉的优点，可以在柔性电子器件、电子纸等领域得到广泛应用。
有机小分子太阳能电池是另一种常见的有机太阳能电池。
与有机聚合物太阳能电池不同，有机小分子太阳能电池采用小分子有机材料作为光敏层，其结构更加精细和复杂。
这种电池的工作原理是，光子的能量激发光敏材料中的电子，使其跃迁到导电层，从而形成电流。
有机小分子太阳能电池具有高效率和较长的寿命等优点，但其制备过程较为复杂，成本较高。
有机无机杂化太阳能电池是近年来发展起来的一种新型太阳能电池。
它采用有机物和无机物相结合的材料作为光敏层，兼具有机太阳能电池和无机太阳能电池的优点。
有机无机杂化太阳能电池的工作原理是，光敏材料中的有机分子吸收光子能量，将其转化为电子能量，然后通过无机材料的传导带将电子输送出来。
这种电池具有高效率、稳定性好的特点，是目前研究的热点之一。
除了以上三类主要的有机太阳能电池，还有一些其他类型的有机太阳能电池也在研究中。
例如，染料敏化太阳能电池利用染料分子吸收光子能量，将其转化为电子能量；有机薄膜太阳能电池利用有机材料的薄膜结构提高光电转化效率等。
这些有机太阳能电池在不同的应用领域具有各自的优势和局限性。
有机太阳能电池是一种重要的可再生能源装置，可以将太阳能转化为电能。
根据其结构和材料特性的不同，有机太阳能电池可以分为有机聚合物太阳能电池、有机小分子太阳能电池和有机无机杂化太阳能电池等多种类型。
这些电池在不同的应用领域具有各自的优势和适用性，为可持续能源的发展做出了重要贡献。
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有机无机杂化太阳能电池当今社会的主要能源以煤炭、石油和天然气为基础，由于这些化石燃料的储量有限，在不久的将来即将消耗殆尽。
另外，化石燃料燃烧产生二氧化碳，其浓度在大气中快速增加已经严重地影响了气候，导致全球气温升高，南北极的冰川融化。
在这种情况下，光伏太阳能电池作为一种可再生的清洁能源越来越引起人们的广泛关注。
由于光伏太阳能电池可以把太阳能直接转换成电能并且不释放出二氧化碳，因此，它能够提供清洁电能。
同时，太阳能取之不尽、用之不竭，无需成本，分布均匀。
无机太阳能电池具有高的光电转换效率，但是由于其制备工艺复杂、生产成本高，限制了它大面积的推广和应用。
有机聚合物太阳能电池，以有机聚合物材料为活性层，具有材料来源广泛、重量轻、制备工艺简单、可大面积成膜、柔性等优点而成为人们近年来关注的热点。
本实验所研究的新型有机无机杂化太阳能电池是一类基于光诱导效应，以共轭聚合物和无机半导体材料的复合材料为主要原料制备的太阳能电池。
本实验重点对有机溶液PEDOT：PSS加入DMSO、异丙醇等物质的掺杂改性问题和硅片表面的处理方式进行研究，并尽量简化其制作工艺，期望能够探索出PEDOT：PSS溶液与其他溶液的最佳配比以及使硅片表面与有机溶液的结合性增强的处理方法，从而提高太阳能电池的效率。
关键词：有机无机杂化太阳能电池；PEDOT：PSS；溶液配比；表面处理一、绪论1.1实验背景自从两次工业革命以后，煤、石油、天然气等化石燃料相机被广泛应用到生产生活的各个方面。
随着社会经济的不断发展和人类文明的不断进步，人类对能源的需求量不断飞速增长。
特别是20世纪以来，能源需求量呈直线上升趋势。
然而，目前人类一直广泛使用的能源主要是石油、天然气和煤炭等化石能源，都是不可再生的。
其有限的储量与人类无限的需求之间构成了不可调和的矛盾，预计最多还能使用一个世纪。
除此之外，此类能源燃烧后产生大量的二氧化碳气体，造成温室效应，加速全球气候变暖，给人类及其他动植物的生存构成巨大挑战。
而太阳能、风能、潮汐能、地热能、氢能和生物质能等可再生能源在能源消费总量中的比例少之又少。
相对而言，作为一种可再生能源，太阳能大规模广泛应用的可能性要大得多。
因此研制和发展太阳能电池日益受到关注。
与其他能源特别是目前的常规能源相比，太阳能具有以下优势：首先，他是人类可以利用的最丰富的能源。
据统计，在过去的漫长的十几亿年中，太阳只消耗了它本身能量的2%。
按这种速度计算，太阳足以供给人类使用几十亿年，可谓取之不尽，用之不竭；其次，在地球上，只要有光照的地方就有太阳能，这样我们就可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对于交通不发达的农村、海岛、边远地区更具有实用价值；最后，太阳能是一种十分清洁的能源，不会产生废渣废气，不会污染环境，影响生态平衡。
而太阳能电池通过光电或光化学效应直接将光能转化为电能，因此不需要其他燃料同时也不产生任何有害物质，对改善现代工业中能源问题引起的环境恶化和和能源匮乏具有重要作用。
根据使用材料的不同，可以把太阳能电池分为硅太阳能电池、有机太阳能电池，染料敏化太阳能电池、有机无机杂化太阳能电池等。
单晶、多晶硅电池技术已经相对成熟,但生产工艺较复杂、成本难以降低、光电转换效率提升空间不大等特点限制了它的大规模生产。
染料敏化太阳能电池中燃料色激发态寿命很短且染料分子的光谱响应范围也影响了电池整体效率（PCE）。
无机太阳能电池的半导体衬底比较昂贵，影响了其大规模应用。
有机聚合物太阳能电池由于电子迁移率较低从而导致电池的转换效率远低于无机太阳能电池。
有机无机杂化太阳能电池将有机材料电子结构多样、光吸收率较高、易加工和无机材料电子迁移率高、机械性能好、稳定性高的优点加以整合，对发展新型太阳能电池具有重要的理论意义和潜在价值。
1.2太阳能电池发展历史1839年，光生伏特效应第一次由法国物理学家A.E.Becquerel发现。
1849年术语“光－伏”才出现在英语中。
1883年第一块太阳电池由Charles Fritts制备成功。
Charles用硒半导体上覆上一层极薄的金层形成半导体金属结，器件只有1%的效率。
20世纪30年代，照相机的曝光计广泛地使用光起电力行为原理。
1946年Russell Ohl申请了现代太阳电池的制造专利。
20世纪50年代，随着半导体物性的逐渐了解，以及加工技术的进步，1954年当美国的贝尔实验室在用半导体做实验发现在硅中掺入一定量的杂质后对光更加敏感这一现象后，第一个太阳能电池在1954年诞生在贝尔实验室。
太阳电池技术的时代终于到来。
自20世纪58年代起，美国发射的人造卫星就已经利用太阳能电池作为能量的来源。
20世纪70年代能源危机时，让世界各国察觉到能源开发的重要性。
1973年发生了石油危机，人们开始把太阳能电池的应用转移到一般的民生用途上。
近几年,在美国、中国、日本和以色列等国家，已经大量使用太阳能装置，更朝商业化的目标前进。
1.3太阳能电池原理传统的无机太阳能电池发电的原理是基于半导体的光生伏特效应将太阳辐射直接转换为电能。
简单来说，当两个P型半导体和N型半导体结合在一起时，会生成一个空间电荷区，称为PN结。
当光线在太阳能电池的界面层被吸收，具有足够能量的光子就会将电子从共价键中激发，从而产生电子－空穴对。
界面层附近的电子和空穴在复合之前，由于空间电荷的电场作用，会相互分离。
空穴向带负电的P区运动，而电子向带正电的N区运动。
当界面层中的电荷分离时，可以在P区和N区之间产生一个可测试且向外的电压。
光最终照射在界面层时，产生的电子－空穴对的数量越多，电流越大。
而本文的有机无机杂化太阳能电池是通过光诱导效应发电的，工作过程一般可以分为光的吸收、产生激子、激子向异质结迁移、激子的分离和产生电流五个过程。
当光照射到电池表面时，HOMO（聚合物最高占有轨道）上的电子将会被能量大于共轭聚合物禁带能的光子激发，跃迁到LUMO（最低未占有轨道）上，所以激发电子的数量与HOMO所生成的空穴的数量相同，从而形成电子—空穴对即激子，激子不停的向无机半导体的界面处/共轭聚合物（异质结）运动，在激子抵达界面时，由于共轭聚合物/无机半导体的界面能大于激子的分离能，激子便会在此处产生分离，因此形成载流子。
而空穴从共轭聚合物向正极迁移，电子进入受体材料（无机半导体）的LUMO中，顺着无机半导体向负极迁移，从而形成在负载条件下的电流。
1.4太阳能电池分类图1 太能电池分类硅太阳能电池是目前应用最广泛，研究时间最长的太阳能电池，可以分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池。
单晶硅太阳能电池，其原料是高纯度的单晶硅，是当前开发得最快的一种太阳能电池。
它的构造和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面在实验室里的转换效率可达到24.7%，规模生产时的效率可达到18%。
但是由于硅材料的成本比较高，虽然现在仍占据着太阳能电池的主导地位，但在可预见的将来其地位将大幅下降，特别是随着其他材料的太阳能电池研究的不断深入发展，单晶硅太阳能电池将会被有机材料等光伏电池替代。
多晶硅太阳能电池兼具单晶硅电池的高转换效率和长寿命以及非晶硅薄膜电池的材料制备工艺相对简化等优点的新一代电池，其转换效率一般为12%左右，比单晶硅太阳电池稍低一些，但是效率衰退问题不明显，并且可以在廉价衬底材料上制备，所以成本要远低于单晶硅太阳能电池，而且效率要比非晶硅太阳能电池高。
非晶硅薄膜太阳能电池是一种以非晶硅化合物为基本组成的薄膜太阳能电池。
相对而言，具有生产成本低,能量返回期短,弱光响应好等特点。
但是目前的效率比较低，需要进一步深化研究。
砷化镓太阳能电池是一种聚光太阳能电池，利用凸透镜或抛物面镜把太阳光聚焦几百上千倍，再投射到太阳能电池上，从而使太阳能电池生成相应倍数的电功率进而发电。
单结的砷化镓电池理论效率达到27%，而多结的砷化镓电池理论效率更超过50%，远高于目前大规模应用的硅太阳能电池的理论效率。
砷化镓太阳电池的发展是从上世纪50年代开始的，至今已有已有50多年的历史。
1954年世界上首次发现GaAs材料具有光伏效应，目前实验室最高效率已达到50%（来自IBM公司数据），产业生产转化率可达30%以上。
但是GaAs材料的价格不菲，而且在物理性质上要更脆，加工难度大，因而在很大程度上限制了用GaAs电池的普及。
铜铟硒薄膜太阳能电池（简称CIS）也是应用光电效应发电的，它是在玻璃或其它廉价衬底上通过电子束蒸发等方法沉积若干层金属化合物半导体薄膜，薄膜总厚度大致在2-3μm之间。
铜铟硒电池的抗辐射能力强，成本比较低，不存在光致衰退问题，性能较稳定，同时是目前所有薄膜太阳能电池中光电转换效率最高的。
但是铜铟硒电池是由多元化合物组成的半导体器件，结构复杂，元素配比十分敏感，因此其工艺和制备条件极为苛刻，而且铟和硒都是比较稀有的元素，所以发展受到很大限制。
有机太阳能电池是以有机聚合物代替无机材料的，也可称之为塑料太阳能电池。
有机材料相比于其他材料，可以广泛得到，可塑性强，质地柔软，成本较低，因此对大规模的推广太阳能使用，向人类提供廉价清洁的电能具有重要意义。
但以有机材料制备太阳能电池的研究时间相对而言比较短，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。
但是在约十年前发现，在有机太阳能电池生产过程中要添加溶剂才能提高它的转换效率，却并不知道其原因。
在2015年2月，德国爱德合温技术大学发现用“发酵粉”提高了有机太阳能电池的转换效率2-3倍的原因，当他们不加额外溶剂时，他们发现有机混合体在硬化过程，形成大的液滴。
这对电子输送是一种负面的效应。
结果导致有机太阳能电池的效率低下。
在溶液中加入添加溶剂愈多，当达到某一特别量时，这些液滴会变得小些。
在硬化过程中有二种效应；一方面，溶液蒸发，高聚物形成折叠结构，而加入添加溶剂时，使这种折叠过程提早开始，这表示最终不形成泡，添加溶剂起了一种“发酵粉”的作用，它改善了混合聚合物的结构。
这种新的了解，将会对太阳能电池的研究发展起到极大的促进作用。
染料敏化太阳能电池，是将一种色素附着在TiO2粒子上，然后浸泡在一种电解液中的电池。
色素受到光的照射，生成自由电子和空穴。
自由电子被TiO2吸收，从电极流出进入外电路，再经过用电器，流入电解液，最后回到色素。
在1991年瑞士洛桑高工(EPFL)M. Grtzel教授领导的研究小组在《Nature》上发表了关于染料敏化纳米晶体太阳能电池的文章以较低的成本得到了>7%的光电转化效率，说明了染料敏化太阳能电池的可行性，开辟了太阳能电池发展史上一个崭新的时代,为利用太阳能提供了一条新的途径。
主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底等几部分组成。