太阳能电池的研究进展
钙钛矿太阳能电池研究进展
钙钛矿太阳能电池研究进展一、本文概述随着全球对可再生能源需求的日益增长，钙钛矿太阳能电池作为一种新兴的光伏技术，近年来受到了广泛关注。
钙钛矿材料因其独特的光电性质和可调带隙结构，在太阳能电池领域展现出了巨大的应用潜力。
本文旨在全面综述钙钛矿太阳能电池的研究进展，从材料设计、电池结构、制备工艺到性能优化等方面进行深入探讨。
我们将首先回顾钙钛矿太阳能电池的发展历程，然后重点介绍其基本原理、关键材料和最新研究成果。
本文还将讨论钙钛矿太阳能电池当前面临的挑战，如稳定性、可重复性和大面积制备等问题，并展望未来的发展方向。
通过本文的综述，我们期望能为读者提供一个全面而深入的了解钙钛矿太阳能电池的研究进展和前景的视角。
二、钙钛矿太阳能电池的发展历程钙钛矿太阳能电池的发展历程可以追溯到21世纪初。
在2009年，日本科学家Miyasaka首次将钙钛矿材料应用于染料敏化太阳能电池中，实现了约8%的光电转换效率，这一开创性的研究为钙钛矿太阳能电池的发展奠定了基础。
然而，初期的钙钛矿太阳能电池效率较低，稳定性差，难以应用于实际生产中。
随后，科研人员通过不断改进材料组成、优化电池结构、提高制备工艺等方法，逐步提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性。
2012年，韩国科学家Park和Grätzel等人成功制备出了光电转换效率超过9%的钙钛矿太阳能电池，这一突破性的成果引起了全球科研人员的广泛关注。
进入21世纪10年代后期，钙钛矿太阳能电池的研究进入了快速发展阶段。
科研人员通过深入研究钙钛矿材料的物理化学性质、界面工程、载流子传输机制等方面，不断优化电池性能。
随着制备技术的不断进步，钙钛矿太阳能电池的尺寸逐渐增大，从最初的微米级发展到厘米级，甚至更大面积的柔性电池，使得钙钛矿太阳能电池在商业化应用中展现出巨大的潜力。
目前，钙钛矿太阳能电池的最高光电转换效率已经超过25%，并且在大面积模块制备、稳定性提升等方面也取得了显著进展。
有机太阳能电池的研究进展
有机太阳能电池的研究进展太阳能作为一种可再生的清洁能源，一直被广泛研究与应用。
传统的硅基太阳能电池在效率和成本等方面存在着一些限制，而有机太阳能电池作为一种新兴的太阳能转换技术，正逐渐引起人们的关注和研究。
有机太阳能电池采用有机材料作为光吸收层和电子传输层，能够将太阳光转化为电能，并具有低成本、柔性和可打印性等优势。
近年来，各国科学家们在有机太阳能电池领域取得了一系列突破性的研究进展。
首先，有机太阳能电池的效率不断提高。
2019年，美国国家可再生能源实验室（NREL）与华盛顿大学合作，在全新的有机太阳能电池体系中实现了高达17.3%的电能转换效率。
与此同时，许多新型的有机材料也不断被发现，如聚合物、小分子有机化合物和混合有机物等，这些新材料更具有光电转换效率高和稳定性好的特点，为有机太阳能电池的进一步提升提供了新的可能。
其次，有机太阳能电池的稳定性得到了显著改善。
有机材料本身的稳定性相对较差，容易受到氧化、光照和湿度等环境因素的影响。
为了提高有机太阳能电池的稳定性，科学家们进行了大量的研究工作。
他们通过改良有机材料的结构、加入稳定剂和光稳定剂等方法，使得有机太阳能电池的使用寿命得到了显著延长。
例如，研究人员在电池的前后电极之间加入了抗氧化剂，有效减少了电池的降解速度，使其在长时间使用中仍然能够保持较高的转换效率。
第三，有机太阳能电池的成本不断下降。
相比于传统的硅基太阳能电池，有机太阳能电池在生产工艺上更加简单，且使用的材料成本更低。
此外，由于有机太阳能电池具有柔性和可打印性的特点，可以在柔性基底上制备，因此降低了制造成本。
近年来，有机太阳能电池的制造工艺也取得了一系列的改进，如一步法浸渍法和喷墨打印法等，这些新的制备工艺使得有机太阳能电池的制造成本进一步降低。
最后，有机太阳能电池在应用领域也获得了广泛的关注。
由于其可弯曲性和可透明性，有机太阳能电池可以应用于建筑物的外墙、车辆的外壳和电子产品的外壳等领域，实现能源的自给自足。
染料敏化太阳能电池的研究进展及发展趋势
染料敏化太阳能电池的研究进展及发展趋势染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种新型的太阳能电池，其性能不仅可以与传统的硅太阳能电池相媲美，而且具有制造成本低、工艺简单、颜色可控等优点，在可再生能源领域具有广泛的应用前景。
该文将从DSSC的基本原理、研究进展及发展趋势三个方面进行分析。
一、DSSC的基本原理DSSC是一种基于电荷转移机制的太阳能电池，其组成由导电玻璃/氧化物电极、染料敏化剂、电解质以及对电子收集和传输的层等组件构成。
当太阳光照射到电极上的染料敏化剂时，其分子吸收太阳光能并将其转化成电能，产生电子-空穴对。
电解质负责将产生的电子传递到导电玻璃/氧化物电极上，从而实现电荷的分离和传输。
对电子收集和传输的层则负责将电子从导电玻璃/氧化物电极转移到电池外部，实现电能的输出。
二、DSSC的研究进展近年来，DSSC研究领域一直处于快速发展阶段，涉及到染料敏化剂、电解质、对电子收集和传输的层等方面的研究。
其中，染料敏化剂的设计和合成是DSSC研究中的关键问题之一。
早期的染料敏化剂是基于天然染料的，但其吸光光谱窄、稳定性较差等问题限制了其应用。
近年来，人们借鉴复杂有机分子或金属有机框架材料等方法，逐渐开发出吸光光谱宽、光稳定性好的新型染料敏化剂，如卟吩骨架材料、钴金属染料等。
另外，电解质的研究也取得了长足的进展。
传统的电解质为液态电解质，但其稳定性较差、易挥发等问题限制其应用。
因此，人们逐渐开发出了固态电解质、有机-无机混合电解质等替代电解质，并取得了良好的效果。
三、DSSC的发展趋势未来，DSSC的研究方向将主要集中在提高其效能和稳定性以及降低制造成本等方面。
首先，提高效能将是DSSC研究的主要方向之一。
研究人员可以通过改变电极、染料敏化剂等方面，进一步提高DSSC的光电转化效率。
特别是在染料敏化剂方面，新型高效染料敏化剂的研发将提升DSSC的效能。
其次，提高稳定性也是DSSC研究的重要方向之一。
目前，DSSC在长时间运作中会出现染料流失、电解质分解、对电子收集和传输的层老化等问题，必须寻求有效的解决方法。
钙钛矿太阳能电池中电子传输材料的研究进展
钙钛矿太阳能电池中电子传输材料的研究进展一、本文概述随着全球对可再生能源需求的日益增长，太阳能电池作为将太阳能直接转换为电能的装置，受到了广泛关注。
在众多太阳能电池技术中，钙钛矿太阳能电池因其高光电转换效率、低成本和易于制备等优点，成为近年来研究的热点。
钙钛矿太阳能电池中的电子传输材料在提升电池性能方面发挥着至关重要的作用。
本文旨在全面概述钙钛矿太阳能电池中电子传输材料的研究进展，包括材料类型、性能优化、工作机制以及面临的挑战和未来的发展趋势。
通过对电子传输材料的深入研究，我们可以更好地理解钙钛矿太阳能电池的工作原理，从而推动其光电转换效率的提升，为太阳能电池的商业化应用提供有力支持。
二、钙钛矿太阳能电池中电子传输材料的分类与特点钙钛矿太阳能电池中的电子传输材料是提升电池性能的关键要素之一。
这些材料的主要功能是在太阳光照射下，有效地收集和传输光生电子，以提高电池的光电转换效率。
根据材料的性质和应用方式，电子传输材料可以分为以下几类，并各具特点。
金属氧化物：金属氧化物如二氧化钛（TiO2）和氧化锌（ZnO）等，是常见的电子传输材料。
它们具有良好的电子迁移率和稳定性，能够有效地传输电子并阻挡空穴。
金属氧化物还可以通过表面修饰和纳米结构设计等方法进一步优化其电子传输性能。
有机聚合物：有机聚合物如聚3,4-乙二氧基噻吩（PEDOT:PSS）等，也广泛应用于钙钛矿太阳能电池中。
这类材料具有良好的导电性和可加工性，能够与钙钛矿层形成良好的界面接触。
然而，有机聚合物的稳定性较差，容易受到光照和湿度等环境因素的影响。
碳基材料：碳基材料如碳纳米管（CNTs）和石墨烯等，具有优异的导电性和稳定性，是近年来备受关注的电子传输材料。
它们能够有效地提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，并且具有良好的应用前景。
复合材料：复合材料是将两种或多种材料结合在一起形成的新型材料。
通过合理的设计和优化，复合材料可以综合各种材料的优点，进一步提高钙钛矿太阳能电池的性能。
太阳能电池技术的新进展和未来发展趋势
太阳能电池技术的新进展和未来发展趋势太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的设备，被广泛应用于领域如太阳能发电、户外装备以及移动设备等。
近年来，太阳能电池技术取得了显著的进展，不断推动了清洁能源的发展。
本文将探讨太阳能电池技术的新进展以及未来的发展趋势。
首先，太阳能电池技术的新进展之一是多晶硅电池和单晶硅电池的技术改进。
多晶硅电池是目前最常用的太阳能电池类型，其成本相对较低，但效率相对较低。
通过引入新的工艺和材料，研究人员成功地提高了多晶硅电池的效率。
而单晶硅电池则以其更高的效率和较低的光衰减而备受瞩目。
近年来，单晶硅电池的制造成本也在逐渐降低，使其更具竞争力。
其次，新兴的太阳能电池技术也在不断涌现。
其中一种重要的技术是钙钛矿太阳能电池。
钙钛矿太阳能电池具有高效率、低成本、可调制颜色和柔性等优点，被认为是下一代太阳能电池的候选。
目前，钙钛矿太阳能电池的效率已经超过了多晶硅电池，但其稳定性和寿命仍需要进一步提高。
研究人员正在不断改进材料和工艺，以解决这些问题。
另一个新兴技术是有机太阳能电池。
有机太阳能电池采用有机半导体材料，具有较低的成本、柔性和颜色可调性等特点。
然而，目前有机太阳能电池的效率还相对较低，且稳定性较差。
研究人员正在致力于提高有机太阳能电池的效率和稳定性，同时降低其制造成本，以便实现大规模商业化应用。
除了技术改进，太阳能电池的未来发展趋势还体现在材料研究和工艺创新方面。
随着对可持续发展的需求增加，研究人员正在寻找更环保和可再生的材料用于太阳能电池的制造。
例如，钙钛矿材料是一种丰富、廉价的材料，具有很高的光吸收系数，因此备受关注。
此外，新型材料如钙钛矿材料的研究也为太阳能电池提供了更多的选择。
与此同时，工艺创新也在推动太阳能电池技术的发展。
通过引入新的制造工艺和设备，生产商能够降低成本、提高效率，并实现太阳能电池的大规模生产。
例如，近几年来，有机太阳能电池中的印刷技术和喷墨打印技术等新的制造工艺得到了广泛应用，大大降低了制造成本。
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。
量子点太阳能电池的研究进展与展望
量子点太阳能电池的研究进展与展望随着全球能源需求的不断增加和以化石能源为主的能源结构趋于枯竭，可再生能源逐渐成为人们眼中的宝贵财富。
太阳能电池是一种最为广泛应用的可再生能源，但其能效和成本仍然是相对薄弱的环节，这也使得太阳能电池的性能与稳定性受到诸多限制。
近年来，量子点太阳能电池作为一种新型太阳能电池备受研究人员关注，其特殊的光电性质和高效率的能量转换使得其被誉为太阳能电池技术的“未来之星”。
本文将就量子点太阳能电池的研究进展及其未来发展趋势进行探讨。
一、量子点太阳能电池的基本原理量子点太阳能电池是一种基于半导体量子点的太阳能电池，利用量子点表面和体积效应调控电子能带结构和载流子性质，来提高太阳能电池的转换效率。
其基本结构由p型和n型半导体夹层组成，中间加入由量子点形成的导电通道，形成一个电子-空穴对的太阳能电池器件。
量子点具有在大面积表面积下形成高能量状态的能力，这使得量子点具有独特的光电性质。
太阳光线照射量子点，可激发其内部原子的电子跃迁至更高的能级，释放出生动的电子-空穴对。
这些电子-空穴对会向导电通道聚集，形成电子流和空穴流，从而发挥太阳能电池所应有的作用。
二、量子点太阳能电池的研究进展1.量子点材料的开发和改良量子点太阳能电池依赖于量子点材料的特殊性质，大多数被用作量子点材料的是二氧化硅和硒化硒等无机材料。
此外，近年来也出现了基于有机分子、高分子、金属有机框架等新型量子点材料。
在量子点材料的改良方面，主要包含两个方向：一是利用新型合成技术，生产出单晶质量较高的大面积化合物量子点；二是通过表面修饰、包覆等手段，控制量子点光电性能，提高光电转换效率和稳定性。
这都为量子点太阳能电池的研究提供了基础。
2.量子点太阳能电池性能的改善量子点太阳能电池将太阳能转化成电能的效率主要取决于太阳光的吸收程度、电荷转移效率和载流子耗散的抑制程度。
近年来的研究表明，在量子点太阳能电池的系统中引入阴极、阳极二氧化钛载体等结构，可以大幅度提升电池的光电转换效率。
太阳能电池研究的进展与展望
太阳能电池研究的进展与展望太阳能电池是利用太阳能进行能量转换的一种设备，具有环保、可再生、符合可持续发展等诸多优点。
自20世纪70年代以来，太阳能电池的研究一直在不断发展，目前已经成为一种重要的可再生能源。
本文将从太阳能电池的工作原理、发展情况、技术路线等方面，对太阳能电池的研究进展与展望进行探讨。
一、太阳能电池的工作原理太阳能电池基本上是由半导体材料制成的，其工作原理与PN结相类似。
当光子进入太阳能电池并被吸收时，会将半导体的电子激发出来，从而形成带电载流子。
带电载流子在电场的作用下运动，从而产生电流。
太阳能电池的输出功率与光照强度和温度等因素有关。
二、太阳能电池的发展情况1.第一代太阳能电池第一代太阳能电池是由单一材料制成的，主要是硅材料。
1960年代初期，研究人员创造了符合实际应用的太阳能电池，并为人们提供了一种非常有前途的能源形式。
2.第二代太阳能电池第二代太阳能电池主要是采用多晶硅材料，具有更高的转换效率。
同时，还出现了一些新的太阳能电池技术，如薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池等。
3.第三代太阳能电池第三代太阳能电池是指一类新型太阳能电池，包括有机太阳能电池、量子点太阳能电池、柔性太阳能电池等。
这些新型太阳能电池具有更高的转换效率和更加灵活的使用方式。
三、太阳能电池技术路线太阳能电池的技术路线主要包括材料、结构和制造工艺等方面。
现在主要的技术路线分别是晶体硅太阳能电池、硅薄膜太阳能电池、有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等。
1.晶体硅太阳能电池晶体硅太阳能电池是世界上应用最广泛的太阳能电池。
其主要优点是性能稳定、寿命长、制造成本低廉、光伏电池的转换效率高等。
但是其缺点是生产过程对环境污染较大，生产成本较高，制造成本受到金属成本的压制，成本优势不大。
2.硅薄膜太阳能电池硅薄膜太阳能电池是一种新型的太阳能电池，主要优点是生产工艺简单，制造成本低，但是其转化效率较低，还不能很好地应用在建筑、汽车等领域。
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太阳能电池研究进展随着化石能源的逐渐枯竭及其利用过程中所产生的环境恶化，人类迫切需要寻求对环境友好的可再生能源。
太阳能是目前最具前景的新型能源，取之不尽，用之不竭，而且太阳能的使用不会对生态环境造成破坏，是一种安全无污染的可再生能源。
太阳能的利用成本也很低，并且太阳能的使用不受地里条件的限制。
太阳能的利用形式多种多样，比较典型的有光热转换和光电转换。
而在太阳能的有效利用中太阳能的光电利用可将太阳能直接转换为电能，被认为是最有效的利用太阳能的方式，也是今年来发展最快，最具活跃的领域[1,2,3]。
因此太阳能电池的开发和研制也就日益得到科学家们的重视。
制造太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生的光电子转移反应，根据制造太阳能电池所用的材料的不同，太阳能电池可以分为：硅太阳能电池；以无机盐如砷化镓Ⅲ-Ⅴ化合物，硫化镉，铜铟硒等多元化合物为材料的无机盐太阳能电池；纳米晶太阳能电池等。
硅是一种良好的半导体材料，储量丰富，是地球上储存量第二大的元素，而且性能稳定、无毒，因此成为太阳能电池研究开发、生产和应用中的主体材料。
本文主要介绍了硅太阳能电池的种类，研究现状及其应用前景，并探讨了硅太阳能电池的发展趋势。
第一代硅太阳能电池1954年美国贝尔实验室研制出了第一块晶体硅太阳能电池，开始了利用太阳能发电的新纪元[15]，不久后应用于人造卫星，宇宙飞船等航空航天领域。
而现在硅太阳能电池占到了整个太阳能电池产量的90%以上，硅太阳能电池是最重要也是技术最成熟的太阳能电池。
近年来随着新技术的不断应用，硅太阳能电池的转换效率提高较快。
单晶硅太阳能电池在硅太阳能电池的发展初期，由于单晶硅的价格过于昂贵，人们一度认为单晶硅太阳能电池会逐渐淡出地面应用太阳能电池市场。
但是随着太阳能电池的薄片化发展，工业上已经可以生产出厚度小于200μm的电池片，实验室甚至可以制备出40μm厚的电池片[16]，使得单个太阳能电池片对原材料的需求大大降低。
再加上Sanyo公司研发的异质结（HIT）单晶硅太阳能电池[17]和Sunpower公司研发的A300单晶硅太阳能电池[18]等一系列具有新颖结构的高效太阳能电池的大规模生产，单晶硅太阳能电池的市场份额反而较以往有所增加[19]。
典型的高效单晶硅太阳能电池是新南威尔士大学研制的钝化发射区背面局部扩散（PERL）单晶硅太阳能电池[20],如图3所示。
这种电池具有倒金字塔织构、双层减反射膜以及背反射结构，使电池拥有优异的陷光性能，利用氧化层钝化电池的正，背两面，增加了电池少子的寿命。
另一方面采用点接触代替原来的全覆盖式的背面铝合金接触，使PERL电池的转换效率高达24.7%，接近理论值。
PERL 单晶硅太阳能电池是迄今为止转换效率最高的晶体硅太阳能电池。
图3 PERL单晶硅太阳能电池由Sanyo公司开发的HIT太阳能电池，如图4所示，它是近年来太阳能电池开发过程的一个创新，这种太阳能电池利用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术在已经织构化的n型单晶硅两侧分别沉积i+p层和i+n层非晶硅，然后利用溅射技术在电池的两面沉积透明氧化物导电膜，制作Ag电极。
由于非晶硅具有优异的钝化能力，能很好地钝化电池前后两个异质界面，使整个HIT电池制备过程都在低温下（＜200℃）进行，避免了高温（＞1000℃）对电池少子寿命的影响，因此这种电池的最高效率可达21.3%。
作为一种高效率的太阳电池，HIT电池在光伏建筑一体化方面具有很大的优势，而且由于其对称结构，这种电池还能作为双面电池使用[21]。
图4 HIT单晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池一般采用低等级的半导体多晶硅，或者专门为太阳能电池使用而生产的铸造多晶硅等材料[22]。
与单晶硅太阳能电池相比，多晶硅太阳能电池成本较低，而且转换效率与单晶硅太阳能电池比较接近，它是太阳能电池的主流产品类型[23]。
随着长晶技术和太阳能电池技术的不断改进，近年来多晶硅太阳能电池的转换效率得到了大幅度的提高[22]。
多晶硅太阳能电池的最高转换效率约21.4%[24]，商业化多晶硅太阳能电池的效率约13%-15%[25]，多晶硅太阳能电池占据了市场的大部分份额。
德国Fraunhofer太阳能研究所制备的多晶硅太阳电池( 如图5所示 ) 的光电转换效率已经达到20.3 %[26]，刷新了多晶硅太阳电池转换效率的记录。
这种电池不仅具有局部背表面场结构和用等离子体掩模法制备的表面织构,光学和电学性能良好,而且由于它采用了湿法氧化法而非传统的热氧化钝化电池后表面,在钝化效果和温度因素之间找到了一个合适的平衡点,既保证了钝化效果,又减少了温度对少子寿命的影响,使电池的性能得到最优化。
图5 多晶硅太阳能电池第二代硅太阳能电池第二代硅太阳能电池是基于薄膜材料的太阳能电池。
薄膜硅太阳能电池所需的硅材料较晶体硅太阳能电池少得多，且易于实现大面积电池的生产，是一种有效降低成本的方法。
薄膜硅太阳能电池主要有非晶硅薄膜太阳能电池，多晶硅薄膜太阳能电池。
3.2.1非晶硅薄膜太阳能电池非晶硅属于直接带系材料,对阳光吸收系数高,只需要1μm厚的薄膜就可以吸收80%的阳光[27]。
非晶硅薄膜太阳能电池于1976年问世,非晶硅薄膜太阳能电池的成本低,便于大规模生产。
由于硅原料不足和价格上涨,促进了高效使用硅的技术和非晶硅薄膜系太阳能电池的开发。
非晶硅薄膜电池低廉的成本弥补了其在光电转换效率上的不足,未来将在光伏发电上占据越来越重要的位置。
但是由于非晶硅缺陷较多，制备的太阳电池效率偏低,且其效率还会随着光照而衰减( ST 效应)[28]，导致非晶硅薄膜太阳电池的应用受到限制。
目前非晶硅薄膜电池研究的主要方向是与微晶硅结合,生成非晶硅/微晶硅异质结太阳电池[29] ,这种电池不仅继承了非晶硅电池的优点,而且可以延缓非晶硅电池的效率随光照衰减的速度[30]。
单结非晶硅薄膜电池的最高转换效率为16.6%[31]。
3.2.2多晶硅薄膜太阳能电池多晶硅薄膜太阳能电池是近几年来太阳能电池研究的热点。
虽然多晶硅属于间接带隙材料,不是理想的薄膜太阳能电池材料,但是随着陷光技术、钝化技术以及载流子束缚技术的不断发展,人们完全有可能制备出高效廉价的多晶硅薄膜太阳能电池。
目前主要用两种技术路线来制备多晶硅薄膜[32]:一种是采用非硅衬底；另一种是采用低品质的硅衬底。
(1) 非硅衬底多晶硅薄膜太阳电池非硅衬底(如玻璃、陶瓷等) 可以大幅度降低成本,但是所获得的多晶硅薄膜晶粒较小,为了获得器件级的多晶硅薄膜,需要复杂的工艺。
日本Kaneka公司的STAR太阳电池(如图6所示) 就属于这类电池[33]。
它利用CVD 技术在玻璃衬底上生长2nm厚的非晶硅薄膜，然后在氢原子气氛中进行重结晶,不断重复上述过程,直到底层完全晶化,再在已晶化的底层上沉积多晶硅薄膜。
这种多晶硅薄膜呈柱状晶结构,具有(110) 择优取向。
凭借其优异的陷光技术和结构设计, STAR 太阳电池的效率达到10.1%。
这种薄膜电池的光谱响应和效率对温度的依赖关系等特征与多晶硅太阳电池完全一致。
图6 STAR多晶硅薄膜太阳能电池（2）低品质硅衬底多晶硅薄膜电池采用低品质硅带如EFG、SR 等为衬底[34],可以直接外延生长多晶硅薄膜,并且可得到具有较大颗粒尺寸的多晶硅薄膜,工艺简单,效率较高,易于实现大规模工业化。
我国中科院广州能源研究所和德国Fraunhofer 太阳能研究所合作,在颗粒硅带衬底上利用快热CVD法沉积多晶硅薄膜，并以此为基础制备太阳电池(如图7所示)。
在不使用钝化和陷光技术的前提下，电池的转换效率达到了8.25 %[35,36]。
德国Fraunhofer 太阳能研究所在此基础上，通过在颗粒硅带上预先沉积一层穿孔隔离层并对沉积的多晶硅薄膜进行重结晶，制备的多晶硅薄膜太阳电池的效率达到11.2%[37]。
图7SSP衬底上的多晶硅薄膜太阳能电池第三代硅太阳能电池薄膜太阳电池的研究任务还没有结束,第三代太阳电池的概念已经提出。
Martin Green 认为第三代太阳电池必须具有如下几个条件:薄膜化,转换效率高,原料丰富且无毒[38]。
目前第三代太阳电池还在进行概念和简单的试验研究[39]。
已经提出的第三代太阳电池主要有叠层太阳电池、多带隙太阳电池和热载流子太阳电池等。
叠层太阳能电池采用多层电池结构设计，每层电池的能带均不相同，顶层电池的能带最高，往下依次降低，这样能量高的光子被上面能带高的电池吸收，而能量低的光子则能透过上面的电池而被下面能带低的电池吸收，从而有效地提高了太阳能电池的效率。
在理想状态下，无限增加电池层的数目，电池的理论效率可以显著提高[40]。
目前广泛研究的非晶硅/微晶硅电池便是这种理想状态的雏形。
但是随着电池层数的增加，层间的点阵匹配问题变得越来越复杂，对工艺与技术的要求也越来越严格，而且为了优化能带结构，势必要用到一些有度或稀有元素，这些都不符合第三代硅太阳能电池的要求。
通过适当地掺杂可以在能带中引入中间能级，使太阳光入射到这种材料内部时，不同能量的光子可以将电子激发到不同能带，从而有效利用太阳光。
理想情况下电池的转换效率可以达到62%-71.2%[41]，但是由于受到实际条件的限制太阳能电池实际转换效率大约33%，这就说明提高太阳能电池的转换效率还有很大的空间[42]。
例如美国伯克利国家实验室的研究人员在锌锰硅合金中注入氧，使合金具有0.73eV，1.83eV，2.56eV等三个能级。
这种合金几乎能对整个太阳光谱作出响应，而且原料丰富，是一种比较理想的硅太阳能电池材料[43]。
硅太阳能电池的发展趋势从以上对于硅太阳能电池各个方面的探讨可知，作为太阳能电池材料，Ⅲ-Ⅴ族化合物等属于稀有元素，尽管用它们制成的太阳能电池转换效率很高，但是从材料来源角度看，这类太阳能电池将来不可能占据主导地位。
而纳米微晶太阳能电池的研究刚刚起步，生产工艺技术相对不成熟，转换效率还很低，因此这类太阳能电池短时间内不可能替代硅太阳能电池。
虽然硅材料存在一些问题，但是依然是目前太阳能电池的主要材料约占整个太阳能电池产量的90%以上[44]。
硅太阳能电池是最重要且技术最成熟的太阳能电池[45]。
因此从材料来源和转换效率的角度考虑，今后发展的重点仍然是硅太阳能电池[46]，特别是多晶硅和非晶硅薄膜太阳能电池。
同时由于多晶硅和非晶硅薄膜电池具有较高的转换效率和相对较低的成本，将最终取代单晶硅太阳能电池，作为市场的主导产品。
硅太阳能电池的制造成本经过几十年的研究改进终于有了大幅度的降低，但是与常规能源相比，依然比较昂贵，这就限制了硅太阳能电池的进一步大规模应用。
目前硅太阳能电池的大规模应用需要解决两大难题：提高光电转换效率和降低成本。