隨著(zhù)太陽(yáng)能尤其是太陽(yáng)能光伏發(fā)電（簡(jiǎn)稱(chēng)“光伏發(fā)電”）的應用越來(lái)越廣泛，更多新材料和新技術(shù)不斷涌現。本文將著(zhù)重介紹近期光伏發(fā)電材料技術(shù)的進(jìn)展，并簡(jiǎn)述規模化應用趨勢。

      1太陽(yáng)能光伏效應

      光伏材料將光能轉換為電能，這個(gè)過(guò)程叫做光伏效應。光伏效應的過(guò)程即半導體材料吸收光子能量，使到半導體中的原子發(fā)生原子能級躍遷，然后釋放電子并形成電壓的過(guò)程。入射光子的能量e=hν，（h為普朗克常數，ν為入射光子的頻率），只有當入射光子的頻率達到一定數值，使到入射光子的能量e大于半導體能級躍遷并釋放電子所需要的最小能量——禁帶寬度，才能使原子能級躍遷并產(chǎn)生電子。

      2太陽(yáng)能光伏應用常見(jiàn)材料特性

      根據NREL的最新光伏轉換效率統計發(fā)現，近年來(lái)，光伏轉換效率在全世界的各個(gè)實(shí)驗室不斷被刷新，為光伏發(fā)電的發(fā)展奠定了堅實(shí)的技術(shù)基礎。

       2.1多重結和單重結III-V族材料

      多重結和單重結太陽(yáng)能電池的轉換效率最高，在多重太陽(yáng)聚焦下，單重結的效率可達20%～30%，而三重結材料的光伏轉換效率，可達到40%。2011年在美國Solar-Junction公司的試驗數據顯示最高的轉換效率為43.5%。在2006年，Emcore公司推出了有效面積為108mm2的三重結太陽(yáng)能電池，其在200余倍聚焦數下能量轉換效率達到37%。多重結材料生長(cháng)制備一般采用金屬有機化學(xué)氣相沉積，這需要精密的材料配比控制和生長(cháng)速率控制，成本較高，加上重結III-V族材料如Ga、As和Ge在地殼中的含量還不到10%～5%，綜合考慮下更適用于高密度輻照下的光電轉換。

       2.2單晶硅和多晶硅

       在硅系太陽(yáng)能電池中，單晶硅大陽(yáng)能電池轉換效率最高，技術(shù)最成熟。UNSW大學(xué)在2000年以前就已經(jīng)實(shí)現25%的單晶硅材料的轉換效率。多晶硅太陽(yáng)電池的出現主要是為了降低成本，其優(yōu)點(diǎn)是能直接制備出適于規模化生產(chǎn)的大尺寸方型硅錠，制造過(guò)程簡(jiǎn)單、省電、節約硅材料，對材質(zhì)要求也較低。弗勞恩霍夫研究所的太陽(yáng)能系統在2005年前發(fā)表的最高的多晶硅轉換效率為20.4%。在實(shí)規模化應用中，多為單晶硅產(chǎn)品，其效率在13%～16%左右。

      2.3薄膜技術(shù)

      薄膜技術(shù)可采用的材料包括無(wú)定型硅、多晶硅、微晶硅以及碲化鎘（CdTe）和銅銦硒（CIS）等，其電池的轉換效率從12%～20%不等。薄膜技術(shù)電池可通過(guò)薄膜制備方法如射頻建設、真空蒸發(fā)等將這些材料沉積到玻璃基板甚至柔軟的基板上制作。其制備簡(jiǎn)單，轉換效率也不低，據報道，CuInGaSe電池的轉換效率已經(jīng)達到19.2%。由于銅、銦和硒材料資源相對豐富，薄膜技術(shù)制備簡(jiǎn)單，其成本低很多，適合大規模應用。

       2.4有機聚合物、無(wú)機聚合物和燃料敏化物太陽(yáng)能電池

目前，這幾種材料仍然在研究、開(kāi)發(fā)和探索之中。目前實(shí)驗室數據為有機聚合物的效率為10.6%、無(wú)機聚合物的效率為10.1%和染料敏化物的效率為11.4%。這些材料制成的太陽(yáng)能電池成本遠遠低于半導體材料，而且可以制備柔軟底板的大面積電池。因其制作成本也遠遠低于半導體材料，而且可以制備柔底板的大面積電池，適合用于建筑物上。

      2.5新興材料

      基于薄膜技術(shù)的表面等離子材料，一般用玻璃、塑料或者鋼材來(lái)做襯底，這樣可以降低成本。目前的一種方法是通過(guò)在薄膜太陽(yáng)能面板上放置金屬納米粒子，光入射后，金屬納米粒子實(shí)現等離子共振然后對光進(jìn)行散射，這樣增加光吸收而無(wú)需增加更多的薄膜電池層，從而實(shí)現效率的提高，其效率可預計能達到40%～60%。

另外一種新型材料是由碳原子構成的單層片狀結構的石墨烯。這是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜。這種材料的太陽(yáng)能電池，目前最新研究得到的效率為8.6%。

      2.6其他

      基于納米科技的量子點(diǎn)、量子阱和超晶格材料也有不少機構在研究。此類(lèi)型材料的優(yōu)勢一般是可更好地匹配太陽(yáng)能光譜，但其研究還比較少，目前的效率不高，離穩定性和量產(chǎn)化還有一段距離。研究指出，相對于常規的塊狀太陽(yáng)能電池，多量子阱、超晶格以及量子點(diǎn)用于光伏設備可大大提高理論上的最大效率，可實(shí)現光伏轉換效率達40%甚至更高。

      3結語(yǔ)

      隨著(zhù)光伏發(fā)電材料的不斷深入研究和試驗，可以預測在未來(lái)的5～10年，將會(huì )有越來(lái)越多新型和改進(jìn)型材料的出現，逐步解決材料的吸收問(wèn)題，效率問(wèn)題，穩定性問(wèn)題，工藝規模化生產(chǎn)的成本問(wèn)題。從規模化生產(chǎn)和應用的角度看，硅技術(shù)、薄膜技術(shù)和聚合物電池仍為主導，量子點(diǎn)和納米技術(shù)將給傳統技術(shù)帶來(lái)新的生命。