【知识】全球光伏电池技术

出门在外，最担心的就是手机没电了。最近，号称是世界上第一款太阳能充电的手机电池Hybbi解决了这个问题，长这样：

对于太阳能发电我们并不陌生，近年来，太阳能光伏发电已成为世界新能源领域的一大亮点，神华科学技术研究院总结分析了目前最详细的全球光伏电池的主要应用技术，一起来看看吧！

目前，世界上已经商业化并开始规模化推广应用的太阳能发电技术的主要有四种：

晶硅太阳能电池

薄膜太阳能电池

太阳能聚光光伏发电（CPV）

太阳能聚光光热发电（CSP）

在光伏电池技术方面，晶硅（Silicon）是目前市场的主流，并且依靠铝背场结构（AL-BSF）、钝化发射区背面电池（PERC）、金刚线切割、黑硅等技术和工艺，保持较大发展空间。

就其他技术路线而言，薄膜技术——碲化镉（CdTe）、砷化镓（GaAs）、铜铟硒（CIS）、铜铟镓硒（CIGS）、染料敏化（DSSC）、钙钛矿（Perovskite），以及依靠石墨烯或其他新材料等的电池，也将获得很大发展和进展。

从总装机角度对比各项技术，研究人员发现，近几年晶硅电池装机量约占总装机量90%左右，而薄膜只占约10%。

图：单晶硅、多晶硅、薄膜、带状晶硅全球装机量占比

（一） 晶体硅

晶体硅电池是以结晶状硅为基体材料的太阳能电池，是目前转换效率最高，技术成熟的技术路线。电池所用晶体硅材料纯度越高，杂质越少，电池转换效率越高。按硅片材料分为单晶硅和多晶硅。单晶硅从高纯度的单晶硅棒切片而成。多晶硅是含有大量单晶颗粒的集合体，或用废次单晶硅料和冶金级硅材料熔化浇铸而成。

（二） 碲化镉

碲化镉是直接带隙半导体，光吸收强，其禁带宽度与地面太阳光谱有很好的匹配，适合于光电能量转换。碲化镉电池是以P型碲化镉（CdTe）和N 型硫化镉（CdS）的异质结为基础的太阳能电池。

（三） 铜铟镓硒和铜铟硒

铜铟镓硒（铜铟硒中掺入镓）薄膜电池由铜、铟、镓、硒四种元素构成最佳比例的黄铜矿结晶薄膜为吸收层，通过多元分布蒸发法和金属预置层后硒化法等方法，在基底上沉积铜铟镓硒薄膜。基底一般用玻璃，也可用不锈钢作为柔性衬底。

（四） 砷化镓

砷化镓（GaAs）电池是在单晶硅基板上以化学气相沉积法生长砷化镓薄膜所制成，具有较高转换效率，还可以通过叠层技术做成多结砷化镓基电池，以进一步提高转换效率，多被应用于人造卫星的太阳电池板。

（五）染料敏化

1991 年，Michael Grazel 和Brian C.O’ REGAN 开创性地合成了的染料敏化纳米二氧化钛（TiO2）薄膜太阳能电池。由玻璃或薄膜基板、透明导电膜、TiO2光电极、染料（光敏化剂）、电解质与溶剂，以及透明导电膜、铂触媒相对电极等结构所组成，模仿光合作用原理。具有半透光特性，可透过红、黄、青等三色原料进行调配，产生多种色彩。外型也可任意切割，甚至折曲，可用于建筑领域。

（六）钙钛矿

2009 年，日本桐荫横滨大学的宫坂力教授将碘化铅甲胺和溴化铅甲胺应用于染料敏化电池的研究，却意外开启了钙钛矿技术的大门。钙钛矿型电池用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料制作。利用在地球上储量极其丰富且廉价的铅、卤素及胺盐等原料，降低了成本。

未来，光伏电池将向着转换效率更高、成本更低、寿命更长、更加柔性、更加透明、对外界环境适应性更高、废料更易处理方向发展。

晶硅电池仍占主流地位

从目前的光伏市场来看，晶硅技术仍会有大发展并占市场主体地位（90-95%）。晶硅电池市场规模大、生产企业多，技术可改进和可降低成本的空间也相应大于薄膜电池。整体而言，晶硅电池仍将是未来几年的主流。

单晶硅和多晶硅相比，在目前1:5 的市场规模比例的基础上，单晶硅的比例将加大。五年内，单晶和多晶的市场占比有望发展至3:7 或是4:6。但因为金刚线切割技术和黑硅技术的成熟运用，而使多晶硅的成本优势继续保持，产品较单晶仍存在较大竞争力。

各种薄膜技术在柔性化、透明度方面的优势是晶硅电池难以比拟的。未来碲化镉、砷化镓、铜铟硒、铜铟镓硒，以及染料敏化、钙钛矿等电池也将得到较大发展。此外还有纳米、量子点等新概念、加入石墨烯等新材料第三代光伏电池不断突破。另外，聚光型电池因为有较高的转换效率，在垂直光线条件较好的地区也会得到较大发展。

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（内容来源：神华研究院）