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太陽(yáng)能發(fā)電有兩種方式，一種是光—熱—電轉換方式，另一種是光—電直接轉換方式。我們通常說(shuō)的光伏都是指后一種方式。傳統概念里，電池是個(gè)儲存電力的儲能單元，在光伏行業(yè)里，電池是利用光生伏特效應將太陽(yáng)能直接轉換成電能的發(fā)電單元，簡(jiǎn)稱(chēng)為光伏電池。 光伏是光生伏特（Photovoltaic）的簡(jiǎn)稱(chēng)，這個(gè)詞來(lái)源于希臘語(yǔ)，意思是光、伏特和電氣的。伏特來(lái)源于意大利物理學(xué)家亞歷山德羅？伏特的名字，為紀念他后人將“伏特”作為電壓的單位使用。 光生伏特效應就是光電效應，是德國物理學(xué)家赫茲于1887年發(fā)現的。光電效應就是太陽(yáng)能電池工作的基本機理：太陽(yáng)光照在半導體P-N結上，形成新的空穴-電子對，在P-N結電場(chǎng)的作用下，光生空穴由N區流向P區，光生電子由P區流向N區，接通電路后就形成電流。從發(fā)現光電效應到可以大規模地制造商業(yè)用光伏電池，人類(lèi)用了一百年的時(shí)間。 光伏發(fā)電的最核心的器件是太陽(yáng)能電池，電池的轉化效率、生產(chǎn)成本決定了它的市場(chǎng)前景、制造者的利潤，以及最后環(huán)節-電站業(yè)主的投資回報期。在其發(fā)展的100多年里，基礎研究和技術(shù)進(jìn)步都起到了積極推進(jìn)的作用，至今為止，太陽(yáng)能電池的基本結構和機理沒(méi)有發(fā)生根本的改變。 
1.晶硅太陽(yáng)能電池 晶硅太陽(yáng)能電池是目前發(fā)展最成熟、商業(yè)化程度最高、市場(chǎng)占有率達90%以上，被稱(chēng)為第一代太陽(yáng)能電池。晶硅電池按照基材的類(lèi)別分為：?jiǎn)尉Ч桦姵睾投嗑Ч桦姵�。單晶硅電池轉換效率最高。但由于受單晶硅材料價(jià)格及相應的繁瑣的電池工藝影響，，致使單晶硅成本價(jià)格居高不下。多晶硅電池轉換效率略低，但制造成本也較低，對于普通商業(yè)客戶(hù)來(lái)說(shuō)，具有更好的性?xún)r(jià)比。因此相對來(lái)說(shuō)市場(chǎng)份額更大。 2.薄膜太陽(yáng)能電池 和晶硅電池基于硅片不同，薄膜電池是基于玻璃基板。這就從根本上決定了生產(chǎn)材料的成本比晶硅電池要更低。它被稱(chēng)為第二代太陽(yáng)能電池。采用化學(xué)氣相沉積法在玻璃基板上生成一層半導體薄膜，產(chǎn)生光電效應。根據半導體材料的不同，分為：硅基薄膜太陽(yáng)電池、化合物薄膜太陽(yáng)電池（含Ⅱ-Ⅵ族：碲化鎘-CdTe，以及擴展Ⅱ-Ⅵ族：銅銦鎵硒-CIGS，銅鋅錫琉-CZTS等）、有機和染料敏化太陽(yáng)電池。 薄膜太陽(yáng)電池原材料成本低，便于大面積、自動(dòng)化高效生產(chǎn)，更適合用于光電建筑一體化應用。缺點(diǎn)是轉換效率約只有晶硅電池的一半。如果能進(jìn)一步解決穩定性及提高轉換率，未來(lái)預期會(huì )有極大的市場(chǎng)潛力。 3.第三代太陽(yáng)能電池 太陽(yáng)能電池轉換效率受到光吸收、載流子輸運、載流子收集的限制。由于常規半導體電池只能轉換接近和高于帶隙能量的光子，對可見(jiàn)太陽(yáng)光譜能量并未得到充分的利用。因此充分利用太陽(yáng)能的全光譜，是突破瓶頸的關(guān)鍵。第三代太陽(yáng)能電池就是這些具有新材料和結構的太陽(yáng)能電池的統稱(chēng)。已經(jīng)提出的第三代太陽(yáng)電池主要有疊層太陽(yáng)電池、多帶隙太陽(yáng)電池和熱載流子太陽(yáng)電池等。 二、光伏技術(shù)發(fā)展戰略目標和產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線(xiàn)圖 晶硅電池發(fā)展的趨勢是低成本高效率，這是光伏技術(shù)的發(fā)展方向。低成本的實(shí)現途徑包括效率提高、成本下降及組件壽命提升三方面。效率的提高依賴(lài)工藝的改進(jìn)、材料的改進(jìn)及電池結構的改進(jìn)。成本的下降依賴(lài)于現有材料成本的下降、工藝的簡(jiǎn)化及新材料的開(kāi)發(fā)。組件壽命的提升依賴(lài)于組件封裝材料及封裝工藝的改善。因而，晶體硅電池發(fā)電的平價(jià)上網(wǎng)時(shí)間表除了與產(chǎn)業(yè)規模的擴大有關(guān)外，最重要的依賴(lài)于產(chǎn)業(yè)技術(shù)（包括設備和原材料）的改進(jìn)。 僅靠工藝水平的改進(jìn)對電池效率的提升空間已經(jīng)越來(lái)越有限，電池效率的進(jìn)一步提升將依賴(lài)新結構、新工藝的建立。具有產(chǎn)業(yè)化前景的新結構電池包括PERL選擇性發(fā)射極電池、HIT異質(zhì)結電池、IBC背面主柵電池及N型電池等。這些電池結構采用不同的技術(shù)途徑解決了電池的柵線(xiàn)細化、選擇性擴散、表面鈍化等問(wèn)題，可以將電池產(chǎn)業(yè)化效率提升2～3個(gè)百分點(diǎn)。2001年，澳大利亞新南威爾士大學(xué)（UNSW）研發(fā)的PERL高效單晶硅電池效率達到25％，接近理論值，是迄今為止的最高記錄。 薄膜電池因其發(fā)展歷程較短顯現如下缺點(diǎn)：效率低、制造技術(shù)與相應設備不夠完善、開(kāi)發(fā)經(jīng)驗不足。需要加大研發(fā)力度，從器件結構到襯底基材、大面積、均勻、高性能的沉積技術(shù)的改進(jìn)，以及新型互連、集成型模塊，卷對卷的制造和包裝方式等方面的創(chuàng )新和提高，以便能夠成為可與晶硅電池相媲美的光伏電源形式。當前發(fā)展起來(lái)的薄膜電池，各有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。CdTe因其工藝簡(jiǎn)單，轉換效率達到12%，最短只需8個(gè)月的能源回收期，具有最低的成本優(yōu)勢，因而美國First Solar在薄膜電池市場(chǎng)上具有最大份額。美國的可再生能源國家實(shí)驗室（NREL）保持小面積碲化鎘電池的最高效率紀錄16.5%。但是從中長(cháng)期前景來(lái)看，還很難預測到底哪種薄膜技術(shù)將最終勝出�？梢灶A見(jiàn)的是，未來(lái)光伏建筑一體化（BIPV）市場(chǎng)的啟動(dòng)，將為薄膜電池產(chǎn)業(yè)打開(kāi)新的市場(chǎng)藍海。 第三代電池太陽(yáng)能電池目前還尚處于基礎研究階段。主要概念是尋找全新的電池結構和制造工藝，通過(guò)開(kāi)發(fā)活性層來(lái)實(shí)現超高效太陽(yáng)能電池�；钚詫涌梢院芎玫嘏c太陽(yáng)能光譜匹配或者調整攝入的太陽(yáng)能光譜。這些技術(shù)是建立在納米技術(shù)和納米材料的進(jìn)一步發(fā)展的基礎上。量子阱、量子線(xiàn)和量子點(diǎn)就是活性層引入的結構的例子。其市場(chǎng)前景取決于新技術(shù)能否降低制造成本實(shí)現大規模量產(chǎn)，這需要投入相當可觀(guān)的中期和長(cháng)期基礎和應用研發(fā)。它代表著(zhù)太陽(yáng)能電池的未來(lái)發(fā)展方向。 幾十年來(lái)圍繞著(zhù)提高效率、降低成本的各種研究開(kāi)發(fā)工作取得了顯著(zhù)成就，表現在電池效率不斷提高（單晶硅電池的實(shí)驗室效率已經(jīng)從50 年代的6％ 提高到目前的24.7％，商業(yè)化電池在近20年內提升了相對50%的效率）、硅片厚度持續降低、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)不斷改進(jìn)等方面，對降低光伏發(fā)電成本起到了決定性的作用。各國光伏研究機構和生產(chǎn)商不斷改善現有技術(shù)，開(kāi)發(fā)新技術(shù)。他們根據自己的技術(shù)實(shí)力和科研回報的期望，選擇不同的研究方向和路徑，共同促進(jìn)光伏技術(shù)的不斷進(jìn)步。 圖1光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線(xiàn)圖，展示了不同光伏技術(shù)的發(fā)展狀況及前景（來(lái)源：IEA） 圖1：光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線(xiàn)圖 國際能源機構（IEA）2010年公布了典型商業(yè)平板組件電池的發(fā)展戰略目標。電池效率期望能從2010年的16%增長(cháng)到2030年的25%，2050年增長(cháng)到40%。隨著(zhù)能源和材料在制造業(yè)的使用更加高效，光伏系統能源回收期的時(shí)間會(huì )不斷縮短的。預計能源回收期會(huì )從2010年的兩年降低到2030年的0.75年，到2050年會(huì )下降到0.5年。使用壽命期望從25年增加到40年。（見(jiàn)表一）。
IEA指出，未來(lái)10年對于各國政府出臺有效的政策以促進(jìn)太陽(yáng)能發(fā)電的發(fā)展至關(guān)重要。擁有豐富太陽(yáng)能資源的地區需要在適當時(shí)間出臺著(zhù)眼長(cháng)遠、可預計的太陽(yáng)能激勵措施來(lái)維持早期的部署和研發(fā)經(jīng)費，保證對研究、開(kāi)發(fā)和示范工作的長(cháng)期資金投入，不斷提高太陽(yáng)能電池技術(shù)的競爭力，早日實(shí)現光伏發(fā)電的平價(jià)上網(wǎng)。這將開(kāi)啟太陽(yáng)能發(fā)電大規模應用的一個(gè)嶄新時(shí)代。（太陽(yáng)能光伏網(wǎng)） |
