太阳能光伏材料发展进程研究

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1、太阳能光伏材料发展进程研究摘要自太阳能被人类利用以来，太阳能电池作为一个重要的研究方向，其光伏材料不断更新换代。本文简要介绍太阳能电池发展历程，概述4代太阳能光伏材料的发展并对其各自原理及优缺点简单介绍，分析其发展利用的局限，并对目前光伏材料的研究热点钙钛矿太阳能电池材料作系统介绍，简单展望其发展前景。关键词：光伏材料发展进程四代钙钛矿太阳能电池ResearchonDevelopmentofSolarPhotovoltaicMaterialsAbstractSincethesolarenergyhasbeenusedbymankind,solarcellsacte

2、dasanimportantresearchrole,itsphotovoltaicmaterialshasbeenupgradingyearbyyear.Thispaperintroducedthedevelopmentofsolarcellssimply,andmadeanoverviewofthedevelopmentofthefourgenerationsofsolarphotovoltaicmaterials,andintroduceditsadvantagesanddisadvantagesbriefly,analyzedthelimitationof

3、itsdevelopmentandutilization.Inaddition,thepaperintroducedcurrenthotmaterial-perovskitesolarcellmaterialindetail,andmadeasimpleprospectofitsdevelopmentprospects.KeyWords:Photovoltaicmaterials;Developmentprocess;Fourgenerations;Perovskitesolarcell1.引言纵观人类发展史，从最初学会使用火到今天大量化石能源的开采利用，人类历史

4、是一部随着能源发展变迁的历史，从最初的石器时代到如今的信息时代，人类历史也是一部随着材料不断发展变化的历史，学术界普遍将信息、能源和材料视为现代社会的三大支柱。众所周知，太阳先于人类历史而存在，但一直以来由于人类技术水平的局限，太阳能未能被人类利用，如今化石能源依然在全球能源中居于主导地位，但化石能源的利用带来了诸多环境问题，比如温室效应，臭氧空洞，酸雨等，这些环境问题会给人类带来毁灭性的灾害，另一方面，据推测，目前世界各项能源的储量为石油可供使用40年，天然气70年，煤炭160年，铀70年，可见化石能源也并非取之不尽，用之不竭，在可预见的将来终将被开采殆尽。为了

5、应对能源危机，近年来世界各国纷纷投入大量资金研究新能源，自此太阳能进入大众视野，科学家们以太阳能为基础开展了一系列研究，我们熟悉的光催化，太阳能电池在这一领域如今已初见成果。在太阳能电池的发展过程中，材料扮演着举足轻重的角色。光伏材料是能将太阳能直接转换成电能的材料，分别以“光伏材料”和“solarcellmaterial”在主流数据库“中国知网”和“webofscience”不限年份进行主题检索可得到高达13万和3万的记录数，其他数据库也不例外。几十年来，光伏材料的发展可大致分为4代：第一代主要是晶硅太阳能电池材料，具体可分为单晶硅材料和多晶硅材料；第二代主要是

6、硫化镉、铜铟硒化物及砷化镓太阳能电池材料；第三代主要是染料敏化太阳能电池材料；第四代主要是聚合物太阳能电池材料。这四代光伏材料各有千秋，不同程度地占据目前的光伏市场，而据2013年《Nature》报道[1]，以宾夕法尼亚大学能源创新研究中心联合主任安德鲁.阿姆为领导者的研究团队发现，以一种新式钙钛矿(CaTiO3)为原料的太阳能电池的转化效率或可高达50%，为目前市场上太阳能电池转化效率的2倍，能大幅降低太阳能电池的使用成本，由此开始，钙钛矿太阳能电池进入研究的黄金时期，该类电池目前还处于实验室研究阶段，但前景巨大。1.第一代光伏材料2.1结构原理晶硅太阳能电池的

7、原理主要是半导体的光电效应，一般的半导体主要结构如图1，图中的正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。图1.半导体主要结构当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，它的形成可以参照下图2，图中正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子，而黄色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有3个电子，所以就会产生入图所示的蓝色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成P型半导体。同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成N型半导体，黄色的为磷原子核，

8、红色的为多