华东师大利用纳米材料“再造”叶绿体，以低廉的成本实现光能发电
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华东师大利用纳米材料“再造”叶绿体，以低廉的成本实现光能发电
&&&&新华网上海４月１７日电（汤涛）植物体内神奇的光合作用，有望助人类实现清洁能源的梦想。记者日前从上海市科委获悉，华东师范大学科研人员利用纳米材料在实验室中成功“再造”叶绿体，以极其低廉的成本实现光能发电。
&&&&叶绿体是植物进行光合作用的场所，能有效将太阳光转化成化学能。此次课题组并非在植物 体外“拷贝”了一个叶绿体，而是研制出一种与叶绿体结构相似的新型电池――染料敏化太阳能电池，尝试将光能转化成电能。在上海市纳米专项基金的支持下，经过３年多实验与探索，这块仿生太阳能电池的光电转化效率已超过１０％，接近１１％的世界最高水平。
&&&&项目负责人、华东师大纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心主任孙卓教授展示了新型太阳能电池的“三明治”结构――中空玻璃夹着一层纳米“夹心”，光电转化的玄机就藏在这层几十微米厚的复合薄膜中。纳米“夹心”的“配方”十分独特：染料充当“捕光手”，纳米二氧化钛则是“光电转换器”。为了让染料尽可能多“吃”太阳光，科研人员还别出心裁地撒了点“佐料”――一种由纳米荧光材料制成的量子点，让不同波长的阳光都能对上“捕光手”的“胃口”。只要不断改进“配方”，纳米“夹心”的光电转化效率就能一次次提高。
&&&&作为第三代太阳能电池，染料敏化电池的最大吸引力在于廉价的原材料和简单的制作工艺。据估算，染料敏化电池的成本仅相当于硅电池板的１／１０。同时，它对光照条件要求不高，即便在阳光不太充足的室内，其光电转化率也不会受到太大影响。另外，它还有许多有趣用途。比如，用塑料替代玻璃“夹板”，就能制成可弯曲的柔性电池；将它做成显示器，就可一边发电，一边发光，实现能源自给自足。
&&&&孙卓透露，下一步，科学家们将着手解决此类电池效率随面积放大而降低的难题，同时进一步延长其使用寿命等。
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相关科学新知碳纳米管和巴克球，俘获光子，从而把可转化光能的波长范围扩大到近红外波段
美国《大众科学》杂志日前评选出2007年度“创新绿色科技奖”，一种太阳能纳米涂料获此殊荣。该涂料只要涂在墙上、车上，或是船身上，就可以发电。以往只是会在科幻小说里发生的事，现在已经变成了现实。想象一下，某一天，你开着一辆涂有太阳能涂料的汽车，车身的涂料正在产生电力驱动你汽车的引擎，那种感觉绝对棒极了。
科学家们从来没有停止过寻找更高效率、更便宜的太阳能利用技术。不过这次科学家倒是在另一个方向取得了突破：一种以碳纳米管和巴克球（即富勒烯，碳60的正32面体）为主要材料的太阳能涂料。实验结果令人兴奋。这两种材料能够在不同的、但互补的波长范围中俘获光子，从而把可转化光能的波长范围扩大到近红外波段。目32
前的转化率是7.1％，一旦转化率达到10％，这种太阳能墙纸张就会投放到市场。新产品可提高太阳能3%~5%的发电效率，减少对硅的需求量，降低生产成本。此次新品的问世将使太阳能产品在具有高性能的同时，也具有价格优势。
未来建材商店的货架上，太阳能墨盒将与带有太阳能涂层的墙纸并排摆放。首先从太阳能涂料中受
益的将是GSM（全球移动通讯系统）电话、MP3、GPS（全球定位系统）以及其他能源消耗较少的小型电器。只要在它们的外壳涂上几平方厘米的太阳能涂料，就能使它们的电量“常用常满”，而再也不必通过墙上的电源插座充电。至于将太阳能涂料用于屋顶和墙面，则必须耐心地等待3年甚至5年。涂覆新涂料的太阳能产品将于2009年前后面市。
歪打正着的发现
长期以来，研究人员一直希望能够找到天然的“极便宜、无毒、且丰富”，又合适于制造太阳能电池的
内电荷传输和纳米粒子界面有重要关系。因此，新的涂层工艺也很容易并入太阳能电池的制造过程，而成本并不会有额外的增加。
性能大比拼
目前科学家开发的太阳能电池使用了一个碳纳米管复合体，这是一种圆柱型碳分子结构，之所以称之为纳米管，是因为它的尺寸极小，科学家估计纳米管只有头发丝的2×10－4（1/50000）。然而，碳纳米管的导电性优于任何常规导线。
首先，与传统的光伏转换装置相比，这种涂层更能适应不同的使用环境，它能将任何一种表面都改造成太阳能转换器。从平时小家电的机壳开始(如手机)，再到窗户、墙壁、屋顶……而且，可以用这种涂料进行大面积的涂覆，从而弥补其转化率(即转化成电能的光能)相对较低之不足。很简单，尽管它的转化率目前仅有5％左右，只是传统硅
材料。多次实验表明，只要在太阳能硅电池表面生成一层硅纳米颗粒薄膜就能够提高它的能量转化率，同时也减少自身发热，延长电池使用寿命。
实验初期主要研究如何吸收和转化太阳光中紫外线的能量，对传统太阳能电池而言，紫外线要么直接被穿透出去，要么被硅元件吸收转化成热能而并非电能，热量还直接影响了硅电池的使用寿命。为了达到实际应用的效果，研究人员首先将体积较大的硅研制成纳米级颗粒，这些颗粒会发出不同颜色的荧光。而后，将这些颗粒分散在异
丙基酒精中，并抹在太阳能电池的表面。当酒精蒸发后，电池表面就形成一层紧密的纳米颗粒薄膜。
研究发现，如果太阳能电池表面覆盖的是厚度为1纳米的蓝色荧光纳米粒子薄膜，整个电池将能够多转化60%紫外光线的能量，不过可见光的转化率提高不到3%。但如果电池表面覆盖的是厚度为2.85纳米的红色荧光粒子薄膜，那么紫外光线的转化率可提高67%，而可见光可提高到10%。其实，太阳能电池性能的这种改进应更多地归于电池电压的提高而不是电流。研究表明，薄膜
基光伏电池的1/3，但只要把它的涂覆面积扩大2倍，不足之处就能得到弥补!更何况这显然是一项还会继续发展的全新技术!
第二项优势是价格便宜。它只是塑料，而不是价格不菲的硅!目前光伏产品的主要原料就是硅，其价格也因此居高不下。所以价格便宜的涂料便成了能够部分抵消其低转化率的长处。
硅将退出历史舞台
将几滴液体滴在一块覆有金属电极的几平方厘米的玻璃片上，迅速晃动玻璃片，使液体均匀摊开，凝固成一层类似塑料的薄膜。再将
技术问世时所提出“让廉价的太阳能四处普及”的承诺始终没有兑现。成本一直是阻碍太阳能电池普及的最大障碍。传统的太阳能电池制造需要用到硅，而硅是一种价格
利用塑料的感光性能，这种涂料可以将任何一种表面改造成光伏元件，真是太奇妙了
昂贵的商品，尤其在面临全球性短这一装置连接到一个电流表上，然后将这薄膜置于一个大功率灯泡的照射下，专家惊奇地发现电表指针指向5毫瓦/平方厘米的刻度!这个装置看似简陋，却可以毫不含糊地将太阳能转化成电能。而更重要的是，借助化学和物理的神奇力量，它明白无误地证明，太阳能涂料完全可行!这是一项集两种主要优势于一身的出色发明。
科学家自然对这种用碳纳米管和巴克球制成的太阳能电池的前景兴奋不已。因为它是一种既经济又简便的能量转换装置，人们可以把这种电池涂抹或打印在柔性塑料板上，或者涂在建筑物的外墙及屋顶上。而且，该涂料发电板安装方便，价格低廉。可将更多的太阳能转化为电能。未来我们甚至可以用廉价的家用喷墨打印机印出一张张太阳能板来。你可以把这些太阳能电池板固定在墙上、屋顶上或布告板上……在有阳光的地方就可建成一个个小小的太阳能发电站。
硅太阳能产品的高成本，使业内的每家企业都在积极寻求解决方案。传统的硅是光电池的基本材料，已经使用数十年，缺点是易损坏、笨重、昂贵。目前科学家开发的太阳能电池的材料是碳纳米管与碳60正32面体（即巴克球）的聚合34
体。尽管巴克球不能产生电流，但它可以捕获电子。阳光的照射将激活聚合体，而巴克球将捕获电子。这样一来，纳米管的作用将与铜线一样，能够产生电子和传输电流。专家预测，不久的将来，这种方法会成为全世界家庭住户的廉价能源方案。
想象一下，无需面板的太阳能电池会是什么样？只有像油漆那样薄薄的一层材料，就能吸收阳光并产生电流。将这种薄薄的材料覆盖在屋顶和窗户上，你家就能实现能量的自给自足了，甚至还能出售一些多余的电能。而且这种太阳能房屋获取能量的费用也会比烧煤更便宜。
发展前景广阔
太阳能电池的科学原理是这样的：当阳光照射到有机太阳能电池上时，将产生正电荷和负电荷，如果电荷可以被分别传送至正负极，就会形成电流，如果不可以，能量将被浪费掉。如果用电子方式把电池连结在一起，这种电池形态被称为电池板，正如现在大多数屋顶上安装的那种太阳能电池板。电池及电池板的大小有所不同，电池的大小从1毫米到几米不等，而电池板没有大小限制。
太阳能硅电池已经问世几十年了，由于成本和体积的原因，这种
缺的情况下就更是如此。更糟糕的是，还必须将硅覆盖在玻璃上，因此传统太阳能电池沉重、危险、运输成本高昂。由于必须牢固地固定，安装成本也很高。而且，70%以上的硅都在生产过程中浪费了。这意味着，使用传统的制造方法，即使是最便宜的太阳能电池每瓦特能量的制造成本也要3美元。而要在价格上与煤炭这样的传统能源具有竞争力，这个成本必须减少到不足1美元。新的太阳能转换技术的发展有可能让这一承诺变成现实。太阳能涂料不需要硅，而且由于能高效地连续生产，其每瓦特能量的制造成本不到0.3美元。只要利用一台印刷机一样的设备，将一层吸收阳光的太阳能涂料铺设在铝箔一样薄的金属薄片上即可。因此成本只有今天太阳能硅电池的1/100，生产速度也能达到每分钟上百米。你可以成卷地打印出这种产品，而且安装场所也不受限制，在任何你需要的地方都可以安装它。
目前，科学家正在建造世界上最大的太阳能电池制造厂。据预计，到2008年8月建成投产后，首批的10万块电池会销往欧洲。这座工厂每年将能够生产出430兆瓦的太阳能电池，超过美国所有其他种类太阳能电池的功率总和。
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四、太阳能聚光板 ( Photovoltaics ) 太阳能聚光板也叫电磁聚光板、高分子太阳能电 磁聚光板，是利用高分子电磁新晶体材料，应用于光 伏产业，效率远远高于传统硅晶板，广泛应用于航天 技术，是航天和民用首选的环保材料。 太阳能聚光板（PV）是聚光太阳能电池，光电电 源（PP）产品的基本技术。太阳能光电板组合产品已 经在纵向一体化、光学薄膜涂层、元件、设计自定义 等方面的专业技术上有了重大改变，并且开始制造从 太阳光中获取能量的太阳能电池和利用激光在光纤中传递能量的光电电源。 凭借我们先进的半导体加工上的专业技能，电磁聚光型多结太阳能电池可以在聚光的作用下产生动力。无论是作为芯片和接收机组件，通过产品定制，我们可以提供非常可靠的电池产品，这种产品结合了我们在高质量通信上的经验和我们的在光电转换器上的技术。经过数万个光电转换器在该领域超过10年的应用，高分子太阳能电磁聚光板的电池在高效率上表现出持久良好的性能。 基本原理 电磁聚光型太阳能电池是聚光型太阳能电池(Concentrator Photovoltaic)、高聚光镜面菲涅尔透镜(Fresnel Lenes)以及太阳光追踪器(Sun Tracker)]的组合，其太阳能能量转换效率可达31%～40.7%，且向阳时间长。CPV通过聚光的方式把一定面积上的光通过聚光系统会聚在一个狭小的区域（焦斑），太阳能电池仅需焦斑面积的大小即可，从而大幅减少了太阳能电池的用量。同样条件下，倍率越高，所需太阳能电池面积越小。 优势： 极高的规模化潜力。因其光电转化效率高等特点，是在可预见的未来时间里能用于建造大型支撑电源的最理想的太阳能发电技术。1、成本下降空间巨大。CPV技术极大地减少了光电材料的使用量，而光电材料是太阳能电池中成本最高的部分。与晶硅和薄膜太阳能发电技术相比，CPV目前3-4美元/Wp的建设成本并无优势，但作为一项新兴技术，随着生产规模的扩大、电池效率的提高、聚光模块的改进等，成本有巨大的下降空间。 2、占地面积小。在同等发电量的情况下，CPV电厂的土地占用面积比平板式太阳能要小得多。CPV系统由支柱承载其主要结构体，占地面积极小，且由于系统在地面产生的阴影面积是移动的，所以对电厂所在地的生态影响也较小，面板下方的土地仍然可以用于畜牧等用途。 3、耗水量极低。通常具有高太阳辐射的地区都比较缺水，CPV系统的整个发电过程中完全不需要水，仅需少量水用于清洁太阳能组件的玻璃外壳。与聚光光热(CST)、核电、IGCC等清洁发电技术相比，CPV有着明显的节水优势。 4、材料循环利用。CPV技术还有另一个特别吸引人的地方：该技术所使用的97%的材料（大部分为玻璃和铝）都可循环利用。由于成本降低，使用CPV技术的发电厂能够在6个月之内收回成本。更为奇妙的是，CPV技术允许接收太阳能的玻璃阵列不规则排列，从而可以最大程度地开发可利用土地，将太阳能利用最大化。而且因为该系统能够在白天跟踪太阳移动轨迹，人们甚至可以在玻璃阵列下面种植庄稼。 5、与传统光伏产业的共存。尽管成本低廉，但CPV并不对传统的太阳能光伏产业构成威胁，因为CPV与传统PV所适用的领域不一样。前者更适合大规模设施，宜于建成发电厂；而后者更适合分散的小规模应用，如应用于房顶之上。但这项技术却对大型聚热太阳能发电厂构成了实实在在的威胁。 聚光型太阳能系统模组 CPV系统模组主要由太阳能电池、高聚光镜面菲涅尔 透镜等光学聚光元件、太阳光追踪器组成。应用菲涅尔透 镜的作用就是将光线从相对较大的区域面积转换成相当 小的面积上，这种透镜也被称做集光器或聚光器。 在太阳聚光领域，菲涅尔透镜是聚光太阳能系统 (CPV)中重要的光学部件之一。太阳菲涅尔透镜聚光镜就 是，透镜的焦点刚好落在太阳能芯片上。当透镜面垂直面 向太阳时，光线将会被聚焦在电池片上，汇聚了更多的能量，因而需要较小的电池片面积，大大节约了成本。应用菲涅尔透镜能够将太阳光聚焦到入光面1/10至1/1000甚至更小的接收面（高性能电池片）上，比传统平板光伏(FPV)发电效率提高30%以上，满足太阳能聚光发电(CPV)和聚热系统(TPV)中高能量高温需求。 聚光太阳能系统所用的是正菲涅尔透镜，光线从一侧进入，经过菲涅尔透镜在另一侧出来聚焦成一点或以平行光射出。焦点在光线的另一侧，并且是有限共轭。菲涅尔透镜克服了普通透镜重量大的缺点，可省去约80%的材料成本，应用结构简单。在实际应用中，系统还应安装二次聚光设备，由于受到太阳光跟踪系统的精度和风向等影响，太阳光入射方向有可能偏离聚光轴向方向，以400倍菲涅尔透镜为例，如果入射角偏离0.5度，光学效率将降为64%，如果入射角偏离1度，光学效率将降为0。为增加对太阳光入射偏离容忍度，可在太阳能电池表面加上二次聚光器，可将容忍度提高到一度。 五、功率计算 太阳能交流发电系统是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池共同组成；太阳能直流发电系统则不包括逆变器。为了使太阳能发电系统能为负载提供足够的电源，就要根据用电器的功率，合理选择各部件。下面以100W输出功率，每天使用6个小时为例，介绍一下计算方法： 1.首先应计算出每天消耗的瓦时数(包括逆变器的损耗)：若逆变器的转换效率为90%，则当输出功率为100W时，则实际需要输出功率应为100W/90%=111W；若按每天使用5小时，则耗电量为111W*5小时=555Wh。 2.计算太阳能电池板：按每日有效日照时间为6小时计算，再考虑到充电效率和充电过程中的损耗，太阳能电池板的输出功率应为555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充电过程中，太阳能电池板的实际使用功率。
六、应用领域： 1.：（1）小型电源10-100W不等，用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、电视、收录机等；（2）3-5KW家庭屋顶并网发电系统；（3）光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌溉。 2. ：如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、宇翔路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。 3. ：太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通讯/寻呼电源系统；农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPS供电等。 4. 石油、海洋、气象领域：石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等。 5.：如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。 6.：10KW-50MW独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种大型停车厂充电站等。 7.太阳能建筑：将太阳能发电与建筑材料相结合，使得未来的大型建筑实现电力自给，是未来一大发展方向。 8.包括：（1）与汽车配套：太阳能汽车/电动车、电池充电设备、汽车空调、换气扇、冷饮箱等；（2）太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统；（3）海水淡化设备供电； （4）卫星、航天器、空间太阳能电站等。篇二：光伏发电项目材料 太阳能光伏发电项目会谈备忘录 时
点：汶上县圣泽酒店 会谈方：汶上县白石镇人民政府 深圳安邦信电子科技有限公司 会谈双方就在汶上县白石镇投资50兆瓦电阳能光伏电站项目各自提出想法，深入交换意见，有关情况如下： 一、深圳安邦信电子科技有限公司李恩长董事长就项目需地方政府配合的有关问题，及自己对项目的考察感受发言。 1、本项目需要省发改委立项，请白石镇帮助咨询县发改部门需要什么资料，如何走程序？ 2、汶上县和白石镇政府对本项目有什么优惠政策？ 3、本项目下步怎么接洽和推进？建议成立项目投资方、县级、镇级三方工作联络小组。 4、项目土地价格，使用形式（租还是征），大体面积。本项目分期建设到50兆瓦规模，需土地1600亩。 5、我方对继续推进下步的工作没有疑义，对现场环境比较满意。 二、白石镇王君磊书记针对李总提出的问题答复如下： 1、发改局立项，县级阶段由白石镇负责协调，省、市双方配合共同努力。目前，需要项目方提供可行性研究报告或项目情况说明，由县发改局形成《项目申请报告》，逐级申报到省发改委审批，待获得省发改委批准后，再组织项目立项所需材料申请立项。 2、优惠政策：县级实行所得税“免二减三”优惠，即：企业前两年所得税的地方留成部分全部奖励企业，第三至第五年所得税地方留成部分的50%奖励企业。白石镇可根据项目税收实现情况，把地方留成部分的一部分奖给企业，具体比例再行商议。 3、下步接洽联络可成立联络小组，建议由以下组成，项目方：李恩长、李化宇、马仲华；县里：李永华、龙茂义；白石：王君磊、杜科申。大家在各个层面共同努力，力争项目早日落地。 4、项目土地价格原则上不高于150元/亩。通过咨询县国土局，荒山未利用土地新上太阳能光伏电站可办临时用地，设备用房、办公用房等永久性建筑要办理土地使用证。如办理土地征用手续，价格大约14万元/亩。建议：采取租赁和征用结合的方式，安装太阳能板的场地采用租赁，办公区等办理征地手续。 5、供电公司并网事宜，可在发改委立项后再协商 三、项目方李总感觉土地价格偏高，在适当时机另行协商。 联系方式： 李永华： 龙茂义： 王君磊： 杜科申：篇三：光伏材料的发展前景 光伏材料的发展前景 [摘要]光伏材料作为新能源的一种，在目前转化率暂且还不是很高的情况下，仍然具备很高的利用价值。目前，科技领先国正大力研发新型材料来提高光伏转化率。在目前环境问题越来越突出的情况下，光伏材料无疑是一种很好的替代材料。但是，研究过程也遇到过许多问题，包括光伏材料自身也有着许多使用限制，但是总的来说，研发升级光伏材料是有重要意义的，本文就光伏材料的发展前景进行探讨，希望能得到一些启示和预示。
[关键词]光伏材料；发展前景
[Abstract]Photovoltaic materials as a kind of new energy, at the current conversion rate is not very high, still has very high use At present, science and technology leading countries are vigorously developing new materials to improve the photovoltaic conversion rate. Under the condition of the current environmental problems more and more prominent, photovoltaic material is undoubtedly a good alternative. However, the research process also encountered many problems, including photovoltaic material itself also has use restrictions, but overall, the research and development to upgrade photovoltaic material was of great significance, this paper discusses the prospects of the development of photovoltaic materials, hope to get some enlightenment and predicted. [Key words]PhProspects for development 绪论 [研究背景]光伏产业是一个创造神的产业，有传奇也有英雄，然而，随着全球金融危机的渗透，以及国内产业自身等多方面因素的影响，整个光伏产业，无论是上游的多晶硅，还是下游组件厂，无一例外地经历了断崖式下滑。虽然近期多晶硅价格出现了反弹回暖迹象，但专业人士分析，国内光伏产业的发展依旧迷雾重重。PHOTON咨询公司指出，太阳能市场以十分强劲的态势增长，并将持续保持，年的年均增长率超过50%，但是多晶硅供应商的市场机遇受到价格、供应和需求巨大变化的影响。后危机时代太阳能模块设施增长的强劲复苏致使多晶硅市场吃紧。按照PHOTON咨询公司的2010年年度太阳能市场报告，在现行政策和经济环境下，预计多晶硅供应在年的年均增长率为16%，将达到2014年29万吨/年。能力增长主要受到主要生产商的扩能所驱动，这些生产商包括美国Hemlock半导体公司、OCI公司和瓦克化学公司。分析指出，光伏部门受刺激政策的拉动，正在扩能之中，预计多晶硅供应的年均增长率可望达43%，将使其能力达到2014年近50万吨。
[研究思路]从光伏材料的原理开始研究，通过比较一代代的材料变化，规律和经验，推出光伏材料的发展前景。一、什么是光伏材料光伏材料【solar cell materials】是能将太阳能直接转换成电能的材料。光伏材料又称太阳电池材料，只有半导体材料具有这种功能。可做太阳电池材料的材料有单晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等。用于空间的有单晶硅、GaAs、InP。用于地面已批量生产的有单晶硅、多晶硅、非晶硅。其他尚处于开发阶段。目前致力于降低材料成本和提高转换效率，使太阳电池的电力价格与火力发电的电力价格竞争，从而为更广泛更大规模应用创造条件。 二、光伏材料的工作原理 “光伏发电”是将太阳光能直接转换为电能的一种发电形式。1839年，法国科学家贝克勒尔(A．E．Becqure1)首先发现了“光生伏打效应(Photovoltaic Effect)”。然而，第一个实用单晶硅光伏电池(Solar Cel1)直到一个多世纪后的1954年才在美国贝尔实验室研制成功。20世纪70年代中后期开始，光伏电池技术不断完善，成本不断降低，带动了光伏产业的蓬勃发展。光伏发电原理如图1所示。PN结两侧因多数载流子(N 区中的电子和P区中的空穴)向对方的扩散而形宽度很窄的空间电荷区w，建立自建电场Ei。它对两边多数载流子是势垒，阻挡其继续向对方扩散；但它对两边的少数载流子(N 区中的空穴和P区中的电子)却有牵引作用，能把它们迅速拉到对方区域。稳定平衡时，少数载流子极少，难以构成电流和输出电能。但是，如图la、b所示，光伏电池受到太阳光子的冲击，在光伏电池内部产生大量处于非平衡状态的电子一空穴对，其中的光生非平衡少数载流子(即N 区中的非平衡空穴和P区中的非平衡电子)可以被内建电场Ei牵引到对方区域，然后在光伏电池中的PN结中产生光生电场EPV一当接通外电路时，即可流出电流，输出电能。当把众多这样小的太阳能光伏电池单元通过串并联的方式组合在一起，构成光伏电池组件，便会在太阳能的作用下输出功率足够大的电能。光能使半导体材料内部的电荷分布状态发生变化，从而产生电动势和电流。光电转换材料是通过光生伏特效应将太阳能转换为电能的材料， 主要用于制作太阳电池。太阳电池对光电转换材料的要求是转换效率高、能制成大面积的器件，以便更好地吸收太阳光。而太阳电池主要原料有：晶体硅电池：多晶硅电池：多晶硅(polycrystalline silicon)及单晶硅电池：单晶硅(monocrystalline silicon)。而多晶硅和单晶硅的原料都是多晶硅料(polysilicon),经过提拉（形成单晶硅）铸锭（形成多晶硅）。另外的薄膜电池和第三代电池，大部分都是依靠不同的化学品进行层层的沉积合成，最后得到电池。
三、光伏材料研究现状 第一代光伏发电材料： 当前，太阳能光伏电池材料主要有晶体硅材料，晶体硅包括单晶硅，多晶硅和非晶硅。单晶硅是目前普遍使用的光伏发电材料，高效单晶硅电池的生产建立在高质量单晶硅材料和成熟的加工工艺基础上。目前，单晶硅电池工艺已近成熟，提高其光电转换效率主要靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在光照充足的最佳角度，单晶硅电池的光电总转换效率可以达到 20%～24%。多晶硅原料是半导体工业和光伏产业共同的上游原材料，多晶硅光电池的转换效率最高达 18.6%，明显不如单晶硅。为适应光伏市场需求的持续稳定增长，太阳能电池企业不得不以较高的价格购买半导体级硅来生产光伏电池，这无疑增加了光伏产业的成本，制约了光伏产业的发展。随着光伏产业的进一步发展，多晶硅的需求量会越来越大。非晶硅太阳电池具有独特的优势：材料和制造工艺成本低、易于形成大规模生产能力。a-Si 太阳电池易于实现集成化。各种功率、输出电压、输出电流的器件都可以设计制造出来，可以较方便地生产适合不同需求的多种产品。a-Si 太阳电池光吸收系数高、暗电导量低，适合制作手表电池、计算器电池等低功耗电源；a-Si 膜的硅网结构力学性能结实，适合在柔性的衬底上制作轻型的“大电池”；a-Si 太阳电池的制造方法灵活多样，可以制造建筑集成的电池，适合户用屋顶电站的安装。非晶硅电池将发展为太阳能电池的主要产品之一，有很好的市场前景。 第二代光伏发电材料： 第二代太阳电池的核心是一种可粘接的薄膜。这种薄膜的优势：一是可以大批量、低成本地生产；二是能更好地利用太阳能。该薄膜的表面呈绒面结构，在显微镜下观察，如同锉刀表面一般，粗糙的表面突起部分就像一座座小小的金字塔。当阳光照在这种薄膜上，光线斜射入电池内，经过各斜面不同角度的折射后，光线又会从电池板的背面反射回表面，大部分光线还能再次从表面反射回电池内，如此多次反复，使光线在电池内的传播路线大大加长。实验证明，光在这种电池内的传播路线是在表面光滑的电池体内所传播路线长度的 25倍，可大幅度地提高光能的利用效率。以纳米TiO2为主的薄膜太阳电池，因其工作原理独特，生产成本低廉而引起了世界广泛关注。纳米晶太阳电池（Nanocrystalline SolarCell）采用的是无机-有机复合体系，有效地把纳米技术与太阳电池结合。首先采用无机纳米粒子制备多孔的薄膜，然后在薄膜的微孔中修饰有机染料分子或无机半导体粒子作为光敏剂，光敏剂吸收入射光后产生电子—空穴对，通过半导体颗粒使电荷转换效率提高，制备工艺简单，其制作成本仅为单晶硅电池的1/5，具有明显的价格优势。作为一种低成本的太阳电池，在军事和民用方面具有很大的应用价值。纳米晶太阳电池更展现了太阳电池新的发展方向。 第三代光伏发电材料： 物理学家正试图寻找全新的途径研制新的太阳能电池，他们设想在单晶硅中掺入一些杂质，有意形成晶体内的缺陷， 以利用这些缺陷导致额外的光电势能。这样也许可以提高光子电流，但却会丢失一部分开路电压，因此要应用全新的材料。从理论研究看，在阳光集中辐照时，利用希泽光电效应可能达到的光电转换效率的极限值为63.2%，但只有使用理想的材料才能达到。若使晶体结构中形成的缺陷能准确无误地出现在所需要的地方，实际上也很难做到。德国科学家正在进行这方面的实验，他们在单晶硅中掺入稀土金属元素铒（Er）来制造太阳电池，以测试它对转换效率可能产生的影响。理论上讲，太阳电池的最高转换效率可以达到95%，但实际上最多也仅能达到85%。对于研究太阳能的科学家们来说， 能够在现今已取得的光电转换效率最好纪录（24.8%）的基础上，哪怕是取得小的进展都是了不起的成果。现在如果用一种单一的太阳电池能达到30%的转换效率，那也是太阳电池技术发展的一个重大突破。
四、光伏材料的发展前景 现今市场上的太阳能电池模块有95%以硅为原材料，其中有60%为多晶硅，30%为单晶硅，预计这一现状还将持续一段时间。对未来太阳能发电系统的发展而言，如何降低电池模块的成本是关键，是因为本&&篇:《》来源于:
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