本科毕业论文高效太阳能电池前景展望

1 本科毕 业 论 文题 目 高效太阳能电池前景展望专 业 光伏材料加工与应用技术日 期 2012 年 4 月 11 日摘 要为了应对能源危机和环境污染， 新能源已是全球关注的焦点， 太阳能因其清洁环保尤其备受关注。 近几年太阳能电池产业以平均年增长率为 30的速度飞速发展。 摆在人们面前的课题是如何进一步提高转换效率、 降低成本使太阳能电池的成本降低到与常规能源发电相当的水平。 近几年， 我国太阳能光伏产业以倍增速度快速发展， 一举成为全球最大的太阳能电池生产国。 然而就目前我国的太阳能应用市场发展明显滞后国外， 影响太阳能电池推广应用除了政策的原因外， 主要是因为它的成本太高。 因此， 进一步降低制造成本是太阳能电池得以大规模应用的关键。 业内人士表示， 提高太阳能电池转换效率是降低成本的有效途径之一，据了解，转换效率提高 1，成本会降低 7。综上所诉提高太阳能电池效率是光伏行业迅速取代传统能源的必胜法宝， 因2 此本文从太阳能电池的种类、 制造工艺、 光伏发电中能量损失分析提升效率途径和将来的发展方向。也从材料的微观结构入手论述了材料的光生载流子复合寿命、 p-n 结数目、温度和光强等因素对光生伏特效应的影响，从而为提高太阳能电池光电转换效率提供可行的理论依据。本文根据对近几年光伏材料的发展和重要性作出分析和研究， 并对高效太阳能电池的主要发展方向进行研究，指导我们将来在研究中应从事的方向。关键词 太阳能电池 高效电池 转换效率 叠层电池 聚光太阳能电池绪 论 . 31.晶体硅太阳能电池的发展及其前景展望 42.太阳能电池分类介绍及其应用现状 52.1 硅太阳电池 . 52.2 多元化合物薄膜太阳能电池 . 62.3 聚合物多层修饰电极型太阳能电池 . 62.4 纳米晶体太阳能电池 . 62.5 有机太阳能电池 . 63.制约高效太阳能电池发展的因素 73.1 光伏发电中的能量损失分析 . 73.2 影响太阳能电池效率的因素 83.3 结 论 . 94.高效叠层太阳能电池的前景展望 94.1 叠层太阳能电池优势介绍 . 10 4.2 叠层太阳能电池的原理 . 10 4.3 制备方法 . 10 4.4 叠层太阳能电池分类介绍 . 11 4.4.1 多元化合物层叠太阳能电池 11 3 4.4.2 非晶硅层叠太阳能电池 11 4.4.3 染料敏化层叠太阳能电池 11 4.5 高效叠层太阳能电池总结和展望 . 12 5. 高效聚光型太阳能系统（ CPV）前景展望 12 5.1 聚光型太阳能系统（ CPV）原理及其构造 . 13 5.2 聚光型太阳能系统配置要求分析 . 13 5.3 高效聚光太阳能电池的前景展望 . 14 6.高效太阳能电池总结及展望 14 参考文献 . 15 致 谢 . 16 绪 论人类社会进入 21 世纪， 正面临着化石燃料短缺和生态环境污染的严重局面。大力发展可再生能源， 走可持续发展的道路， 已逐渐成为人们的共识。 根据世界能源发展的走势预测，石油，天然气和煤炭等化石燃料资源的开采峰值在 2020年 --2030 年之间，据乐观估计石油还可开采 40--100 年、煤炭可使用 200--500年、铀还可开采 65 年左右、天然气能满足 58 年的需求。人们对安全、清洁、高效能源的需求日益增加。为此，越来越多的国家开始实行“阳光计划”开发太阳能资源寻求经济发展的新动力。 我国 76的国土光照充沛，光能资源分布较为均匀，与水电、风电、核电等相比太阳能发电没有任何排放和噪声，应用技术成熟，安全可靠。作为清洁能源的太阳能其发展瓶颈就是如何降低成本提高效率， 为了提高太4 阳能的转换效率， 满足人类的能源供应， 世界各国在研究太阳能光伏系统中都投入了大量的人力与物力。 我国对太阳能光伏发电的研究尚处于世界初级水平， 产品的性能还有待提高， 为迎接未来能源短缺带来的严峻挑战， 我们应该加大对太阳能光伏系统的研究，以满足人类未来对能源的需求。本文从理论出发， 阐述了太阳能光伏电池的发电原理及其分类， 通过分析影响太阳能电池效率各因素结合科研实际， 简单阐提高述硅太阳能电池的转换效率的有效途径。 对未来太阳能电池发展方向进行分析展望， 为将来太阳能电池产业化大众化奠定基础。1.晶体硅太阳能电池的发展及其前景展望晶体硅太阳能电池的发展可划分为三个阶段（如图 1 所示） ，每一阶段效率的提升都是因为新技术的引入。图 1 电池效率发展路程图1954 年贝尔实验室 Chapin 等人开发出效率为 6的单晶硅太阳能电池到 1960 年5 为第一发展阶段， 导致效率提升的主要技术是硅材料的制备工艺日趋完善、 硅材料的质量不断提高使得电池效率稳步上升， 这一期间电池效率在 15。 1972 年到1985 年是第二个发展阶段， 背电场电池 （ BSF） 技术、 “浅结”结构、 绒面技术、密栅金属化是这一阶段的代表技术， 电池效率提高到 17， 电池成本大幅度下降。1985 年后是电池发展的第三阶段，光伏科学家探索了各种各样的电池新技术、金属化材料和结构来改进电池性能提高其光电转换效率，表面与体钝化技术、Al/P 吸杂技术、选择性发射区技术、双层减反射膜技术等。许多新结构新技术的电池在此阶段相继出现，如效率达 24.4钝化发射极和背面点接触（ PERL）电池。 目前相当多的技术、 材料和设备正在逐渐突破实验室的限制而应用到产业化生产当中来。太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位， 不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到 2030 年，可再生能源在总能源结构中将占到 30％以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到 10％以上； 到 2040 年， 可再生能源将占总能耗的 50％以上， 太阳能光伏发电将占总电力的 20％以上；到 21 世纪末，可再生能源在能源结构中将占到 80％以上，太阳能发电将占到 60％以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。 由此可以看出， 太阳能电池市场前景广阔。2.太阳能电池分类介绍及其应用现状太阳能电池根据所用材料的不同， 太阳能电池可分为 硅太阳能电池、 多元化合物薄膜太阳能电池、 聚合物多层修饰电极型太阳能电池、 纳米晶体太阳能电池、 有机太阳能电池， 其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的在应用中居主导地位。2.1 硅太阳电池太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、 多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。单晶硅太阳能电池转换效率最高，在实验室里最高的转换效率为 24.7，6 规模生产时的效率为 15。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但是唯一缺点是单晶硅成本价格较高。多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较 , 成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池， 其实验室最高转换效率为 18,工业规模生产的转换效率为 10。 因此， 多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电池市场上占据主导地位。非晶硅薄膜太阳能电池成本低， 转换效率较高， 便于大规模生产， 有极大的潜力。 但受制于其材料引发的光电效率衰退效应， 稳定性不高， 直接影响了它的实际应用。 如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题， 那么， 非晶硅大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。2.2 多元化合物薄膜太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐， 其主要包括砷化镓 III-V 族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。2.3 聚合物多层修饰电极型太阳能电池以有机聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制造的研究方向。由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本底等优势，从而对大规模利用太阳能， 提供廉价电能具有重要意义。 但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始， 不论是使用寿命， 还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研究探索。2.4 纳米晶体太阳能电池纳米晶体化学能太阳能电池是新近发展的， 优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在 10％以上，制作成本仅为硅太阳电池的1/5 ～ 1/10 ． 寿命能达到 20 年以上。 但由于此类电池的研究和开发刚刚起步， 估计不久的将来会逐步走上市场。2.5 有机太阳能电池7 有机太阳能电池是由有机材料构成核心部分的太阳能电池。 大家对有机太阳能电池不熟悉， 这是情理中的事。 如今产业化的太阳能电池里， 95％以上是硅基的，而剩下的不到 5％也是由其它无机材料制成的。所以有机材料电池尚处于研究阶段。3.制约高效太阳能电池发展的因素现在光伏市场快速增长， 光伏行业前途变得更加明朗， 因此更多的注意电池制造的整体经济性变得更加重要。 众所周知， 制约太阳能电池光电转换效率的因素有好多， 本节就从如下几个方面浅谈影响太阳能光伏效应效率的因素以及太阳能发电中能量损失分析， 概括总结以便于接下来进一步研究高效太阳能电池的前景展望方向。3.1 光伏发电中的能量损失分析光可分为不同波长， 由于射到电池的光的光子能量范围很广， 因此有些光子没有足够的能量来形成电子空穴对， 它们只是穿过电池， 但其他一些光子的能量却很强。只有达到一定的能量单位为电子伏特（ eV） ，由电池材料（对于晶体硅，约为 1.1eV）决定才能使电子逸出。我们将这个能量值称为材料的带隙能量。 如果光子的能量比所需的能量多， 则多余的能量会损失掉 （除非光子的能量是所需能量的两倍， 并且可以创建多组电子空穴对， 但这种效应并不重要） 。仅这两种效应就会造成电池中 70左右的辐射能损失。 为何我们不选择一种带隙很低的材料， 以便利用更多的光子遗憾的是， 带隙还决定了电场强度 （电压） ，如果带隙过低，那么在增大电流（通过吸收更多电子）的同时，也会损失一定的电压。 请记住， 功率是电压和电流的乘积。 最优带隙能量必须能平衡这两种效应，对于由单一材料制成的电池，这个值约为 1.4ev 。此外还有其他能量损失。电子必须通过外部电路从电池的一侧流到另一侧。我们可以在电池底部镀上一层金属， 以保证良好的导电性。 但如果我们将电池顶部完全镀上金属， 光子将无法穿过不透光导体， 这样就会丧失所有电流 （在某些电池中，只有上表面而非所有位置使用了透明导体） 。如果我们只在电池的两侧8 设置触点，则电子需要经过很长一段距离（对于电子而言）才能抵达接触点。要知道，硅是半导体，它传输电流的性能没有金属那么好。它的内部电阻（称为串联电阻）相当高，而高电阻意味着高损耗。为了最大限度地降低这些损耗，电池上覆有金属接触网， 它可缩短电子移动的距离， 同时只覆盖电池表面的一小部分。即使是这样， 有些光子也会被网格阻止， 网格不能太小， 否则它自身的电阻就会过高。3.2 影响太阳能电池效率的因素1 材料能带宽度开路电压 Voc 随能带宽度 eg 的增大而增大， 但另一方面， 短路电流密度 jsc随能带宽度 eg 的增大而减小。 结果是可期望在某一个确定的 eg 处出现太阳电池效率的峰值。2 温度随温度的增加，效率 η 下降。 isc 对温度 t 很敏感，温度还对 voc 起主要作用。对于 si ，温度每增加 1℃， voc 下降室温值的 0.4 ％， η 也因而降低约同样的百分数。例如，一个硅电池在 20℃时的效率为 20％，当温度升到 120℃时，效率仅为 12％。 又如 gaas 电池， 温度每升高 1℃， Voc 降低 1.7mv 或降低 0.2 ％。即温度高了，电池的开路电压与电流都会降低，即电池的转换效率会降低。3 光生载流子复合寿命对于太阳电池的半导体而言，光生载流子的复合寿命越长，短路电流 Isc会越大。 在间接带隙半导体材料如 si 中， 距离 p-n 结 100μ m处也能产生相当多的载流子，如果这些位置的光生载流子寿命能大于 l μ s，就可以被 p-n 结收集，从而输送到外电路。载流子的长寿命也会减小暗电流并增大 voc。达到长寿命的关键是在材料制备和电池的生产过程中，要避免形成复合中心。4 光强将太阳光聚焦于太阳电池， 可使一个小小的太阳电池产生出大量的电能。 设想光强被浓缩了 x 倍，单位电池面积的输入功率和 isc 都将增加 x 倍，同时 voc也随着增加 kt ／ qlnx 倍。因而输出功率的增加将大大超过 x 倍，而且聚光的结果也使转换效率提高了。9 5 金属栅线和光反射在前表面上的金属栅线不能透过阳光， 为了使 isc 最大， 金属栅线占有的面积应最小。为了使 rs 减小，一般是使金属栅线做成又密又细的形状。因为有太阳光反射的存在，不是全部光线都能进入硅中。6 增加 p-n 结数目开路电压 V0随反向饱和电流 I0 的减小而增大， 而 Eg的增大使 I0 迅速减小，所以 V0 随 Eg的增加而增加。 Eg的增加，太阳光中能量大于 Eg的光子数减少，所以闭路电流 Is 减小，则一定存在着一个最佳的 Eg使得能量转换效率最高。增加 p-n 结数目相当于电池的串联， 多层 p-n 结电池各层材料应使其各自不同的禁带宽度匹配可见光中不同的频段， 增大了电池对光子的响应范围， 形成更多的电子空穴对，增加了电池效率。3.3 结 论经过以上所述分析， 通过改善如下几个途径可以提高太阳能电池的光电转换效率。（ 1）增加 p-n 结数目、将太阳光聚焦于太阳电池均有助于提高电池效率。（ 2）金属栅线和光反射、温度、光生载流子复合寿命、材料能带宽度等各项技术合理控制可以提高太阳能电池的效率。接下来我们主要从增加 p-n 结数和将太阳光聚焦于太阳电池这两个方面来对高效太阳能电池发展进行分析展望， 以便指导未来高效太阳能电池研究工作方向。4.高效叠层太阳能电池的前景展望如上所诉影响高效太阳能电池的发展的因素有好多， 但是如果单一的改善金属栅线减少光反射、 光生载流子复合寿命等因素提高效率潜力有限， 故而目前单结太阳能电池效率有限。 要使效率实质的改进， 需要有突破， 为此我们研究了两结和三结叠层结构， 即将具有不同光吸收特性的多个电池叠在一起。 这一方法可以在现有材料和工艺条件下过的更好的特性。多层结构的有点在于 1）有可能10 在很宽的光谱范围分别吸收光，能更有效地利用光； 2）有可能得到更高的开路电压； 3）有可能在某种程度上抑制由在用非晶硅基材料时观察到的光退化现象引起的电池性能的衰退。4.1 叠层太阳能电池优势介绍一种提高效率的方法是使用两层或者多层具有不同带隙的不同材料。 带隙较高的材料放在表面， 吸收较高能量的光子； 而带隙较低的材料放在下方， 吸收较低能量的光子。 这项技术可大大提高效率。 叠层太阳能电池结构可以拓宽吸收光谱， 最大限度地将光能变成电能， 提高了太阳能电池的能量转换效率， 这类太阳能电池是目前研究的热点。4.2 叠层太阳能电池的原理由于太阳光光谱的能量分布较宽， 现有的任何一种半导体材料都只能吸收其中能量比其禁带宽度值高的光子。 太阳光中能量较小的光子将透过电池被背电极金属吸收， 转变成热能； 而高能光子超出禁带宽度宽度的多余能量， 则通过光生载流子的能量热释作用传给电池材料本身的点阵原子， 使材料本身发热。 这些能量都不能通过光生载流子传给负载，变成有效电能。因此对于单结太阳能电池，即使是晶体材料制成的，其转换效率的理论极限一般也只有 25左右。太阳光光谱可以被分成连续的若干部分， 用能带宽度与这些部分有最好匹配的材料做成电池， 并按禁带宽度从大到小的顺序从外向里叠合起来， 让波长最短的光被最外边的宽隙材料电池利用， 波长较长的光能够透射进去让较窄禁带宽度材料电池利用， 这就有可能最大限度地将光能变成电能， 这样结构的电池就是叠层太阳能电池。4.3 制备方法叠层太阳能电池可以通过机械堆叠法来制备， 先制备出两个独立的太阳能电池， 一个是高带宽的， 一个则是低带宽的， 然后把高带宽的堆叠在低带宽的电池上面。 黄素梅、 孙卓等发明了一种高效叠层太阳能电池的制备方法， 顶层和底层共用同一块玻璃基板， 从顶层太阳电池引出一对电极， 同时从底层太阳电池引出另一对电极， 构成 4 个终端结构的叠层太阳能电池。 实现对太阳能电池的最佳匹11 配，极大地提高太阳能电池的光电转换效率，提高太阳能电池的质量和性能。4.4 叠层太阳能电池分类介绍4.4.1 多元化合物层叠太阳能电池多元化合物太阳能电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳能电池。 现在各国研究的多元化合物太阳能电池品种繁多， 但绝大多数尚未工业化生产。 半导体化合物 GaAs， CdTe， CuIn, GaSe2CIGS的禁带宽度接近于光伏电池所要求的最佳禁带宽度， 它们具有高的光电转化效率， 又有较低的制作成本， 可以用来制造薄膜叠层太阳能电池。4.4.2 非晶硅层叠太阳能电池在硅系列电池中，非晶硅（ a-Si ）对阳光的吸收系数最高，活性层只需要 1μ m 厚， 材料的需求大大减少。 但是也有不少缺点 随光照时间增加效率反而衰退；禁带宽度为 1.7 eV ，对长波区域不敏感。研究证实，叠层太阳能电池可有效提高非晶硅的稳定性， 使室外阳光下照射 1 年的效率衰退率从单结的 25--35下降到 20以下。4.4.3 染料敏化层叠太阳能电池染料敏化叠层太阳能电池由两个光电池组成， 前面的电池吸收太阳光中的高能紫外和蓝光， 利用纳米晶金属氧化物薄膜来产生电子 -- 空穴对。 波长在绿光到红光之间的光被 Grtzel 敏化二氧化钛电池吸收， 这两个电池连接起来提供电压。染料敏化太阳能电池的能量转换效率主要与敏化剂吸收太阳光谱的能力有关，为了提高光谱效应，在电池的两个不同层上用不同的敏化剂染料。叠层式染料敏化太阳能电池其特征在于， 顶部的电池与底部的电池的光阳极分别吸附具有相同结构或不同结构， 不同光谱响应范围且有互补性质的染料； 两个太阳能电池的光阳极结构为在基板上载有一层导电膜和半导体薄膜及染料， 对向电极为带有导电性的基板，在两个电极之间介入电解质。12 4.5 高效叠层太阳能电池总结和展望叠层太阳能电池的设计难题在于要寻找两种晶格匹配良好的半导体晶体， 其禁带宽度将引起高效率的能量转换。 此外， 在理想的情况下， 电池导带的最上层应该有与底层价带大约相同的能量， 这使得顶端半导体的电子被太阳光激发后能够很容易的从导带进入底部半导体晶格的孔（价带） ，电子在价带上又被不同波长的太阳光激发。这样一来，两部分的电池一起工作，像两个串连的蓄电池，并且总功率与两个电池的功率总和相等。 但是， 如果在接合处价带和导带没有被正确的匹配， 当电子流过时就会因为由此产生的电阻造成功率损耗。 例如， 高效率的 GaAs/Ge叠层电池早在 1987 年就已制备出来，结果证明由于电流不匹配而不能应用。可用可行性分析方法或泊松比和连续性方程设计叠层电池的电流匹配。另外就是实际应用中叠层电池的稳定性问题。新型叠层式染料敏化太阳能电池有光电转换效率高、 价格低、 制备工艺简单并且易于大规模生产的特点。 解决现有太阳能电池效率低、 成本高， 制备工艺复杂的问题。 虽然短期内， 硅类太阳能电池在市场占有主要比例， 但是在不久的将来，随着科技的进一步发展，染料敏化叠层太阳能电池有十分广阔的应用前景。5. 高效聚光型太阳能系统（ CPV ）前景展望对光伏转换来说， 针对如上提到的光强和太阳能电池对太阳光的有效收集利用问题，那么“太阳能聚光”是一个重要的研究课题。光伏转换发电的成本主要取决于太阳能电池的制造成本， 尤其是半导体材料的成本， 很清楚， 如果用较廉价的聚光透镜或反射镜来代替昂贵的太阳能电池大幅减少太阳能电池元件的使用数量，就可以大大降低成本，聚光比可以达到几百倍。聚光太阳能电池是 [ 聚光型太阳能电池 ][ 高聚光镜面菲涅尔透镜 ][ 太阳光追踪器的组合， 利用菲涅尔透镜把太阳光聚焦到面积更小但效率更高的多结太阳能电池上， 高精度的自动追日跟踪技术提升了系统的发电量， 显著提高太阳能电池芯片的使用率使其太阳能能量转换效率可达 31～ 40.7。聚光型太阳能电池主要材料是 [ 砷化镓 ]GaAs ，也就是三五族 III-V 材料，一般硅晶材料只能够吸收太阳光谱中 400～ 1100nm波长之能量， 而聚光型不同于硅晶太阳能技术， 透13 过多接面化合物半导体可吸收较宽广之太阳光谱能量，目前以发展出三接面InGaP/GaAs/Ge的聚光型太阳电池可大幅提高转换效率， 三接面聚光型太阳电池可吸收 300～ 1900nm波长之能量相对其转换效率可大幅提升。5.1 聚光型太阳能系统（ CPV）原理及其构造基本原理 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。高倍率CPV采用 GaAs等三五族化合物电池， CPV系统转换效率达到 28％，较硅基太阳能电池和薄膜太阳能电池高出不少。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。5.2 聚光型太阳能系统配置要求分析聚光型太阳能电池可通过使用透镜将光聚集到狭小的面积上来提高发电效率。 不过因聚光引起的温度上升会损伤太阳能电池单元及发电系统， 因此往往必须要抑制聚光率才可以。 聚光型太阳电池假如使用聚光倍率为 1000 倍的透镜时，单位模块的太阳能电池单元的成本可降至结晶硅类电池单元的 1/10 左右，而所需的面积仅硅晶圆的 1/2.5 ， 另外聚光型太阳能电池必须要在位于透镜焦点附近时才能发挥功能， 因此为使模块总是朝向太阳的方位， 必须搭配使用太阳追踪系14 统， 此设计虽然可以提高转换效率， 但却存在透镜、 聚光发热释放槽以及太阳光追踪系统的重量及体积较大等问题，因此不适于装在日式住宅的屋顶使用。聚光型太阳能电池的温度随聚光倍率增加而上升，进而影响电池的运作特性，温度愈高则效率愈差。为了改善太阳能电池的散热状况，并提升转换效率，目前各科研院所在投入新的基板材料研发， 提出以铜作为基板的解决方案。 相较于玻璃、 GaAs、矽晶等材料，铜的坚定性 firmness 最高、成本低，也可以做到最薄，而且热传导性最佳，可以改善太阳能电池的热稳定性。菲涅尔透镜作为聚光光伏系统中重要的光学器件， 其性能优劣直接影响着 CPV系统的聚光率的高低。 从光学效果上来讲， 要求有尽量高的光线透过率、 能量汇聚率及较高的聚光倍数。 从耐候性能上来说， 因为在户外使用， 要求能抵挡外界环境的侵蚀，以及具有较强的抗冻耐热能力，保证在户外长时间正常工作。5.3 高效聚光太阳能电池的前景展望不同的太阳能发电技术有不同的使用领域， 各种光伏技术将长期共存于不同的细分市场， CPV技术主要应用于大规模光伏电站和太阳辐照强烈的地区。目前从太阳能电池产量来看， 晶硅电池仍占据主导地位， 2009 年晶硅电池占 78左右的市场份额，薄膜电池 22的市场份额。但随着聚光光伏技术进步和效率提升，建设成本将不断降低，聚光太阳能系统将是太阳能发电的又一重要选择。聚光光伏太阳能将传统的太阳能光电技术与大规模聚热太阳能发电厂结合了起来，能够极大地强化太阳能生产。 CPV技术通过透镜或镜面将接收到的太阳能放大成百上千倍， 然后将放大的能量聚焦于效率极高的小光电池上， 极大程度的提高太阳能电池的转换效率。 通过放大太阳能， 该技术有效地减少了光电池中半导体材料的用量，降低了光伏发电的成本。6.高效太阳能电池总结及展望经过如上论述从增加 p-n 结制造叠层太阳能电池拓宽吸收光谱， 最大限度地将光能变成电能， 提高了太阳能电池的能量转换效率； 另一方面使用较廉价的聚光透镜代替昂贵的太阳能电池大幅减少太阳能电池元件的使用数量， 就可以大大15 降低成本，显著提高太阳能电池芯片的使用率使其太阳能能量转换效率可达31～ 40.7。 这两项技术在提高太阳能电池效率同时降低电池制造成本， 为未来太阳能发电取代传统能源奠定一定基础，指导我们将来从事和研究方向。由于笔者能力有限， 所以在研究论述中还存在一些不足， 有些问题没能够彻底坚决。 例如 叠层太阳能电池的设计中未能找到最适合的两种晶格匹配良好的半导体晶体； 聚光光伏系统需要对太阳能跟踪， 而太阳能跟踪器的精度聚光比的增加而增加， 对太阳能电池需要一个较贵的组件、 较好的设计及低价的冷却系统未能进行详尽阐述。参考文献［ 1］太阳能光伏产业发展战略研究报告［ R］［ 2］ 张德 .光生伏特效应 .材料物理［ M ］ .2011 第 1 版［ 3］信息产业部电子科技委太阳能光伏产业发展战略研究课题组中国集成电路 第 6期［ J］［ 4］中国光伏产业发展研究报告［ R］［ 5］太阳能光伏发电材料技术发展分析［ A］［ 6］各国赛跑发展领军光伏材料市场［ N］［ 7］叠层太阳能电池研究进展和发展趋势报告［ R］［ 8］面向 2049 年北京的城市发展［ J］［ 8］太阳能光伏发电材料技术发展分析［ N］16 致 谢本论文是在张老师的悉心指导下完成的。 老师渊博的专业知识， 严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范， 朴实无华、 平易近人的人格魅力对我影响深远。 不仅是我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与人处事的道路。本论文从选题到完成， 每一步都是在张老师的指导下完成了， 倾注了老师大量的心血。在此，谨向张老师表示崇高的敬意和衷心的感谢 在论文即将完成之际， 我的心情无法平静， 从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意谢谢你们