染料敏化太阳电池作为能够在户外使用的太阳光发电设备，除了光电转换效率以外，还有一个非常重要的指标是长期稳定性。染敏化太阳电池一般使用由有机溶剂和含有1/13氧化还原对构成的液体电解质，但电极腐蚀、电解液泄漏、寿命短等一系列问题还有待解决。今后，寻找合适的固态空穴传输材料来代替液态电解质，制备全固态的染料敏化太阳电池将是一个重要的研究方向。 （4)有机太阳电池
有机太阳电池，顾名思义，就是由有机材料构成核心部分的太阳电池。有机太阳电池这个概念貌似很新，其历史并不短暂。第一个有机光电转化器件是由Kearns和ealvin在1955年制备的，其主要材料为镁酞蓄(Mgpe)染料，染料层夹在两个功函数不同的电极之间(如图1.7所示)。在这个器件上，他们观测到了 200mV的开路电压，光电转化效率非常低。尽管如此，由于有机太阳电池生产成本低(仅为无机太阳电池的10一20%)、加工简便(可以采用简便的真空蒸镀、溶液旋涂、喷墨打印等方法加工)，而且可以像有机薄膜一样薄、透明并且能够弯曲，便于制作各种形状，可以广泛应用在通信、建筑、交通、照明等领域。再则就是拥有高吸收率，通常约不到0.1林m的厚度即可完全吸收高于有机材料能带间隙的光，这就是人们一直对有机太阳电池寄予厚望的重要原因。有机太阳电池与无机太阳电池的载流子产生过程有所不同。有机太阳电池中，有机半导体材料吸收光子产生激子，激子再离解成自由载流子从而产生光电流。因此，激子分离的效率对电池的光电转化效率有关键的影响。一般认为，有机太阳电池的发展经历了三个阶段:
肖特基型有机太阳电池
此类太阳电池的工作过程为:有机半导体内的电子在光照下从HOMO能级激发到LUMO能级，产生电子一空穴对。电子被低功函数的电极提取，空穴则被来自高功函数电极的电子填充，由此在光照下形成光电流。理论上，有机半导体膜与两个不同功函数的电极接触时，会形成不同的肖特基势垒，这是光致电荷 能定向传递的基础。因而，此种结构的电池通常被称为“肖特基型有机太阳电池”。对于此种电池来说，激子的分离效率很成问题。光激发形成的激子，只有在肖特基结的扩散层内，依靠结区的电场作用才能得到分离。其它位置上形成的激子，必须先移动到扩散层内才可能对光电流有贡献。但是，有机染料内激子的迁移距离相当有限，通常小于 10nm。所以大多数激子在分离成电子和空穴之前就复合了。故此种有机太阳电池的效率极低。.双层膜异质结型有机太阳电池模仿无机异质结的思路，出现了给体一受体双层膜有机太阳电池。作为给体的有机半导体材料吸收光子之后产生电子一空穴对，电子注入到作为受体的有机半导体材料后，空穴和电子得到分离。在这种体系中，电子给体为p型，电子受体则为n型，从而空穴和电子分别传输到两个电极上，形成光电流。与前述“肖特基型”电池相比，此种结构的特点在于引入了电荷分离的机制。电子从受激分子的LUMO能级注入到电子受体的LUMO能级，此过程本质上就是激子的分离。两层有机膜之间的界面不是平整的。在制备过程(热蒸发沉积，或者溶液旋涂法)中两层膜总会形成一
种互穿的结构，从而界面有较大的面积。在给体材料的体相中产生的激子，通过扩散可以较容易地到达两种材料的界面，将电子注入受体材料的LUMO能级以实现电荷分离。同时，许多研究表明，受体材料亦可以吸收相应频率的光子形成激子，再将其HOMO能级上的空穴反向注入到给体材料的HOMO能级中。因此，激子可以同时在双层膜的界面两侧形成，再通过扩散在界面上得到分离。总之，相对于肖特基型电池，采用给体一受体双层膜结构可以显著地提高激子的分离效率。令混合异质结型有机太阳电池“混合异质结(本体异质结)”概念主要是针对光电转化过程中激子分离和载流子传输这两方面的限制提出的。双层膜太阳电池中，虽然两层膜的界面有较大的面积，但激子仍只能在界面区域分离，离界面较远处产生的激子往往还没有移动到界面上就复合了。而且有机材料的载流子迁移率通常很低，在界面上分离出来的载流子在向电极运动的过程中大量损失。这两点限制了双层膜电池的光电转化效率。而所谓“混合异质结”，就是将给体材料和受体材料混合起来，通过共蒸发或者旋涂的方法制成一种混合薄膜。给体和受体在混合膜里形成一个个单一组成的区域。在任何位置产生的激子，都可以通过很短的路径到达给体与受体的界面(即结面)，从而电荷分离的效率得到了提高。同时，在界面上形成的正负载流子亦可通过较短的途径到达电极，从而弥补载流子迁移率的不足。符合要求的电极应当是选择性的电极。也就是说，当给体与负极接触时，给体不能把空穴传输给负极。在混合异质结中，这样的接触事实上是避免不了的。此种结构最理想的状态自然是所有的给体相都能与正极接触，同时所有的受体相都能与负极接触。在非理想状态下，未能与正极接触的给体相上出现的正电荷是不能传输到电池的正极，因而这种结构亦非尽善尽美。不过相对于双层膜电池，此种结构的效率提高亦相当明显。Brabec等【!3]制成的混合异质结型太阳电池的效率为5.5%，是目前有机太阳电池的最高值(就单个电池而言)。为了进一步提高有机电池的外量子效应和能量转换效率，Forrest等【14]设计了一种平面一复合膜杂化的异质结结构太阳电池，该结构电池的效率达到5.0%。Heeger 等【巧]采用叠层结构充分利用光子能量将有机电池的效率提高到6.5%。 (5)聚合物多层修饰电极型太阳电池
聚合物多层修饰电极型太阳电池以有机聚合物代替无机材料，是刚刚开始的一个太阳电池研究方向。其工作原理是利用不同氧化还原型聚合物的不同氧化还原电势，在导电材料(电极)表面进行多层复合，制成类似无机P一N结的单向导电装置。其中一个电极的内层由还原电位较低的聚合物修饰，外层聚合物的还原电位较高，电子转移方向只能由内层向外层转移;另一个电极的修饰正好相反，并且第一个电极上两种聚合物的还原电位均高于后者的两种聚合物的还原电位。当两个修饰电极放入含有光敏化剂的电解液中时，光敏化剂吸光后产生的电子转移到还原电位较低的电极上，还原电位较低电极上积累的电子不能向外层聚合物转移，只能通过外电路通过还原电位较高的电极回到电解液，外电路中产生光电流。由于有机材料具有柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本低等优势，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电池的研究刚开始，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。目前，己经能进行产业化大规模生产的薄膜太阳电池主要有三种:硅薄膜太阳电池、磅化福薄膜太阳电池(CdTe)、铜锢稼硒薄膜太阳电池(CIGS)。蹄化福薄膜太阳电池由于锅有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是最理想 的光伏产品。铜锢镶硒薄膜太阳电池的问题是材料的来源，由于锢和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展也必然受到限制。目前占最大市场份额的薄膜太阳电池是硅薄膜太阳电池。非晶硅薄膜太阳电池存在光致衰退效应，因而阻碍了它的进一步发展。多晶硅薄膜电池效率达到了巧%以上，但由于工艺复杂等，制备大面积电池尚存在诸多问题。因而国际上的研究热点转向了微晶硅太阳电池。微晶硅薄膜具有与a一Si相同的低温工艺，工艺简单、便于大面积生产。目前，用微晶硅制备的太阳电池己达到8.5%的效率。另外，同非晶硅薄膜太阳电池组成的叠层电池将充分地利用太阳光谱，提高电池的光电转换效率，a一51小c一Si叠层太阳电池的稳定效率己达到12%。大面积优质微晶硅薄膜的获得及与非晶硅电池的最佳匹配，将使硅薄膜太阳电池性能产生突破性进展。但目前对微晶硅薄膜的研究还不够深入，膜生长技术还在探索，以及薄膜晶化机制的研究还处在探讨阶段。 6.2 光伏发电 概述
光伏发电以电能作为最终输出形式，具有传输极其方便的特点，在通用性、可存储性等方面具有前两者无法替代的优势。且由于光伏电池的原料一硅的储量十分丰富、光伏电池转换效率的不断提高、生产成本的不断下降，都促使太阳能光伏发电在能源、环境和人类社会未来发展中占据重要地位，因而光伏发电受到广泛关注。
除提供能源外，光伏发电还有许多特殊优势，尤其是它可以为边远地区、特殊场合供电力，光伏发电可以降低温室气体和污染物排放、创造就业机会、保障能源安全和促进农村尤其是边远农村的发展。总之，发展光伏发电有许多经济、社会，环境保护的积极意义。 光伏发电虽具备以上优点，但在实际应用中还存在以下问题:
从材料和政策上，光伏发电成本高。但自2008受金融危机的影响以来，多晶硅等上游材料价格的降低，光伏发电的成本与传统发电的成本差距也进一步缩小。2009年初，包括无锡尚德、赛维LDK、常州天合、林洋新能源、CSI阿特斯、南京冠亚等在内的光伏企业巨头们日前已将1元/度光伏发电成本的方案上交给科技部。从光伏发电利用较好的国家，如德国等发达国家来看，对光伏发电进行的补贴政策起到了很大作用。2009年3月份，我国财政部颁布《关于加快推进太阳能光电建筑应用实施意见》，7月份，财政部、科技部、国家能源部联合印发了《关于实施金太阳示范工程的通知分，计划在2一3年内，采取财政补助
方式支持不低于500兆瓦的光伏发电示范项目。随着相关政策的出台，将适时地推动我国光伏发电产业的发展。
从技术上，光伏发电中光电转换效率低，且光伏阵列的输出功率大小与外部环境密切相关，为了充分利用光伏阵列，通常在光伏发电系统中增加辅助电路以获得最大的输出功率。从而使系统的控制难度和复杂性相应增加。此外，在系统并网运行时，需要同时实现的目标包括并网电流的正弦度、最大功率点跟踪、孤岛检测等，控制复杂，存在的居多问题严重阻碍光伏并网发电系统的推广与应用。另外，光伏阵列一般安装在屋顶等工程技术人员比较难以达到的地方，因此，实现对光伏并网发电系统的远程监控就显得尤为必要。
6.2.1光伏发电系统分类
光伏独立发电系统和光伏并网发电系统两种模式 光伏独立发电系统：
光伏独立发电系统主要用于偏远的无电地区和特殊领域的供电问题，其特点是光伏发电系统不与电网相连。如图1一1所示，光伏独立发电系统由光伏阵列、充电控制器、蓄电池组、逆变器等组成，其工作原理为:光伏阵列将接收到的太阳能转换成电能，受环境影响光伏阵列的输出电压及功率一般不是很稳定，通过充放电控制器的控制实现最大功率点跟踪后将光伏阵列的输出电能储存在蓄电池组中，蓄电池组通过充放电控制器将能量通过DC/DC变换器提供给直流负载或通过DC/AC逆变器变换为交流电供给交流负载。
光伏并网发电系统
如图1一2所示，光伏并网发电系统一般可分为两种结构形式，一种为不含蓄电池储能环节的不可调度式光伏并网发电系统，另一种为含有蓄电池组的可调度式光伏并网发电系统。
两者的区别在于是否使用蓄电池作为中间储能环节，带有蓄电池组的可调度式光伏并网发电系统，因为蓄电池组的存在，可通过开关切换工作于多种模式，整个系统可起到能量调节器、有源功率滤波器和
不间断电源等作用。
可调度式光伏并网发电系统虽然其功能优于不可调度式光伏并网发电系统，同样由于蓄电池储能环节的存在，带来了很多缺点:如蓄电池组有使用寿命的问题、价格较贵、体积笨重等。上述缺点的存在，使得可调度式并网系统的应用规模难以与不可调度式并网系维相比，目前大部分光伏并网发电系统采用的是不可调度式并网结构。
6.2.3提高光伏阵列的利用效率
目前，大规模推广光伏发电的主要障碍之一是过高的发电成本，如何更有效充分的利用光伏阵列，从而降低光伏发电的成本就显得尤为必要。 1 聚光方法
降低光伏发电成本的有效途径之一是采用聚光方法，以减少给定功率所需的光伏阵列面积，用比较便宜的聚光器来部分代替昂贵的光伏阵列。
采用聚光方法以后，照射在光伏阵列上的光强增加，但是一方面使光伏阵列的温度升高，从而使输出特性变差;另一方面，光强增加后，需要的光伏阵列的品质更高。专家认为聚光光伏技术发展尚处在初级阶段，聚光光伏技术要取得成功，必须满足高功率和高浓度两个条件。与此同时，也要注意尽可能平衡功率和浓度之间的关系，以使开发的系统达到最优化。 2 自动跟踪系统
光伏阵列的输出功率与阳光入射角角度有关，光线与光伏阵列平面垂直时输出功率最大，采用光线自动跟踪的方式，使光伏阵列始终保持与阳光垂直，这样可以大大提高光伏阵列的输出功率。实践表明，一般平板光伏阵列采用跟踪装置后，平均输出能量可提高30%以上。但自动跟踪系统本身需要消耗一定的