世界可持续发展和环境保护紧密结合。太阳能发展目标明确，重点突出，措施到 位。在加大太阳能研究开发力度的同时，太阳能产业也迅速发展，加速商品化进 程。世界环境发展大会以后，我国政府制定了《中国21世纪议程》，确定发展太 阳能产业，实现可持续发展战略。
4年以后，联合国在津巴布韦召开了“世界太阳能高峰会议”，通过这次会 议，世界各国对开发太阳能的研究支持力度更大了，要求世界各国共同行动，广 泛利用太阳能。
总之，太阳能的利用和煤、石油、核能的发展利用完全不同，人们对其认识 差别很大。这一方面是因为太阳能开发难度大，短时间内很难实现大规模产业化; 另一方面，太阳能利用还受矿物能源价格，政治和战争等因素的影响，发展道路 要曲折很多。
最近几年是太阳能发展最快的时期。每年都以30%以上的速度增加，20042009届研究生博士学位论文 铜锢嫁硒(CIGS)薄膜太阳能电池研究
到2006年甚至达到60%的增长速度。图((1.2.3)是2008最新统计的全球光伏 产业产能现状，2007年已经达到创纪录的3733MW,,，且呈现加速发展趋势「6] o 2008年10月开始爆发的全球金融危机，将对太阳能的研究、开发、应用等产生 重大影响，市场普及、市场份额占主要地位的晶体硅、多晶硅电池的垄断地位将 很快改变，薄膜太阳能的发展拐点将提前出现，价格更具优势的薄膜太阳能电池 将进入飞速发展时期。我国政府，主要研究机构，一定要抓住这次机会，提高我 国太阳能研究利用的整体技术水平。
Fig:;.Yea巾}orfdvaide proddrt'snn in phnta}roltaics in MWp yEr}tflbserv'ER加份). 图((1.2.3)全球光伏产业年产能统计(单位:MWP)
Fig. 1.2.3 Yearly world production in photo-voltaics in MWp 1. 3太阳能电池的种类及特性比较
经过近30年的发展，目前太阳能电池的种类已经有很多种，按结构来分， 可以分为单晶、多晶、非晶及纳米晶系等多种。按制备电池采用材料的不同，太 阳能电池又可以细分为:硅基太阳能电池、多元化合物薄膜电池、有机聚合物太 阳能电池、纳米晶太阳能电池等等。分别介绍如下: 硅基太阳能电池:
硅基太阳能电池又可以分为单晶硅、多晶硅和非晶硅薄膜太阳能电池等三2009届研究生博士学位论文
铜锢稼硒(CIGS)薄膜太阳能电池研究 种。硅材料的研究主要受益于微电子行业的高速发展，这很大地促进了单晶硅制 备技术的提高，直接促进了太阳能电池转换效率的最高，其技术是现在最成熟的。 在实验室里效率最高可达到24%，商品电池的效率为17%仁7-10]。现在仍然在大规
模应用和工业生产中，占据主导地位。高纯晶体硅的提炼是一个高温、长耗时的 过程，所以制备单晶硅成本很高，其成本很难大幅度降低，为了节省硅材料成本， 研究人员发展了多晶硅和非晶硅薄膜电池，己经取得了很大进展，多晶电池的市 场占有率已经基本超过单晶硅太阳能电池。 与单晶硅太阳能电池相比，多晶硅电池的成本降低了很多，同时其效率高于 非晶硅薄膜电池。在实验室，多晶硅电池的最高转化效率达到18%，规模生产的转
化效率基本稳定在12%。所以，多晶硅电池在太阳能电地市场上已经占据重要地 位。
和以上两种硅基太阳能电池比较，非晶硅薄膜太阳能电池成本低，重量轻， 便于大规模生产，在未来有极大的潜力。但是其转换效率不高，同时受制于其材 料引发的光电效率衰退效应，稳定性也不高，这导致其应用受到很多限制。现在 广泛研究的微晶硅电池(微晶和非晶的混合物)，己经取得了重大突破，部分克 服了衰减问题，在未来的光伏市场将占有很重要的位置[11-16]。 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主要为无机盐，主要包括砷化稼、硫化福 蹄化福及铜锢硒(一般是铜锢嫁硒)薄膜电池等几种。
和非晶硅薄膜太阳能电池比较，磅化福、硫化福多晶薄膜电池的效率更高， 成本又比单晶硅、多晶硅电池低，同时也满足大规模生产需要。但由于福是重金 属元素，大量使用会对坏境造成严重的污染，所以，它的应用也受到许多制约， 随着人们环境保护意识的增强，它们还不能成为晶体硅太阳能电池的理想替代产 品[17-20]。
单结砷化稼(GaAs)化合物电池的转化效率已经做到28%, GaAs化合物材料 的光学带隙十分理想，吸收效率也比较高，抗空间辐照能力强，热稳定性好，适合
于制造高效单结电池。在空间应用上，具有很高的价值。但是Ga As材料的价格 非常昂贵，也同时存在环境不友好问题，所以在很大程度上限制了GaAs太阳能电
池的普及。
铜锢硒(铜锢嫁硒)薄膜电池(简称C工S/C工GS)材料，吸收系数很高，不 存在光致衰退问题，非常适合制备光电转换器件。转换效率和多晶硅一样，商品2009届研究生博士学位论文
铜锢钵硒(CIGS )薄膜太阳能电池研究
电池组件的效率一般在12%，同时有价格低廉，稳定性好、可以大规模产业化生 产等优点。随着工艺技术的进步，在不久的将来，会成为今后发展太阳能电池的 重要方向之一「21-37]0 有机聚合物太阳能电池:
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研究方向。有机 材料柔性好、成本低、来源广泛，对太阳能电池大规模利用，具有重要意义。但 是，以有机材料制备太阳能电池，其研究还刚刚开始，使用寿命和电池效率还不 能和无机材料相比。能否在将来发展成为具有实用意义的产品，还需要科研人员 做很多艰巨的研究探索。
纳米晶太阳能电池(染料敏化太阳能电池):
多孔(比表面积更大)纳米晶体Ti0:化学能太阳能电池，是新近几年发展 起来的。它的优点是价格廉价，制备工艺简单。其光电效率一般稳定在10%左 右，制作成本只有硅太阳电池的10%到20%。它也会成为太阳能电池一个重要的
研究方向。
图((1-3. 1)是最新各种PV太阳电池研究及应用的最新进展情况。可以看 出，各种电池的性能都在突飞猛进的发展，尤其是薄膜太阳能的研究和利用，更 是呈现加速发展趋势。C工GS薄膜太阳能电池效率已经接近20%，是所有薄膜
太阳
能电池中最高的，大面积组件的转化效率也达到13-15%[38]。在未来的薄膜太 阳能应用中，将是最重要的品种之一。 .4薄膜太阳能电池的优势
太阳电池的材料一般要求主要包括:半导体材料的禁带宽度适中;光电转化 效率比较高;材料制备过程和电池使用过程中，不存在环境污染;材料适合规模 化、工业化生产，且性能稳定。考虑到以上几个方面的要求，硅是所有太阳能电 池材料中最理想的，所以，现在的商品太阳能电池都是硅基的[7] o
但是，硅是间接带隙太阳能材料，在保证电池一定转化效率前提下，其吸收 层厚度一般要求150-300微米以上。同时考虑到加工过程近40%的材料损耗，材 料成本是硅太阳能电池的最主要构成。考虑到制备过程的高污染，生产过程的高 温提炼、高温扩散过程，导致其制备能耗高，这使其能量偿还时间达到4-9年， 这些因素严重制约了其竞争优势。所以，虽然光伏发电在航天领域、通讯领域和2009届研究生博士学位论文
铜锢稼硒(CIGS )薄膜太阳能电池研究
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