众所周知，能源消耗量越来越大，传统能源越来越难以供应人类的发展， 而且由于传统能源不够清洁，带来了一系列环境问题，作为一切能源的最终来源，太阳能以其具有无污染、清洁安全、普遍、可再生、可持续性等特点越来越被人们所关注，太阳能的利用显得意义重大。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式，太阳能电池发电是一种新兴的可再生能源，在能源消费中占有举足轻重的地位，据欧洲光伏工业协会EPIA预测，太阳能光伏发电在21世纪会占据世界能源消费的重要席位（图1-1），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[3]。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。
现今，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，尤其是能源危机及传统能源对环境污染程度日趋严重,更加快了人类对太阳能探索的步伐，开发清洁环保能源成为人类面临的重大问题, 研究太阳能电池因此也成为21世纪科学研究的重要领域之一，所以，研究太阳能电池具有重要的意义。表1-1为世界常规能源储备状况。
表1-1 世界常规能源储备状况
能源种类 太阳能 石油 天然气 煤 铀 剩余使用年限（自2012年开始计算） 世界 无穷大 约45年 约61年 约230年 约71年 中国 无穷大 约15年 约30年 约81年 约50年 1.2 国内外发展现状
中国对太阳能电池的研究开发工作高度重视，早在七五期间，非晶硅半导体的研究工作已经列入国家重大课题，八五和九五期间，中国把研究开发的重点放
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在大面积太阳能电池等方面。
根据半导体设备暨材料协会(SEMI)的统计，2011年中国国内新增光伏装机容量2.7GW，占到2011年全球新增光伏装机容量的10%左右。水利水电规划总院的数据显示，截至到2012年底，中国光伏发电容量已经达到了7982.68MW，超越美国占据第三，但是最重要的还是集中在西部地区。中国 19个省共核准了484个大型并网光伏发电项目，核准容量是11543.9 MW；中国15个主要省已累计建成233个大型并网光伏发电项目，总的建设容量为4193.6MW，2012年兴建98个。其中青海、宁夏、甘肃3省的建设容量和市场份额都占据了半壁江山。为了解决这种光伏发电集中的情况，从2012年12月开始了分布式光伏发电示范项目的一个技术评审，到2013年5月，中国26个省市共上报了140个示范区，每一个示范区项目不是一个独立项目，可能涵盖了若干个市、县或者是镇，它的总容量是16529.6MW。根据OFweek行业研究中心的最新数据显示，2013年上半年中国新增光伏装机2.8GW，其中1.3GW为大型光伏电站。截至2013年上半年，中国光伏发电累计建设容量已经达到10.77GW，其中大型光 伏电站5.49GW，分布式光伏发电系统5.28GW。
目前，国务院审议通过了《可再生能源中长期发展规划》，明确太阳能发电是可再生能源发展的重要组成部分，当前和今后一段时间要加快开发利用。按照国家规划，到2020年将达到1.8GW，到2050年将达到600GW（百万千瓦）。按照中国电力科学院的预测，到2050年，中国可再生能源的电力装机将占全国电力装机的25%，其中光伏发电装机将占到5%。与此同时，中国已经形成了多家世界级的光伏产品生产企业，并分别在美国、香港上市。从已上市企业的市值看，世界十大光伏企业中，中国有保利协鑫、茂迪（台湾）、天合光能、无锡尚德四家，分别位居第二、五、七、八。
德国、美国、日本三个国家是主要的利用太阳能的国家，集中了太阳能电池生产商，也是产品主要的需求国。西班牙则发展迅速。德国太阳能装机容量在2007 年达到1328MW，占世界新增容量的47%。是目前全球最大的太阳能发电市场，而西班牙是增长最快的市场之一，2007 年新增太阳能光伏发电装机容量640MW，同比增长480%，成为全球新的第二大市场。美国市场新增220 MW，同比增长57%，只有日本在政府取消了一定的政策补贴后增速下降了22%，综上，全球太阳能电池呈迅猛式的发展。图1-2为2010-2015年全球太阳能电池产量、增长率统计和预测。
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图1-2 2010-2015年全球太阳能电池产量及增长率
太阳能电池优缺点主要体现在成本、转化率、生产工艺、技术等方面，导致电池转换效率提高的原因主要来自于以下几个方面：
(1) 材料质量的改善，显著的提高了光生载流子在电池体内的扩散长度和收集效率；
(2) 电池表面绒面和减反射膜的形成有效地提高了太阳光在电池体内的吸收；
(3) 铝背场(BSF)的形成有效地减少了电池背面的表面复合速率； (4) 磷吸杂、铝吸杂和体内的氢钝化有效地提高了多晶硅材料的质量； (5) 二氧化硅和氮化硅对发射(emitter)结的表面进行了有效的钝化，从而减少了电池前表面的复合速率；
(6) 选择性扩散，即金属电极下的发射结浓度远远大于其余发射结的浓度，从而有效地抑制了电极区的复合速率，并提高了电池在短波处的光谱响应。 1.3 主要方法和研究进展
本课题的完成，采用了文献研究法、调查研究法、比较研究法等相结合的研究方法。具体步骤：
(1) 查阅资料，了解太阳能电池的种类和现实中主要利用哪些太阳能电池； (2) 对太阳能电池现状进行分析总结，包括其优缺点、市场情况、发展面临主要问题等内容；
(3) 在指导老师的指导下，对发展趋势进行猜想、推理，完成论文。
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关于太阳能电池的研究进展，目前以商品化的晶体硅的光电转化效率最高,技术成熟，但受材料纯度和制备工艺限制,成本高,很难再提高转化效率或降低成本，其大规模普及及应用受到一定程度的限制，并不是理想的发展对象，但就目前而言，晶体硅太阳能电池仍占行业的主导地位，占市场份额的90%。
而薄膜太阳能电池只需几μm的厚度就能实现光电转换,是降低成本和提高光子循环的理想材料。薄膜太阳能电池与晶体硅太阳电池相比具有以下优点：(1) 材料消耗少：薄膜太阳能电池只需使用极薄光电转换材料；(2) 制造能耗低：薄 膜太阳能电池使用化学气相沉积、物理化学气相沉积等多种技术，与晶体硅太阳能电池高耗能的晶体拉制、切割工艺相比较，制造能耗大大降低；(3) 质量轻：薄膜太阳能电池结构质量轻、转换效率高、可根据用途使用软性基材制造，易折 叠携带、应用空间弹性大。当前，薄膜太阳能电池的开发与应用已逐步走向商业化、产业化。本文综述了薄膜太阳能电池的研究现状,对薄膜太阳能电池的发展趋势进行了展望，薄膜太阳能电池开发太阳能电池的两个关键问题就是提高效率和降低成本。 1.4 主要研究内容
(1) 综述太阳能电池的研究背景及研究进展；
(2) 简要介绍太阳能电池原理及常见的几种太阳能电池；
(3) 阐述太阳能电池的国内外发展现状，分析各类太阳能电池的优缺点、市场应用情况、发展面临的主要问题及可能的解决方案等内容；
(4) 通过对太阳能电池相关资料和文献的学习与总结，预测太阳能电池的发展趋势。
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2 太阳能电池简介
2.1 太阳能电池的工作原理
太阳能电池发电利用了太阳能电池的光生伏特效应，是一种直接将太阳辐射(直接辐射、散射辐射、反射、辐射等)能转化成为电能的发电形式。所谓光生伏特效应就是当物体受光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。当太阳光线照射到太阳能电池表面由P、N两种不同类型的半导体材料构成的P—N结时，一部分光子被硅材料吸收，光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了跃迁，形成电子空穴对。在P—N结内建电厂的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，如果从材料两侧引出电极，并接上负载就会产生电压和电流，对外部电路产生一定的输出功率，此即硅太阳能电池发电的基本原理。
而非晶硅太阳电池是在玻璃衬底上沉积透明导电膜，然后依次用等离子体反应沉积p型、i型、n型三层非晶硅，接着再蒸镀金属电极铝光从玻璃面入射，电池电流从透明导电膜和铝引出，其结构可表示为玻璃/透明导电膜/pin/铝[4]。 2.2 太阳能电池的种类
太阳能电池的种类（具体分类图2-1）：硅太阳能电池、多元化合物太阳能电池、有机物太阳能电池、纳米晶太阳能电池等。硅太阳能电池又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，技术也最为成熟，规模生产时的效率为15%，在大规模应用和工业生产中占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。非晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为8%，且非晶硅薄膜太阳能电池重量轻，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[5]。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。
薄膜太阳能电池又可分为非晶硅电池、微晶硅电池、化合物半导体II-IV族电池、色素敏化染料电池、有机导电高分子电池、铜铟硒化物电池等。它的模块
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