太阳能电池的分类问题

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(上海电力学院，数理系，上海 201300)

0 引 言

我国人口众多，人均自然资源相对贫乏，粗犷利用能源所造成的生态环境严重恶化。太阳能光伏是利用太阳电池的光生伏特效应发电的一种新能源利用方式。是一种无污染、可持续发展的新能源技术。每1 kW的光伏发电系统平均每年可以减少排放0.6 kg固体粉尘、9 kg氧化硫、16 kg氮氧化物以及0.6～2.3 t二氧化碳。

据预测，在2020年至2030年世界能源结构将发生重大变革。世界各国将用可再生的清洁能源逐渐取代现在不能再生并且给环境带来巨大污染的化石能源。

图1 未来世界能源结构发展预测

国内太阳能光伏行业迅猛发展，截至2017年12月底，全国太阳能光伏发电装机容量达到1.3亿kW，同比增长68.7%。这意味着光伏发电成为新增能源的主要方式之一，新能源新增装机第一次超过传统的火力发电，其中分布式光伏发电呈爆发式增长。

太阳能电池多为半导体材料制造，发展到今天，已经有不下于10种制备技术。国内对于太阳电池的种类有相当一部分人认识比较含糊。最重要的是要弄清楚分类标准，分类标准不同，分类情况也不同。但最常见的分类即为按照太阳电池的PN结结构和太阳电池制作材料的不同分类[1]。

1 按照PN结结构的不同分类

(1)同质结太阳能电池(GB/T2296-2001中用T表示)[2]

由同种半导体材料制备的p-n结或者浓度的梯度结称为同质结。用同质结制备的太阳电池称为同质结太阳能电池，如单晶硅、多晶硅太阳能电池、砷化镓太阳能电池等。

(2)异质结太阳能电池(GB/T2296-2001中用Y表示)

禁带宽度不相同的半导体材料，在相互接触的面上制备成异质结的太阳能电池称为异质结太阳能电池。如硫化亚铜/硫化镉太阳能电池等。如果这两种制备材料晶界面处的晶格匹配度高，则称为异质面太阳能电池，比如砷化镓/砷化铝镓异质面太阳能电池。

(3)肖特基结电池(GB/T2296-2001中用X表示)

半导体和金属的接触面也可以形成一个“肖特基势垒”的太阳能电池，也称为MS电池。比如硅/铂肖特基结太阳能电池。后来由改进成为半导体-氧化物-金属太阳能电池。

(4)光电化学电池(GB/T2296-2001中用G表示)

用浸于电解质中的半导体构成的电池，又称为液结电池。

2 按照制作材料的不同分类

(1)晶体硅太阳能电池

以晶体硅材料为主要材料制备的太阳能电池，包括单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池。这也是目前太阳能光伏行业应用占比重最大的两种太阳能电池，几乎占90%以上。

图2 太阳能光伏行业应用最多的单晶硅太阳电池(左)与多晶硅太阳电池(右)

(2)化合物半导体太阳能电池

系指由两种及两种以上元素组成的具有半导体特性的化合物半导体材料制成的太阳能电池，如硫化镉太阳能电池、砷化镓太阳能电池、碲化镉太阳能电池、硒铟铜太阳能电池、磷化铟太阳能电池等。

(3)有机半导体太阳能电池

指含有碳-碳键并且导电能力介于绝缘体和金属之间的太阳能电池。有机半导体可分为3类：1高聚物P3HT；2电荷转移物，如PCBM、芳烃-金属卤化物等；3分子晶体，如酞花菁铜等。有机半导体太阳能电池虽然光电转换效率低，但具备制备工艺简单，电池可以弯曲柔韧性好等优点。

(4)薄膜太阳太阳能电池

指用单质元素薄膜、无机化合物薄膜或者有机材料薄膜等制作的太阳能电池。通常其厚度约为1～2 μm。这些薄膜通常用化学气相沉积、真空蒸镀、辉光放电、溅射等方法制得。目前主要有非晶硅薄膜太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池、化合物半导体薄膜太阳能电池、纳米晶薄膜太阳能电池、微晶硅薄膜太阳能电池等。

按照制备太阳能电池的PN结构分类，其物理意义比较明确，所以国家标准将其作为太阳能电池型号命名方法的最重要的依据。

按照应用的场所还可以将太阳能电池分为空间用太阳能电池和地面用太阳能电池两大类。两种太阳能电池具有不同的要求和不同的制备工艺。后者对成本不敏感，前者就要考虑性价比高才能占领市场。