介绍了太阳能光伏发电技术与产业的发展现状。
关键词：太阳能；光伏发电；太阳能电池
引言
由于传统化石能源的消耗不断增加以及由此带来的温室效应等环境问题，寻找清洁的、可持续的新能源来代替化石能源已成为人类亟需解决的问题。传统意义上的清洁新能源包括：太阳能、风能、生物质能、水能、地热能、海洋能等，其中因太阳能具有储量巨大、安全、清洁等的特点，使其最有可能成为未来大规模应用的清洁新能源之一。
太阳能光伏发电系统由于全部采用电子元器件构成，不涉及机械转动部件，所以光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便；同时还具有建设周期短、安全可靠、无噪声、低污染、可就地发电，并且太阳能资源没有地域限制，分布广泛且取之不尽，用之不竭等供电的优点。所以，在近些年的太阳能利用方面，光伏太阳能发电一直是发展最活跃、最具吸引力的研究领域。在上世纪七八十年代光伏产业发展较快的时期，欧美等发达国家一直走在世界光伏发展的前端；我国的光伏发电研究虽然起步较晚，但经过这些年的奋力追赶，不论是技术还是产业规模上均取得了较大的进展。
1 太阳能光伏发电原理
光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳光直接转化为电能。光生伏特效应是指半导体由于吸收光子而产生电动势的现象，是当半导体受到光照时，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。光伏发电的基本原理如图1所示。
2 我国太阳能电池技术发展现状
太阳能光伏电池主要包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、化合物太阳能电池等；按种类可分为晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池[1]。图2为太阳能电池分类图。
2.1 晶硅太阳能电池
晶硅太阳能电池主要分为单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池。单晶硅太阳能电池是以高纯的单晶硅棒为原料的太阳能电池，是当前开发得最快的一种太阳能电池。华东师范大学的游金钏通过对单晶硅太阳能电池多孔硅层和绒面结构的研究，运用三维PN结，使得单晶硅太阳能电池的效率由16.9增长到20.3%[2]。东方电气的张小宾等人在N型单晶硅太阳能电池中加入关键的工艺技术-硼掺杂，制成正面效率为17.0%、背面效率为14.7%的双面N型单晶硅太阳能电池，且其综合效率在实验室最高可达到20.2%[3]。多晶硅太阳能电池与单晶硅太阳能电池类似，其优点有：兼具了单晶硅电池的高转换效率和长寿命以及成本远低于单晶硅电池，但是多晶硅太阳能电池的转换效率一般稍低于单晶硅太阳电池。中科大的王庆钱通过对多晶硅太阳能电池制造的整线的选择发射极工艺的优化，使得多晶硅太阳能的整体效率提高0.8个百分点，并且使行业的最高效率达到17.80%，成本下降超过5%[4]。
2.2 薄膜太阳能电池
薄膜太阳能电池是指用单质元素、有机材料或者无机化合物等制作的薄膜为基体材料的太阳能电池，主要包括非晶硅薄膜太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池、化合物薄膜太阳能电池、聚合物薄膜太阳能电池以及染料敏化薄膜太阳能电池。
非晶硅薄膜太阳能电池是将非晶硅以薄膜的形式沉积在载体上形成的电池结构，载体通常选用一些耐腐蚀的材料，例如陶瓷、玻璃等，它与传统的晶硅太阳能电池比较，具有造价低、质量轻、吸光率高等优点。北京邮电大学的尹永鑫通过前段凹槽结构是设计，使得非晶硅薄膜太阳能电池对光具有极强的太阳能不敏感性（入射角在-60°到60°）的同时吸收率仍能保持在60%以上[5]。南京理工大学的肖华鹏通过在铝衬底上制造纳米凹坑来提高非晶硅薄膜太阳能电池的吸光率，实验结果表明即使在120°的入射光范围内，太阳能电池的吸光率仍能达到初始效率的92.4%[6]。
多晶硅薄膜太阳能电池具有非晶硅太阳能电池的造价低、质量轻等优点，同时也克服了非晶硅太阳能电池光学衰减的问题，具有高转换效率的潜力，在未来有很好的发展前景。现在国内主要在研究多晶硅薄膜电池的制造工艺上，王成龙等人QCGE AIC方法制备多晶硅薄膜太阳能电池，在实验中发现多晶硅薄膜中铝掺杂浓度依赖于制备过程中退火温度和退火模式[7]。宁波大学的翟小利通过对不同退火工艺的研究，发现采用RTA退火与常规退火相比减少了时间同时制造的产品也具有常规退火方式的性能[8]。
化合物薄膜太阳电池主要包括铜铟镓硒薄膜太阳能电池、碲化镉薄膜太阳能电池、砷化镓薄膜太阳能电池以及铜锌锡硫薄膜太阳能电池等。铜铟镓硒薄膜太阳能电池具有节省原材料、抗辐射能力强、使用寿命长等优点，具有很好的应用前景。浙江大学的童君通过对“三步法”共蒸发制备吸收层铜铟镓硒薄膜工艺进行探索和优化，制备出效率达到17.67%的小面积太阳能电池[9]。碲化镉薄膜太阳能电池具有光电转化效率高（理论最高效率可达到30%）、材料消耗少（薄膜厚度在几微米之间）、制备过程简单等优点。中国科技大学的白治中运用新型的CdCl2蒸汽热处理技术来制备碲化镉薄膜太阳能电池，可使其转化效率达到12.4%[10]。砷化镓薄膜太阳能电池具有较高的光电转化效率、理想的吸收效率以及抗辐射能力强等优点。郝宇等人通过对砷化镓吸收层的研究，设计出两种新型的吸收层，在填充比为0.675的单独砷化镓吸收层效率最高可提高55.9%[11]。铜锌锡硫薄膜太阳能电池具有光电转换效率高、耗材少、无毒、原材料丰富、适合大规模生产等优点；但由于其制备过程中化合物薄膜中各种元素的含量难以控制，所以到目前为止我国还停留在研究其制备方法的阶段。
聚合物薄膜太阳能电池具有易加工、质量轻、材料易得、环境污染少等优点。华东理工大学的李永玺通过对聚合物PCPDT（EH）-FBT的研究，运用不同的试验方法，最高可使光电转化效率达到8.2%[12]。吉林大学的徐洋在研究半透明聚合物薄膜太阳能电池方面取得了不错的进展，对于（WO3/LiF）8的一组光伏器件，在450nm到600nm的波长范围内获得了近26.3%的效率的提高[13]。
染料敏化薄膜太阳能电池具有制作工艺简单、光电转化效率高以及成本低等优点，在未来有很大的发展潜力。罗军等人利用多功能层TiO2薄膜增强技术，可使染料敏化太阳能电池的光电转化效率提升至5.29%，电流密度达到11.7mA/cm2[14]。秦艺颖等人通过对溶胶-水热法制备转换TiO2：Sm3+纳米粉体的研究，发现TiO2：Sm3+转换纳米粉体不仅将燃料敏化电池的光电转化效率从4.04%提高到4.99%（效率提高了23.5%），并且拓宽了电池光谱响应范围，增大了光利用率[15]。
3 太阳能光伏产业发展现状
大力发展光伏行业是全球能源革命和国家中长期能源战略的重要部分。部分研究报告显示，2013年、2014年和2015年上半年，我国分别以11.3GW、10.6GW和7.73GW的新增装机量，成为世界第一大光伏应用市场。截至2015年9月底，全国光伏发电装机容量达到3795万千瓦，其中，光伏电站3170万千瓦，分布式光伏625万千瓦。1-9月全国新增光伏发电装机容量990万千瓦，其中，新增光伏电站装机容量832万千瓦，新增分布式光伏装机容量158万千瓦。
在装机容量不断上升的情况下，我国光伏产业也呈现出良好的发展态势。多晶硅工业化水平不断提升，生产成本持续下降。中国的晶体电池产业链完备，产业化技术水平较强。多晶硅提纯技术近年来进展较大。生产能耗和物耗不断下降，全国平均能耗下降到120kWh/kg，部分先进企业降低到80 kWh/kg以下。生产成本持续降低，部分先进企业达到20美元/千克的国际先进水平，进入国际一流企业行列。
4 结束语
综上所述，我国的光伏太阳能发电仍然具有相当大的潜力。一方面是太阳能电池技术研发活跃，技术不断成熟导致太阳电池技术竞争性不断增强，还需加大研发力度，开发新技术新装备新材料，进一步提高转换效率。另一方面随着系统控制技术和电力电子技术的提高，光伏系统的安全性、可靠性将大幅提高，同时，高穿透水平的分布式、微网、智能电网技术的成熟，都将极大的扩展光伏太阳能的应用市场。
参考文献
[1]张亮.太阳能电池的研发进展[J].科技创业月刊，2011，6：157-158.
[2]游金钏.单晶硅太阳能电池效率进一步提高探索[D].华东师范大学，2010.
[3]张小宾，张中伟，黄仑.N型双面单晶硅电池生产工艺探索[J].东方电气评论，2014，2：43-45.
[4]王庆钱.多晶硅太阳能电池片SE工艺优化的研究[D].中国科学院大学，2014.
[5]尹永鑫.基于表面等离子体的非晶硅薄膜太阳能电池吸收性能的研究[D].北京邮电大学，2015.
[6]肖华鹏.基于等离激元结构柔性非晶硅薄膜太阳能电池的研究[D].南京理工大学，2015.
[7]王成龙，范多旺，王成兵，等.太阳能电池用低掺杂率多晶硅薄膜的制备[J]. 中国科学：物理学 力学 天文学，2010，2：219-223.
[8]翟小利.太阳能电池用高质量多晶硅薄膜的铝诱导晶化研究[D].宁波大学，2013.
[9]童君.铜铟镓硒薄膜太阳能电池的研究[D].浙江大学，2014.
[10]白治中.高转换效率CdTe薄膜太阳电池制备及关键科学问题研究[D].中国科学技术大学，2012.
[11]郝宇，孙晓红，孙 ，等.基于光栅结构的砷化镓高效率吸收层设计[J].发光学报，2013，6：769-775.
[12]李永玺.新型窄带隙聚合物太阳能电池材料的合成及性能研究[D].华东理工大学，2014.
[13]徐洋.半透明聚合物太阳能电池的研究[D].吉林大学，2013.
[14]罗军，廖斌，吴先映，等.基于多功能层TiO2薄膜增强染料敏化太阳能电池性能[J].北京师范大学学报（自然科学版），2015，5：475-479.
[15]秦艺颖，胡志强，张普涛，等.染料敏化太阳能电池Sm3+掺杂TiO2下转换光阳极的制备及性能[J].发光学报，2015，8：868-874.