光伏发电为什么要用半导体硅材料？

光伏发电不是一定要使用硅材料，可以发电的按材料来分有硅类：单晶硅，多晶硅，非晶硅和微晶硅。化合物薄膜：砷化镓，碲化镉（CdTe），硫化镉（CdS），铜铟镓硒硫（CIGSSe），纳米晶二氧化钛。以及有机物类等。现在工业用的大部分还是晶体硅电池，其优点有：1，硅在地球上的元素含量排名第二，在未来不会成为稀缺资源。2，在50年代就已经有硅电池了，经过几十年的发展，单晶硅电池的发展最成熟。3，硅的转化效率极限为30%左右，在实验室中已经做到24%，工业生产出的组件已经达到18%以上，是作出的转换效率最高的材料。多晶硅的效率比单晶硅要低一些，工艺也比较容易实现，是通过浇注成型的。非晶硅和微晶硅的转化效率低，在8%左右（工业成品）。剩下的几类电池转换效率都不及单多晶硅，所以现有情况下硅类电池还是占有大部分的市场。

常见的光伏电池的种类以及它的优缺点我详细介绍一下。一、单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池的结构主要包括正面梳状电极、减反射膜、N型层、PN结、P型层、背面电极等。单晶硅太阳能电池广泛用于空间和地面，这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料。将单晶硅棒切成片，经过一系列的半导体工艺形成PN结。然后采用丝网印刷法做成栅线，经过烧结工艺制成背电极，单晶硅太阳能电池的单体片就制成了。单体片即可按所需要的规格用串联和并联的方法组装成太阳能电池组件(太阳能电池板)，构成一定的输出电压和电流。最后用框架进行封装，将太阳能电池组件组成各种大小不同的太阳能电池阵列。目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，实验室成果也有20%以上的。二、多晶硅太阳能电池多晶硅薄膜太阳电池是将多晶硅薄膜生长在低成本的衬底材料上，用相对薄的晶体硅层 作为太阳电池的激活层，不仅保持了晶体硅太阳电池的高性能和稳定性，而且材料的用量大幅度下降，明显地降低了电池成本。多晶硅薄膜太阳电池的工作原理与其它太阳电池一样，是基于太阳光与半导体材料的作用而形成光伏效应。太阳能电池使用的多晶硅材料多半是含有大量单晶颗粒的集合体，或用废次单晶硅料和冶金级硅材料熔化，然后注入石墨铸模中，即得多晶硅锭。这种硅锭铸成立方体，以便切片加工成方形电池片。多晶硅太阳能电池板的制作工艺与单晶硅太阳能电池板差不多，其光电转换效率约12%左右，稍低于单晶硅太阳能电池，但是材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。三、非晶硅太阳能电池非晶硅太阳能电池由透明氧化物薄膜(TCO)层、非晶硅薄膜P-I-N层(I层为本征吸收层)、背电极金属薄膜层组成，基底可以是铝合金、不锈钢、特种塑料等。它与单晶硅和多晶硅太阳能电池的制作方法完全不同，硅材料消耗很少，电耗更低。制造方法有多种，最常见的是用辉光放电法得到N型或P型的非晶硅膜。衬底材料一般用玻璃或不锈钢板。非晶硅太阳能电池很薄，可以制成叠层式，或采用集成电路的方法制造，可一次制作多个串联电池，以获得较高的电压。目前非晶硅太阳能电池光电转换效率偏低，国际先进水平为10%左右。四、多元化合物太阳能电池硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，在广泛深入的应用研究基础上，国际上许多国家的碲化镉薄膜太阳电池已由实验室研究阶段开始走向规模工业化生产。1、硫化镉太阳能电池：虽然光电效率已提高到9%，但是仍无法与多晶硅太阳能电池竞争。与非晶硅薄膜电池相比，制造工艺比较简单。2、砷化镓太阳能电池：砷化镓与太阳光谱的匹配较适合，且能耐高温，在250℃的条件下，光电转换性能仍很良好，其最高光电转换效率约30%，特别适合做高温聚光太阳能电池。由于镓比较稀缺，砷有毒，制造成本高，此种太阳能电池的发展受到影响。3、铜铟硒太阳能电池：以铜、铟、硒三元化合物半导体为基本材料制成的太阳能电池。它是一种多晶薄膜结构，材料消耗少，成本低，性能稳定，光电转换效率在10%以上。因此是一种可与非晶硅薄膜太阳能电池相竞争的新型太阳能电池。五、纳米晶体化学太阳能电池染料敏化纳米晶体太阳能电池(DSSCs)主要包括镀有透明导电膜的玻璃基底，染料敏化的半导体材料、对电极以及电解质等几部分。其阳极为染料敏化半导体薄膜(TiO2膜)，阴极为镀铂的导电玻璃。纳米晶体TiO2太阳能电池的优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在10%以上，制作成本仅为硅太阳电池的1/5～1/10，.寿命能达到20年以上。六、叠层太阳能电池叠层电池使得电池的性能可以得到叠加。太阳能电池的薄层化使其可以做得更薄，因此器件的叠层也变得更为现实可行。叠层电池可以是同种器件的叠层，也可以是异类器件的叠层。每一个叠层单元，由于感光部分的光响应性能不同，可分别吸收利用不同波段的太阳光。经过叠层，太阳光可以在全波段上都受到较好的吸收同时由于器件之间的耦合效应，整体的光能转换效率可以达到更高水平。七、柔性太阳能电池柔性太阳能电池板采用高晶硅材料制成，并用高强度、透光性能强的太阳能专用钢化玻璃以及高性能、耐紫外线辐射的专用密封材料层压制而成，有能抗冰雪、抗震、防压等多种优点，即使在温度剧变的恶劣条件下也能正常使用，。所以柔性电池能用在平板类太阳能电池难以胜任的许多领域，例如太阳能汽车、飞机、飞艇、建筑、纺织品、帐篷、服装、头盔，玩具等特殊曲面上。

单晶硅光伏电池

单晶硅光伏电池是开发较早、转换率最高和产量较大的一种光伏电池。单晶硅光伏电池转换效率在我国已经平均达到16.5%,而实验室记录的最高转换效率超过了24.7%。这种光伏电池一般以高纯的单晶硅硅棒为原料，纯度要求99.9999%。

多晶硅光伏电池

多晶硅光伏电池是以多晶硅材料为基体的光伏电池。由于多晶硅材料多以浇铸代替了单晶硅的拉制过程，因而生产时间缩短，制造成本大幅度降低。再加之单晶硅硅棒呈圆柱状，用此制作的光伏电池也是圆片，因而组成光伏组件后平面利用率较低。与单晶硅光伏电池相比，多晶硅光伏电池就显得具有一定竞争优势。

非晶硅光伏电池

非晶硅光伏电池是用非晶态硅为原料制成的一种新型薄膜电池。非晶态硅是一种不定形晶体结构的半导体。用它制作的光伏电池只有1微米厚度,相当于单晶硅光伏电池的1/300。它的工艺制造过程与单晶硅和多晶硅相比大大简化, 硅材料消耗少, 单位电耗也降低了很多。

铜铟硒光伏电池

铜铟硒光伏电池是以铜、铟、硒三元化合物半导体为基本材料，在玻璃或其它廉价衬底上沉积制成的半导体薄膜。由于铜铟硒电池光吸收性能好，所以膜厚只有单晶硅光伏电池的大约l/100。

砷化镓光伏电池

砷化镓光伏电池是一种Ⅲ-V族化合物半导体光伏电池。与硅光伏电池相比,砷化镓光伏电池光电转换效率高，硅光伏电池理论效率为23% ,而单结砷化镓光伏电池的转换效率已经达到27%；可制成薄膜和超薄型太阳电池，同样吸收95%的太阳光, 砷化镓光伏电池只需5-10μm的厚度,而硅光伏电池则需大于150μm。

碲化镉光伏电池

碲化镉是一种化合物半导体,其带隙最适合于光电能量转换。用这种半导体做成的光伏电池有很高的理论转换效率， 已实际获得的最高转换效率达到16.5%。碲化镉光伏电池通常在玻璃衬底上制造，玻璃上第一层为透明电极，其后的薄层分别为硫化镉、碲化镉和背电极，其背电极可以是碳桨料，也可以是金属薄层。碲化镉的沉积技术方法很多，如电化学沉积法、近空间升华法、近距离蒸气转运法、物理气相沉积法、丝网印刷法和喷涂法等。碲化镉层的厚度通常为1.5-3um，而碲化镉对于光的吸收有1.5um的厚度也就足够了。

聚合物光伏电池

聚合物光伏电池是利用不同氧化还原型聚合物的不同氧化还原电势, 在导电材料表面进行多层复合, 制成类似无机P-N结的单向导电装置。

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