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[摘要]：随着现代社会的经济技术发展，人们对能源的依赖越来越高，但化石燃料是不可再生资源，而太阳能发电技术的应用是未来摆脱化石燃料，减少温室气体排放的重要手段之一。太阳能发电潜力巨大，但是需要相应光电材料的发展，提高太阳能转化及降低制造成本是目前太阳能普及的迫切需要以应对未来能源危机。
[关键词]：太阳能发电 太阳能发电材料 光电转换
中图分类号： TM615 文献标识码：TM 文章编号：1009-914X（2013）01- 0291-01
材料发展史
材料在辞海中被定义为“经过人类劳动取得的劳动对象”。材料是能为人类经济地制造有用器件的物质。材料的发展标志着社会生产力的发展水平和人类文明进步的程度。每一种新材料的出现和制造技术的进步都在不同程度上促进了生产力的发展。同时，材料的发展又为先进生产力发展的要求所推动，并受制于当时生产力发展的总水平。
在考古研究和历史学中，材料作为划分时代的依据，将人类历史划分为：石器时代（距今10000—6000年）、青铜器时代（距今6000—2500年）、铁器时代（距今2500年起）。从铁器时代起，世界各国多已进入有文字记载的文明时代。
按照材料的工艺和性质可将材料划分为天然材料、人工材料和合成材料三大类。 新石器时代出现了陶器。它属于人工材料，即不仅在形态上，而且在质地上改变了天然物质的性质。从天然材料到人工材料，这是材料发展中的第一次飞跃。陶器由黏土（或掺加石英等）经成型、干燥和烧制而成。主要作为生活用具。另一个人工材料的例子是砖。古埃及人用尼罗河的泥土烧砖修建住宅。材料的发展与人类认识、使用和驾驭能源能力的水平密切相关。19世纪的产业革命也是人类开发和获取能源的革命，它促进了钢铁、有色金属等材料的发展，造就了现代文明。由于革新了材料的制造技术，人们利用合成方法制成了自然界不存在的材料，称为合成材料。{3}
太阳能电池材料的发展前景
太阳能发电现状
太阳能电池的种类按原料、生产方法分为结晶系、薄膜系、多接合系、有机系等。
硅结晶系太阳能电池
目前的主流是原料采用硅的结晶系（单晶硅、多晶硅）， 转化效率较高。市场使用最多的是结晶硅型太阳能电池，由厚200μm 的薄片做成，正在普及的电池板的转化效率为15%～16%。目前结晶系转化效率已接近极限，按硅的性质其效率理论极限在29%左右， 实用25%～26%到顶，现状已达到23%。今后还将继续努力接近极限，但余地很小。结晶系太阳能电池生产成本的一半为材料硅的价格，2008 年硅价猛涨时产品价格一路上升，因此为削减成本，电池如何加工薄化成为技术开发重点。但即使在供需紧张关系解除、硅价稳定的今天，仍在继续努力加工薄化，不过薄型化也有极限。
薄膜系和其他类型太阳能电池
近2～3 年薄膜系太陽能电池新技术得到快速发展，它可以分为硅型和化合物型，化合物型又进一步分为CIS（CuInSe2）和CdTe 等。稍早一段时间薄膜硅型最多，最近化合物型迅速增长。薄膜系太阳能电池提高效率和降低成本的余地较大，与结晶系材料硅相同的非结晶型硅和材料用铜、铟、镓、锡的CIGS（CuInGaSe2）型等的转化效率理论极限在25%以上，目前仅有一半左右，技术开发提高效率的余地尚大。薄膜系太阳能电池材料用量少，材料成本的影响小，价格约为结晶系的50%。First Solar 生产的太阳能电池采用CdTe（镉、碲）薄膜技术，尽管转化效率只有11%，比结晶硅型低，但最大的优点是可以采用网线版印刷生产技术，成本非常低。在First Solar廉价产品大幅扩大的2009 年， 其毛利达到惊人的50%左右。但鉴于镉的毒性和碲的稀缺，将来产量会受到限制。CIS 型的小面积效率高达20%，堪比薄片型多晶硅的水平，潜力巨大，且市售效率11%左右，还有改善余地。有报道称，单晶化合物型的效率超过40%，为了平衡成本，有必要用透镜聚光，主要用于晴天多的地方。有机半导体型、色素增感型实用化尚需时日。
降低成本是太阳能发电产业自立的关键
发电成本包括装置建设的初期投资和燃料、维修等必要运转费用。太阳能发电不需要燃料，机械维修的必要性也低，成本几乎全是初期投资。另一方面， 产生的电量依赖于日照强度和转化效率，日照强度取决于装置设置的场所，因此，产品的差别性就在于转化效率，即标志发电成本的销售价格的降低与转化效率的提高具有同样意义。但是，提高发电效率，太阳能电池的竞争力未必上升。
太阳能发电材料展望
太阳能发电装置的技术开发大体可分为3 个方面：①实用化的结晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池等，为提高经济性，进一步提高性能的技术开发是目前决定太阳能电池市场竞争优劣的重要课题；②可大幅降低成本的色素增感、有机薄膜等新型太阳能电池，期待其实用化，瞄准2020 年以后的市场，引导技术革新；③太阳能发电装置技术开发评价、市场化评价的必要技术开发等，抓紧准备应对市场急速扩大。在结晶硅太阳能电池方面，重点强化住宅安装等要求高转化效率的领域，但也必须进一步提高经济性。同时，围绕长期确保硅原料问题，今后技术开发的重点是硅板超薄化，将厚度由200μm 左右降至100μm 或以下，并提高发电效率。对于硅原料生产，除了不提高成本外，进一步提高品质、谋求高效率化也很重要。关于薄膜太阳能电池，以成本低和加工性能好为特征。硅薄膜太阳能电池、CIS 型薄膜太阳能电池已工业生产，随着转化效率的进一步提高，为降低成本，制膜工序高速化、大面积化或从根本上重新评价研究。色素增感太阳能电池、有机薄膜太阳能电池尚处于技术开发阶段，转化效率和寿命正逐步接近预计的实用化水平。
但是，还需进一步提高转化效率、寿命和可靠性，同时实用规模组件的制造技术以及实现低成本的批量生产技术等，都有必要加速实用化技术开发。
总结
随着现代社会的发展，人们将面临未来能源危机，而可再生能源的开发利用时未来能源的主要发展趋势，太阳能发电就是新能源的代表之一，随着材料的发展，太阳能发电的的成本大幅度降低及太阳能的利用率会大大提高，使之落户于家家户户成为可能。
作者简介：
车小军 男（1989-）云南省文山市 本科 （没毕业） 专业：电子信息工程（没有研究方向）
[关键词]：太阳能发电 太阳能发电材料 光电转换
中图分类号： TM615 文献标识码：TM 文章编号：1009-914X（2013）01- 0291-01
材料发展史
材料在辞海中被定义为“经过人类劳动取得的劳动对象”。材料是能为人类经济地制造有用器件的物质。材料的发展标志着社会生产力的发展水平和人类文明进步的程度。每一种新材料的出现和制造技术的进步都在不同程度上促进了生产力的发展。同时，材料的发展又为先进生产力发展的要求所推动，并受制于当时生产力发展的总水平。
在考古研究和历史学中，材料作为划分时代的依据，将人类历史划分为：石器时代（距今10000—6000年）、青铜器时代（距今6000—2500年）、铁器时代（距今2500年起）。从铁器时代起，世界各国多已进入有文字记载的文明时代。
按照材料的工艺和性质可将材料划分为天然材料、人工材料和合成材料三大类。 新石器时代出现了陶器。它属于人工材料，即不仅在形态上，而且在质地上改变了天然物质的性质。从天然材料到人工材料，这是材料发展中的第一次飞跃。陶器由黏土（或掺加石英等）经成型、干燥和烧制而成。主要作为生活用具。另一个人工材料的例子是砖。古埃及人用尼罗河的泥土烧砖修建住宅。材料的发展与人类认识、使用和驾驭能源能力的水平密切相关。19世纪的产业革命也是人类开发和获取能源的革命，它促进了钢铁、有色金属等材料的发展，造就了现代文明。由于革新了材料的制造技术，人们利用合成方法制成了自然界不存在的材料，称为合成材料。{3}
太阳能电池材料的发展前景
太阳能发电现状
太阳能电池的种类按原料、生产方法分为结晶系、薄膜系、多接合系、有机系等。
硅结晶系太阳能电池
目前的主流是原料采用硅的结晶系（单晶硅、多晶硅）， 转化效率较高。市场使用最多的是结晶硅型太阳能电池，由厚200μm 的薄片做成，正在普及的电池板的转化效率为15%～16%。目前结晶系转化效率已接近极限，按硅的性质其效率理论极限在29%左右， 实用25%～26%到顶，现状已达到23%。今后还将继续努力接近极限，但余地很小。结晶系太阳能电池生产成本的一半为材料硅的价格，2008 年硅价猛涨时产品价格一路上升，因此为削减成本，电池如何加工薄化成为技术开发重点。但即使在供需紧张关系解除、硅价稳定的今天，仍在继续努力加工薄化，不过薄型化也有极限。
薄膜系和其他类型太阳能电池
近2～3 年薄膜系太陽能电池新技术得到快速发展，它可以分为硅型和化合物型，化合物型又进一步分为CIS（CuInSe2）和CdTe 等。稍早一段时间薄膜硅型最多，最近化合物型迅速增长。薄膜系太阳能电池提高效率和降低成本的余地较大，与结晶系材料硅相同的非结晶型硅和材料用铜、铟、镓、锡的CIGS（CuInGaSe2）型等的转化效率理论极限在25%以上，目前仅有一半左右，技术开发提高效率的余地尚大。薄膜系太阳能电池材料用量少，材料成本的影响小，价格约为结晶系的50%。First Solar 生产的太阳能电池采用CdTe（镉、碲）薄膜技术，尽管转化效率只有11%，比结晶硅型低，但最大的优点是可以采用网线版印刷生产技术，成本非常低。在First Solar廉价产品大幅扩大的2009 年， 其毛利达到惊人的50%左右。但鉴于镉的毒性和碲的稀缺，将来产量会受到限制。CIS 型的小面积效率高达20%，堪比薄片型多晶硅的水平，潜力巨大，且市售效率11%左右，还有改善余地。有报道称，单晶化合物型的效率超过40%，为了平衡成本，有必要用透镜聚光，主要用于晴天多的地方。有机半导体型、色素增感型实用化尚需时日。
降低成本是太阳能发电产业自立的关键
发电成本包括装置建设的初期投资和燃料、维修等必要运转费用。太阳能发电不需要燃料，机械维修的必要性也低，成本几乎全是初期投资。另一方面， 产生的电量依赖于日照强度和转化效率，日照强度取决于装置设置的场所，因此，产品的差别性就在于转化效率，即标志发电成本的销售价格的降低与转化效率的提高具有同样意义。但是，提高发电效率，太阳能电池的竞争力未必上升。
太阳能发电材料展望
太阳能发电装置的技术开发大体可分为3 个方面：①实用化的结晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池等，为提高经济性，进一步提高性能的技术开发是目前决定太阳能电池市场竞争优劣的重要课题；②可大幅降低成本的色素增感、有机薄膜等新型太阳能电池，期待其实用化，瞄准2020 年以后的市场，引导技术革新；③太阳能发电装置技术开发评价、市场化评价的必要技术开发等，抓紧准备应对市场急速扩大。在结晶硅太阳能电池方面，重点强化住宅安装等要求高转化效率的领域，但也必须进一步提高经济性。同时，围绕长期确保硅原料问题，今后技术开发的重点是硅板超薄化，将厚度由200μm 左右降至100μm 或以下，并提高发电效率。对于硅原料生产，除了不提高成本外，进一步提高品质、谋求高效率化也很重要。关于薄膜太阳能电池，以成本低和加工性能好为特征。硅薄膜太阳能电池、CIS 型薄膜太阳能电池已工业生产，随着转化效率的进一步提高，为降低成本，制膜工序高速化、大面积化或从根本上重新评价研究。色素增感太阳能电池、有机薄膜太阳能电池尚处于技术开发阶段，转化效率和寿命正逐步接近预计的实用化水平。
但是，还需进一步提高转化效率、寿命和可靠性，同时实用规模组件的制造技术以及实现低成本的批量生产技术等，都有必要加速实用化技术开发。
总结
随着现代社会的发展，人们将面临未来能源危机，而可再生能源的开发利用时未来能源的主要发展趋势，太阳能发电就是新能源的代表之一，随着材料的发展，太阳能发电的的成本大幅度降低及太阳能的利用率会大大提高，使之落户于家家户户成为可能。
作者简介：
车小军 男（1989-）云南省文山市 本科 （没毕业） 专业：电子信息工程（没有研究方向）