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1、111 编号：本科毕业211 论文太阳能电池研究现状及发展趋势院 系：姓 名：学 号：专 业：物 理 学年 级：2010 级指导教师：职 称：完成日期：2014 年 5 月 11 日I摘 要能源是人类社会存在和发展的物质基础，以煤炭、石油等化石燃料为代表的能源极大地促进了世界各国的经济发展。然而，化石燃料的大量使用也带来了一系列的问题，如能源危机和环境污染，促使人类探寻新的、清洁、安全、可再生的能源太阳能，由此极大地促进了太阳能电池技术的飞速发展。鉴于此，在查阅大量文献的基础上，首先综述太阳能电池的种类，然后就其研究现状、存在的问题、解决的途径以及发展趋势等做了一些分析，完善太阳能电池的相关研
2、究。关键词：太阳能电池；研究现状；发展趋势IIAbstractEnergy is the material basis for the existence and development of human society, To coal, oil and other fossil fuels for energy is greatly promoted the economic development of countries all over the world. However, Use of fossil fuels also brings a series of problems,
3、such as energy crisis and environmental pollution, human in the search for a new, clean, safe, renewable energy, solar energy. Thus greatly promote the rapid development of the solar cell technology. In view of this, on the basis of consulting a large number of literature, firstly reviews the types
4、of solar cells, and then the research situation and existing problems, solutions as well as development trend made some analysis and research to improve the solar cell.Key word: Solar cell；Research status；Development trend III目 录1 绪论 .11.1 研究背景和意义 .11.2 国内外发展现状 .21.3 主要方法和研究进展 .41.4 主要研究内容 .52 太阳能电池
5、简介 .62.1 太阳能电池的工作原理 .62.2 太阳能电池的种类 .63 太阳能电池现状分析 .83.1 硅太阳能电池 .83.1.1 单晶硅太阳能电池 .83.1.2 多晶硅太阳能电池 .93.2 薄膜太阳能电池 .93.2.1 非晶硅薄膜太阳能电池 .93.2.2 多元化合物薄膜太阳能电池 .123.3 新型太阳能电池 .133.3.1 纳米晶太阳能电池 .133.3.2 叠层太阳能电池 .133.3.3 柔性电池 .144 太阳能电池发展面临的问题及发展趋势 .154.1 我国太阳能电池发展的主要问题及解决办法 .154.2 太阳能电池发展趋势 .175 结论与展望 .19参考文献
6、.20致 谢 .2111 绪论1.1 研究背景和意义诺贝尔奖获得者美国 Rice University 的 Smalley 教授曾经指出，在未来的50年里，人类面临着随之而来的10大问题中，能源问题排在首位。目前人类使用的能源中，化石能源占90%以上，而到21世纪中叶，其比例将减少到人类使用能源的一半，达到其极值，之后核能和可再生能源将占主导地位。到2100年时，可再生能源将占人类使用能源的 l/3以上 1-2，如图1-1示。在诸多可再生能源中，包括太阳能、风能、潮汐能、地热能、氢能和生物质能，太阳能所蕴藏的能量是所有其他可再生能源能量总和的上千倍，因此发展太阳能潜力巨大。自地球形成以来，生物
7、就主要以太阳提供的热和光生存，人类利用太阳能这一取之不尽的清洁能源的想法由来已久, 最早是将它直接转换为热能利用, 后来光生伏特效应的发现使太阳能利用领域更加灵活、广阔，所谓太阳能电池是指由光电效应或光化学效应直接把光能转化成电能的装置。太阳能电池除具有清洁、能量充足的特点外，还可以直接设置在需要用电的地方发电。目前，太阳能电池的国际市场年增长率已达到30%，而在2030年前，还会以约25%的速度持续增长，太阳能光伏装机容量将从目前的约84GW 增长到2030年的300GW。中国的可再生能源中长期发展规划中，提出 2020 年可再生能源要占到15%，其中太阳能电池发电容量达到 1.8GW。市场
8、上的太阳能电池主要是硅基太阳能电池，其中又以多晶硅太阳能电池为主流。图1-1 世界能源结构预测（欧盟联合研究中心）2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
9、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
10、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剩余使用年限（自 2012 年开始计算）能源种类 世界 中国太阳能 无穷大 无穷大石油 约 45 年 约 15 年天然气 约 61 年 约 30 年煤 约 230 年 约 81 年铀 约 71 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3点放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
11、)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 1
12、2 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
