1.3　太阳能电池分类

1.3.1　硅基太阳能电池

硅太阳能电池包括单晶硅、多晶硅和非晶硅太阳能电池，是目前市场上占统治地位的一类太阳能电池。同时，硅基太阳能电池的相关技术也最为成熟，具备可大规模生产的能力。单晶硅太阳能是目前效率最高的商用电池之一，实验室单晶硅的转换效率已经达到25%［12］。单晶硅电池具有原料丰富、生产技术成熟、性能稳定等优点，缺点是制造成本较高。多晶硅电池对硅材料品质的要求低于单晶硅电池，制造成本较低。多晶硅电池的理论转换效率约为20%，目前实际产品的效率约为12%～14%。多晶硅电池较好地平衡了效率和成本的矛盾。非晶硅又称无定形硅，它的原子排列呈现出无定形的状态。非晶硅太阳能电池的效率较低，现有产品效率都在10%以下。但因其制造工艺简单，使用材料少（薄膜形态）等特点，也具有广泛的应用前景。

1.3.2　Ⅲ-Ⅴ族化合物电池

Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体主要包括GaAs、InP以及GaInP、AIGaInP、GaInNAs等。这些材料具备直接带隙、较高的光吸收系数、良好的抗辐射性能和较小的温度系数等优点，是制造太阳能电池的理想材料。但因其材料价格高昂、制备工艺复杂、成本远高于硅基太阳能电池，因而除宇宙空间应用外，地面应用很少。近年来随着叠层电池技术和聚光技术的发展，Ⅲ-Ⅴ族化合物电池的地面应用也逐渐成为可能。目前，聚光多节叠层太阳能电池的效率已达到40%以上［13］。

1.3.3　多元化合物太阳能电池

多元化合物主要以CIS、CIG（S，Se）、CZT（S，Se）等材料为代表，其中GIGS电池是近些年的研究热点，取得了飞速的发展，其实验室效率已经达到20%左右［14］。这类太阳能电池的吸收层化合物材料是直接带隙，且通过元素替代其禁带宽度可连续调整。同时，这类材料还具有很高的光吸收系数，制备成的太阳能电池厚度仅为几微米，有助于减小制造成本和原料消耗。CIG（S，Se）电池的主要缺点是其制造需要In、Ga两种蕴藏量极少的元素，这限制了它的大规模生产。CZT（S，Se）与CIG（S，Se）原子结构十分相似，同样为直接带隙，并具有很大的光吸收系数［15］。构成CZTS材料的主要元素为Cu、Zn、Sn 、S和Se，都是地球上含量较为丰富的元素。因此，CZT（S，Se）太阳能电池被认为是CIG（S，Se）太阳能电池的理想替代品。

1.3.4　染料敏化太阳能电池

染料敏化太阳能电池（Dye-Sensitized Solar Cell）是一种由光敏电极和电解质构成的低成本薄膜太阳能电池［16］。不同于其他类型的太阳能电池，在染料敏化太阳能电池中，光子的吸收和载流子输运这两个功能是由不同的材料完成的［17］。染料敏化太阳能电池的组成通常包括导电基底、TiO2多孔纳米薄膜、染料光敏化剂、电解质和对电极等部分。其中，染料光敏化剂是最重要的材料之一，直接影响着电池的光电转换效率，因而是近些年一个热门的研究方向。相较于其他太阳能电池，染料敏化太阳能电池具有制造工艺简单、成本低廉等优点，但同时也存在着效率较低、稳定性欠佳和寿命较短等不足，距离实际应用还有相当的距离，虽然目前染料敏化太阳能电池的效率已达10%以上［10］。

1.3.5　新概念太阳能电池

近年来一些新概念的太阳能电池技术，如量子点电池、热载流子电池等也开始涌现并有了不同程度的发展，以期突破传统单结太阳能电池的Shockley-Queisser效率极限［18］。

量子点（Quantum Dot）是一种准零维的纳米颗粒［19］。不同于传统的半导体材料，量子点材料的禁带宽度受量子点大小的影响，可在一个比较大的范围内变化，并形成中间能带，因而可以更高效地利用太阳光谱中的光子能量。目前量子点PN结太阳能电池的研究还处在探索阶段，研究主要集中在金属—半导体太阳能电池、聚合物—半导体混合太阳能电池以及量子点敏化太阳能电池几个方面［20］。

在传统太阳能电池中，热载流子冷却是太阳能电池效率降低的原因之一。热载流子电池的基本思想就是在热载流子冷却之前将其收集，以提高电池的开路电压。经过理论计算，热载流子电池的极限效率可达85%［21］。现阶段，基于量子阱的热载流子太阳能电池的研究已经取得了一定的成果［22-23］。