1　绪论

1.1　研究背景

随着世界人口的不断增长和经济的持续发展，人类社会对于能源的需求越来越大。而以石油、煤炭等为代表的传统能源供应已经越来越难以满足日益增长的能源消耗。同时，这类化石燃料燃烧所释放出的气体和烟尘，也带来了极为严重的环境问题。为应对能源短缺和环境恶化这两大挑战，现有的能源结构亟需做出改变。目前，世界很多国家都在积极推进新能源的研究与利用，以期调整现在过度依赖化石能源的能源结构，实现社会发展和环境保护的共赢。

一般来说，新能源包括太阳能、风能、地热能、生物质能、潮汐能等非化石能源。相对于化石能源，新能源具有对环境友好、可再生、来源广泛等优点，有着巨大的发展前景。太阳能作为新能源中最有潜力的一种，已经成为新能源开发利用中最为重要的一个领域。

太阳能的主要利用形式为太阳能发电，即利用太阳能电池的光伏效应，直接将太阳辐射转换为电能输出。太阳能发电具有无污染、无噪声、易维护、不受地域限制、与现有电力系统兼容等优点，是一种十分理想的太阳能利用形式。

太阳能电池是太阳能发电系统的中心部件。1839年，Becquerel发现了光伏效应（photovoltaic effect）［1］。Fritts在1883年采用硒和金首次制备出了固态的太阳能电池。1954年，美国贝尔实验室使用硅材料首次制备了　PN结型的太阳能电池，电池的效率达到了6%［2］。之后太阳能电池得到了实际应用。在1958年美国发射升空的Vanguard卫星上使用了硅太阳能电池板。随后在1959年，Hoffman公司推出了效率达10%的硅太阳能电池板。在同一时期，CdTe太阳能电池的相关研究也开始起步［3］。1970年，苏联的Zhores Alferov等人首次报道了GaAs太阳能电池［4］。Carlson等人在1976年发表了关于非晶硅太阳能电池的研究，电池的结构为p-i-n型，效率达到2.4%［5］。Kazmerski等人在1976年第一次报道了基于CulnSe的异质结薄膜太阳能电池，电池效率在4%～5%范围［6］。1985年，澳大利亚的新南威尔士大学制成了效率大于20%的晶体硅太阳能电池［7］。1991年，Gratzel小组在染料敏化太阳能电池的研究上取得了突破性的进展［8］。1999年，新南威尔士大学的G reen小组将单晶硅太阳能电池提高到了24.7%［9］。该小组也一直保持着单晶硅太阳能电池的世界纪录［10］。

进入新世纪以来，随着人们对能源需求的不断增长以及对环境问题的关注，太阳能电池获得了更广泛的应用。近年来太阳能电池产业一直保持着较高的增长率，2010年，全球太阳能电池组件的累计装机容量已达到了40GW［11］。当前市场上主流的传统硅基太阳能电池的效率提升已现瓶颈。现有的太阳能电池技术存在着电池效率低、成本高昂等问题，不足以支撑未来太阳能产业的发展。这些问题的解决亟需在太阳能电池领域提出新的概念，研究新的材料和制备技术等。