二、太陽能利用和太陽能電池
　　1、太陽能的利用截至目前，我們對太陽能的利用大致可以分為光熱轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換兩種方式，其中，光電利用是近些年來發(fā)展最快，也是最具經(jīng)濟(jì)潛力的能源開發(fā)領(lǐng)域。光電轉(zhuǎn)換（即光伏發(fā)電）的原理是利用半導(dǎo)體界面（硅材料或其他材料）的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是較少受地域限制，還具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電及建設(shè)同期短的優(yōu)點(diǎn)。
　　光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池、蓄電池、控制器和逆變器構(gòu)成。光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為獨(dú)立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)：獨(dú)立太陽能光伏發(fā)電是指太陽能光伏發(fā)電不與電網(wǎng)連接的發(fā)電方式，典型特征為需要蓄電池來存儲(chǔ)能量，在民用范圍內(nèi)主要用于邊遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村，如家庭系統(tǒng)、村級太陽能光伏電站；在工業(yè)范圍內(nèi)主要用于電訊、衛(wèi)星廣播電視、太陽能水泵，在具備風(fēng)力發(fā)電和小水電的地區(qū)還可以組成混合發(fā)電系統(tǒng)等。并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電是指太陽能光伏發(fā)電連接到國家電網(wǎng)的發(fā)電的方式，成為電網(wǎng)的補(bǔ)充。
　　2、太陽能電池太陽能電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，根據(jù)所用材料的不同，可分為硅系太陽能電池和非硅太陽能電池兩大類。硅系太陽能電池應(yīng)用廣泛，技術(shù)相對成熟，幾乎占據(jù)了全部太陽能電池市場。非硅太陽能電池包括多元化合物太陽能電池；功能高分子材料太陽能電池；納米晶太陽能電池等，這些材質(zhì)的電池多處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，尚未規(guī)模應(yīng)用。
　?。?）硅系太陽能電池硅系太陽能電池包括單晶硅電池、多晶硅薄膜電池和非多晶硅薄膜電池。其中，單晶硅大陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。高性能單晶硅電池是在高質(zhì)量單晶硅材料和相關(guān)的成熱的加工處理工藝基礎(chǔ)上形成的，具有最高的轉(zhuǎn)換效率（光電轉(zhuǎn)換率可以達(dá)到23%），在現(xiàn)階段的大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)主導(dǎo)地位。但是，通常的單晶體硅太陽能電池是在厚度350－450μm的高質(zhì)量硅片上制成的，這種硅片由硅錠鋸割而成，消耗的硅材料較多。因此，受硅材料價(jià)格持續(xù)上漲影響，單晶硅電池成本居高不下，阻礙了其大規(guī)模發(fā)展。為了節(jié)省高質(zhì)量的硅材料，現(xiàn)在各國均在尋找單晶硅電池的替代產(chǎn)品，其中多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池是較好的選擇。
　　制備多晶硅薄膜電池多采用化學(xué)氣相沉積法，包括低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）和等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）工藝。多晶硅薄膜電池由于所使用的硅材料較單晶硅少，又無效率衰退問題，并且可以在廉價(jià)襯底材料上制備，其成本遠(yuǎn)低于單晶硅電池，且光電轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到17%，經(jīng)濟(jì)效益較好?？梢灶A(yù)見，多晶硅薄膜電池將會(huì)取代單晶硅電池，成為太陽能電池市場中的主要品種。
　　非晶硅薄膜太陽能電池于20世紀(jì)70年代中期開發(fā)成功，80年代其生產(chǎn)曾達(dá)到高潮，約占當(dāng)時(shí)全球太陽能電池總量的20％左右，但由于非晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)化效率低于晶體硅太陽能電池，而且非晶硅太陽能電池存在光致衰減效應(yīng)的缺點(diǎn)（光電轉(zhuǎn)換效率會(huì)隨著光照時(shí)間的延續(xù)而衰減），其發(fā)展速度逐步放緩。目前，非晶硅薄膜太陽能電池產(chǎn)量約占全球太陽能電池總量的12％左右。非晶硅薄膜太陽能電池更少的使用硅材料，成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)，而且近期在轉(zhuǎn)換效率方面也有較大突破：最優(yōu)技術(shù)下的第一、三疊層結(jié)構(gòu)非晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了13％，縮小了與多晶硅電池在轉(zhuǎn)換效率上的差距。因此，在硅材料價(jià)格持續(xù)上漲的背景下，非多晶硅重新得到人們的重視。我們認(rèn)為，非晶硅太陽能電池仍然有著巨大的發(fā)展?jié)摿Γ磥韺⒊蔀樘柲茈姵氐闹匾M成部分之一。
　　（2）非硅太陽能電池非硅太陽能電池包括多元化合物太陽能電池；聚合物多層修飾電極型太陽能電池；納米晶太陽能電池等。多元化合物薄膜太陽能電池主要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅錮硒薄膜電池等。其中，硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高，成本較單晶硅電池低，也可以大規(guī)模生產(chǎn)，但是，金屬鎘有劇毒，會(huì)對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，因此，目前鎘系太陽能電池并不適合大規(guī)模生產(chǎn)。
　　聚合物多層修飾電極型太陽能電池的工作原理是利用不同氧化還原型聚合物的不同氧化還原電勢，在導(dǎo)電材料（電極）表面進(jìn)行多層復(fù)合，制成單向?qū)щ娧b置。這種電池的優(yōu)點(diǎn)是有機(jī)材料柔性好，制作容易，材料來源廣泛，成本低等，但是，其使用壽命和電池效率都不能和無機(jī)材料特別是硅電池相比。因此，聚合物太陽能電池能否發(fā)展成為具有實(shí)用意義的產(chǎn)品，還有待研究。
　　納米TiO2晶體化學(xué)能太陽能電池是目前學(xué)術(shù)界研究的重點(diǎn)方向之一。納米晶TiO2工作原理是：染料分子吸收太陽光能躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，電子快速注入到緊鄰的TiO2導(dǎo)帶，染料中失去的電子則很快從電解質(zhì)中得到補(bǔ)償，進(jìn)入TiO2導(dǎo)帶中的電于最終進(jìn)入導(dǎo)電膜，然后通過外回路產(chǎn)生光電流。納米晶TiO2太陽能電池的優(yōu)點(diǎn)是成本低（制作成本為硅太陽電池的1/5－1/10）、工藝簡單、穩(wěn)定好。但是，其光電效率在10%左右，低于非晶硅電池，而且此類電池的研究和開發(fā)剛剛起步，能否產(chǎn)業(yè)化尚待觀察。