光伏发电中的热载体太阳电池技术的发展现状

在科技的发展道路上，离不开能源的助力，特别是再科技飞速发展的今天，而地球上的能源有限，就需要科研人员不断开发新能源，这就再当下最需要研发太阳能的使用。

太阳能电池按形态可分为刚性太阳能电池和柔性太阳能电池;按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形;按材料可分为硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机膜形;根据所用材料的不同，还可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池。其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。

来自美国橡树岭国家实验室和田纳西大学的一个研究小组声称，他们已经研发出一种可令传播热的声波变慢的工艺，这种工艺有助于提高热载体太阳能电池的效率。

目前，太阳能技术发展大致为三个阶段：第一代太阳能电池主要指单晶硅和多晶硅太阳能电池，其在实验室的光电转换效率已经分别达到25%和20.4%;第二代太阳能电池主要包括非晶硅薄膜电池和多晶硅薄膜电池;第三代太阳能电池主要指具有高转换效率的一些新概念电池, 如染料敏化电池、量子点电池以及有机太阳能电池、钙钛矿型太阳能电池等。

与传统太阳能电池相比，热载体太阳能电池能更有效的将太阳光转化为电能，可在光生载流子的能量转化为热能之前对其加以利用。

其中，钙钛矿型太阳能电池(perovskite solar cells)是第三代太阳能电池里面的佼佼者，它是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池。钙钛矿作为一种人工合成材料，迄今为止已被证明是最有前途的，现在已经成功打破了玻璃天花板的效率。

二维太阳能材料可以提供一种从阳光中提取更多能量的方法。通过调整2D钙钛矿太阳能材料的结构，来自KAUST和佐治亚理工学院的研究人员表明，它们可以延长光撞击材料产生的高能热载流子的寿命。该方法可以提供一种更有效地捕获太阳能的方法。

研究人员解释称，当阳光照射在太阳能电池的吸收材料上时，光子会在吸收材料上产生电荷载体电子和孔。在失去能量之前，热载体太阳能电池可以迅速将电荷载体的能量转化为电力。热载体太阳能电池的效率可以达到传统太阳能电池的两倍，然而，热损失是热载体太阳能电池面临的障碍。

单晶硅太阳能电池的结构主要包括正面梳状电极、减反射膜、N型层、PN结、P型层、背面电极等。单晶硅太阳能电池广泛用于空间和地面，这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料。将单晶硅棒切成片，经过一系列的半导体工艺形成PN结。然后采用丝网印刷法做成栅线，经过烧结工艺制成背电极，单晶硅太阳能电池的单体片就制成了。单体片即可按所需要的规格用串联和并联的方法组装成太阳能电池组件(太阳能电池板)，构成一定的输出电压和电流。最后用框架进行封装，将太阳能电池组件组成各种大小不同的太阳能电池阵列。

热载流子的形成是由于太阳光的能量范围很广，从低能谱的红外线和红光到高能谱的紫色和紫外线。

当入射光将电子撞击成激发态时，太阳能电池板会捕获能量，但是即使是红光也会将电子激发成导电带。较高能量的光可以产生超激发的热载流子，但它们散发出的多余能量要比传统的太阳能材料捕获它们快得多。

研究人员改变了光伏材料中的氢原子质量以控制热传输和电荷载体冷却时间。这种增加电荷载体寿命的工艺是提高热载体太阳能电池功率转换效率的新策略。

多晶硅薄膜太阳电池是将多晶硅薄膜生长在低成本的衬底材料上，用相对薄的晶体硅层作为太阳电池的激活层，不仅保持了晶体硅太阳电池的高性能和稳定性，而且材料的用量大幅度下降，明显地降低了电池成本。多晶硅薄膜太阳电池的工作原理与其它太阳电池一样，是基于太阳光与半导体材料的作用而形成光伏效应。

相信再过几年到几十年，当人类利用太阳能的技术很成熟的时候，这样就有了无穷尽的能源供给社会的使用，再当下就需要研究者更加努力研究新技术。