(II) 薄膜材料 :薄膜化是降低电池成本的有效手段。这些材料的研究是和电池同步进行的。目前发展的薄膜电池主要有:硅基薄膜电池，多元化合物薄膜电池，光电化学电池 ，比如:染料敏化太阳电池，有机薄膜电池等。硅薄膜电池是这其中最成功的薄膜电池。最初采用的是 a-Si:H 材料，但与体硅相 比a-Si:H 电池效率较低。而且， a-Si:H 材料微结构的亚稳态属性决定了其具有光致不稳定性 ，即 S-W 效应。为了克服这种负面效应，发展了 nc-Si ， μ c-Si 和 poly-Si 薄膜电池以及多叠层电池 。 如何高速生长均匀稳定的晶化硅薄膜成为国际上研究的热点和难点 。 此外 ， 为了实现带隙调节，还往里引入了碳组分或者锗组分。目前，初始效率达到 15% 以上的高效硅薄膜电池就是 a-Si/a-SiGe/a-SiGe 三叠层电池。在材料研究方面，硅基薄膜材料引入的界面缺陷会限制性能的提高，成为需要解决的重点问题。此外，研究气源分解、淀积、成膜机制 ，提高气源利用率是急待解决的重要方向。

多元化合物薄膜太阳电池主要包括砷化镓等 Ⅲ - Ⅴ 族化合物 、 硫化镉 、 碲化镉及铜铟镓硒( CIGS )系薄膜电池等。比如 GaAs 能量转换效率通常都比较高，但由于这种高效电池采用 MOCVD 外延工艺制造，成本高，主要用在聚光系统中。人们一直致力于解决各种不同组分层之间的晶格匹配及热力学匹配等问题 。 并已经取得很大进展 ， 小面积多结 GaAs 电池的效率已超过 40% 。目前碲化镉系电池实验室效率达到 16% 以上，但如果作为大规模生产与应用的光伏器件，则必须考虑环境污染问题。铜铟镓硒( CIGS )是极具潜力的制备低成本电池的薄膜材料 ， 其能量转换效率 、 使用寿命和抗辐射性能力均超过当今多晶及非晶薄膜太阳电池研究的最高纪录。如何提高光伏材料性能和稳定性是 CIGS 研究的重点;另外 ，将其推向大规模生产应用的光伏市场 ， 还必须要深入研究贵金属铟的供给是否会发生短缺等问题。光电化学电池面临的问题是对太阳光吸收大的窄带半导体在电解液中稳定性差 。 解决这个问题的一种有效途径是染料敏化太阳电池( DSSC )，利用可以有效吸收太阳光的染料来对宽带隙的氧化物半导体进行敏化 。 1991 年瑞士洛桑高等工业学院 Gratzel 教授等首次将纳米晶多孔 TiO2 膜作半导体电极引入染料敏化电极中，在 AM1.5 条件下的光电转换率可达 7.1% 。由于染料敏化太阳电池制作工艺简单，成本低廉，引起了各国科研工作者的广泛关注，但这种电池的效率和稳定性仍然需要进一步提高。有机物太阳电池生产成本极低 ， 容易制作 ， 材料来源广泛 ， 同时具有柔性 ， 可以大大拓宽太阳电池的应用范围 。 在材料研究方面 ， 主要是改善有机材料对太阳光谱的吸收 、 调节吸收材料的带隙 、 同时提高其载流子迁移率 。 如何获得低 HOMO 能级的窄带隙有机材料是一大难题 。

 

目前 ， 有机太阳电池的实验室效率已经达到了 6% 以上 。 提高效率和稳定性是以后的研究重点。需要进一步开发高性能的光电新材料，以及电池新结构。除此之外，光伏材料的研究还包括氧化物体系，比如 Cu2O ， ZnO 等;无机纳米晶材料 ， 比如 CdTe 纳米晶等 ; 以及有机无机杂化材料等 。 在这些材料的制备和性能改进方面都有进展，但仍然都不成熟。

(III) 低维纳米材料:纳米微结构材料的晶粒尺寸与载流子的散射长度是同数量级的 ，散射速率减小 ， 增长了载流子的收集效率 ; 微结构可以调节能带结构 ， 控制微结构尺寸可以吸收特定能量范围的光子 ; 利用纳米微结构开发叠层电池 ， 可以实现对太阳光谱的全谱吸收 ;量子阱超晶格中的微带效应 ， 可大大提高光电转换效率 ; 低维材料热载流子辐射收集时间比能量弛豫时间短 ， 可以以此开发热载流子电池 ; 量子点阵列的量子隧道效应 ， 可以避免很多材料性能对载流子输运产生的限制，抑制载流子复合，提高载流子输运效率。正因如此 ， 低维纳米材料 ， 特别是量子点材料被认为可以用来开发超高效太阳电池 。 特别是 ， 上面提高 的MEG 效应，更是指出了量子点材料在高效太阳电池制备中的巨大潜力。但是，这方面的研究仍然属于前沿技术 ， 尽管近年来已经成为了研究热点 ， 但还没有真正开发出具有实用价值的器件。

作者：纳米能源 来源：快资讯 责任编辑：jianping