太陽能光伏發電材料發展現狀及前景展望

何恒禮

摘 要：當前，能源比較緊缺，隨著科技的不斷發展，綠色能源發展演變成了全球所關注的一大熱點。太陽能是現階段可以開發的最主要的綠色能源，受到了社會各界的高度重視，太陽能光伏發電也得到了更多的關注。本文簡要分析了太陽能光伏發電含義及其作用，探討了太陽能光伏發電材料發展的實際情況，展望了太陽能光伏發電材料發展的前景，希望以此促進太陽能光伏發電產業可持續發展。

關鍵詞：太陽能光伏；發電材料；發展現狀；前景展望

人們開采的綠色能源最主要的就是太陽能能源，這種能源有著可再生的優勢，并且太陽能光伏發電已經給中國電能產業發展作出了很大的貢獻。資源能源匱乏是全球所面臨的重大問題之一，全球各個國家均在運用現代科學技術大力利用太陽能。以太陽能光伏發電材料的現實情況而言，中國的光伏發電還有很多的不足之處，本研究就太陽能光伏發電材料現狀進行了分析論述，并展望了太陽能光伏發電材料前景。

1 太陽能光伏發電含義及重要作用

1.1含義

太陽能光伏發電實際上就是通過太陽光能轉變為電能供人類使用。太陽能光伏發電是一種非常先進的可再生能源技術，其已經逐步融入社會發展中，同時獲得很好的效果。光伏發電就是采用半導體界面光生伏特效應把太陽光能轉變成電能。在整個設備里面，太陽能電池是最主要的元件，把很多電池串聯在一起進行封裝保護且匹配一個功率控制器就可以構成整個發電裝置。其最大的優點就是能夠在無電的基礎上提供電源和并網發電等。

1.2含義重要作用

太陽能光伏發電對我國的發展可以起到相當重要的作用，中國是一個地大物博的國家，擁有非常豐富的資源，這并不意味著能夠毫無節制地開采以及使用。現階段，能源匱乏是國家面臨的一大問題，同時，國家發展又無法脫離能源。特別是對中國而言，能源耗損量非常大，需要主動且積極探究出一些可再生能源，才能使國家健康穩定地發展。在現代化社會中，中國依舊是以煤炭為主要原料進行電能生產的，其根本原因就是技能水平受限且不具備專業的優秀人才，又受到環境和地理因素影響，依賴可再生能源生產電能無法充分滿足人類各方面使用需求。近期，中國經濟高速增長，為充分滿足各個行業或者領域發展的需求，煤炭資源減少，加速了能源危機。根據相關數據調查發現，太陽能輻射至地面的能量達到了80萬kV，如此一來就給人類開發使用太陽光能提供了極大的可能性，光伏發電僅僅需要0.1%就能夠在每一年生產出5.6Xl09 MWh。因而，采用太陽能光伏發電會成為中國電力領域未來發展的趨勢。

太陽能光伏發電能夠保護環境。大部分城市均會遭到各種惡劣天氣影響，比如大風天或者沙塵暴等，這些惡劣的天氣會威脅到人類身體健康，影響人們正常工作與生活，同時還會導致環境污染問題。可以有效處理的國家與企業少之又少，所以，應當增加對其的關注力度，解決環境污染問題。生產電能的時候，會出現二氧化碳和別的有毒氣體，假設這些氣體排放在空氣里面，就會影響到生態環境，繼而產生溫室效應。而伴隨太陽能光伏發電的出現，采用太陽能光伏發電既能夠緩解環境污染問題，還可以合理使用資源，確保生態環境平衡。

2 太陽能光伏發電材料發展現況分析

太陽能光伏發電材料分為無機與有機光伏發電材料，這兩種材料之間存在著一些差別，并且各自也有著不同的優勢和作用。此次就對這兩種太陽能光伏發電材料的發展現況進行了著重闡述和分析。

2.1無機光伏發電材料

工業生產以及人們生活中最常采用的光伏發電材料就是單晶硅。單晶硅光伏電池生產和加工技術均可以充分滿足大規模生產運用，使用單晶硅微納結構可改進其光電轉換轉型，有很多研究人員系統探索了硅微納結構提升光電轉化率對單晶硅發電材料。還有一些人將單晶硅片表層作為襯底使用金屬輔助催化無電刻蝕方式，制作出大規模的硅納米線陣列。相關結果表明，硅微納結構有著非常好的陷光效應。假設納米線長度是1.6 μm，則具備非常好的光電性能。采用單晶硅材料生產的太陽能光伏器件有著很好的光電轉化功能、運行可靠且使用年限長等優點。可是純度較高的單晶硅對生產設備有很高的要求，且生產加工技術非常復雜，這就造成了單晶硅電池成本高，且無法進行大面積采用。為了充分滿足太陽能光伏需求量以及減少單晶硅光伏電池費用，科學家研發出了多晶硅光伏電池。這種材料的太陽能電池光電轉化率達到了23.5%的突破。和單晶硅材料比較，多晶硅材料太陽能電池晶界與晶粒趨向等原因造成了電池使用年限縮短。非晶硅薄膜電池具備弱光效應，同時具備很高的吸光系數，所以非晶硅薄膜發電量光電轉化率比相同量的多晶硅電池高。可是，在現實運用的過程中，這種材料的光伏電池運行不穩定，且光致減弱，嚴重阻礙了非晶硅材料大面積運用。

2.2有機光伏發電材料

有機光伏發電材料有兩種：有機小分子光伏材料和C60材料。有機小分子類型的光伏材料重量較輕且費用較低、穩定性高且制備便捷，可是這種材料的遷移率不高。提升該種材料的轉化率是探索與分析的重點。研究人員設計且制備了結構是D-π-A-π-D的有機小分子太陽能光伏材料，涵蓋了把苯并噻二唑為吸電子單元BT系列。以及以dfBTA為吸電子單元BTAO與BTAH系列，這些均是將TPA當成供電子單元的。而π鍵是由CN，T，E，S所組成，即氰基乙烯基、碳碳三鍵、雙鍵、單鍵，得到了很高的光電轉化率。其次，C60材料結構讓其具備了14 nm電子擴散距離，這種電學特性讓電荷傳輸更加便捷，并且還能提升電荷收集率。因此和別的有機光伏材料相比，這種材料的電荷引出效率是很高的。和硅系以及無機化合物材料比較，聚合物太陽能電池由于其重量輕且工藝設備尤其簡單、費用低等優勢，被科學研究人員以及工業生產所注意到。近期，富勒烯類聚合物電池光電轉換率達到了10%的突破，特別是PCBM為代表的富勒烯類電子材料。一部分研究人士采用溶劑揮發方式制備了各種納米線，探索結果顯示，在太陽光照情況下，這部分C60衍生物納米材料有著非常好的轉化率，穩定性以及延展性均很好。

3 太陽能光伏發電前景展望

太陽能光伏發電和以往的發電系統比較而言，有著更加明顯的優勢，比如，太陽能光伏發電的安全性很高；對于空氣與環境的污染非常小；能源材料豐富；所使用的資源不會受到任何地區的限制和影響等。這些都說明太陽能光伏發電有著良好的應用前景。

太陽能光伏發電材料發展同樣是太陽能光伏發電事業的發展，光伏發電材料是一種不可缺少的生產基礎，假設可以得到一定的突破有效提升生產力。新一代太陽能光伏發電材料不但可以節省生產成本，還可以提升轉化率，非常適合使用在現代太陽能光伏發電產業中。比如，石墨烯太陽能光伏發電材料，其特有的單原子結構有非常好的導電功能，柔韌性好且有很高的熱導率，是具備良好發展的新型太陽能光伏發電材料。再比如，鈣鈦礦太陽能光伏發電材料，這種材料不但具備非常好的吸光性能與高效的電荷傳輸效率，與此同時還可以經過不一樣的結構提高其光電轉換率。鈣鈦礦光伏發電材料因為自身將近50%的光電轉化率引起了很多學術界人士以及生產廠家們的注意，這種材料涵蓋了鈣鈦礦吸光與電子傳輸、空穴傳輸3種類型的材料。以往使用的均是帶硅的材料與薄硅材料，因為材料本身具有一定的局限性，生產力較低，而新型光伏發電材料產量可以得到大大提升。不但能夠提升產量，同時還可以有效降低環境污染，減少材料浪費，促進太陽能光伏產業發展。

太陽能光伏發電技術的發展可以帶動生產力發展，持續促進光伏發電材料優化升級，光伏發電發展能力也會逐步提升。太陽能光伏發電系統同樣在持續構建的過程中，中國的光伏發電產量大部分遠銷海外，對中國本身的造詣很小。因為我們還沒有掌握到光伏發電的關鍵技術，因而在生產上很被動。所以，要發展為太陽能光伏發電大國，進而給國家發展帶來好處，就需要做到這些：（1）持續研究新技術，脫離外國關鍵技術的控制；（2）增大國內消費市場，必須要有國家的大力扶持；（3）構建完整的太陽能光網體系，給中國太陽能光伏發電創造良好的生產條件；（4）優化設備，減少環境污染。

4 結語

由于現代化信息科學技術的不斷發展，科學技術水平得到了大幅度的提升，對太陽能綠色能源的開采給予了一定的技術支撐。中國是太陽能光伏發電的國家之一，必須要做好太陽能光伏發電產業，給予大力支持。就如今中國太陽能發電情況而言，倘若能夠持續研究和發展太陽能光伏發電產業，則中國的太陽能資源利用就不會演變成一個問題，并且太陽能光伏發電產業發展前景也將一片光明。

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