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太陽能電池，英文名Solar Cell，是光伏發電的能量轉換器，本質上是在太陽光照射下的“二極管”，能量轉換的基礎是半導體PN結的光生伏特效應。光生伏特效應于1839年由法國物理學家A.E.Becquerel發現，第一個光伏電池由美國科學家 CharlesFritts 于1883年制造成功。

當陽光照射到“二極管”PN 結上時，在半導體內產生了光生電子空穴對。這些光生電子和空穴遷移到 PN 結的兩端并在邊界上累積起來，由此形成光生電場及電動勢( 光生伏特效應)，這就是太陽能電池的原理。根據所用材料的不同，太陽能電池可分為:硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電池和有機太陽能電池等。太陽能電池組件通常由太陽能電池單元、表面罩、背面罩、填充材料以及框架組成。

太陽能電池的應用遍及民用、軍用、航空航天等諸多領域，發展目標是提高光電轉換效率，降低生產成本。中國在太陽能光伏技術領域已經取得了突破，并在部分關鍵核心技術領域實現了全球領先。“雙碳”理念的背景下，太陽能電池光伏產業將發揮市場牽引的優勢，突出政府在政策、資金等方面的作用，在進一步完善產業結構體系的同時，實現產業的健康發展。

歷史發展

1839 年，當時的法國物理學家 Alexander-Edmond Becquerel 觀察到把光線照到導電溶液內，會產生電流和太陽能光伏特效應。但直到 1883 年，第一個太陽能電池才由美國科學家 CharlesFritts 制造出來，他在半導體材料上涂上一層微薄的金，形成了一個簡單的電池。這個太陽電池僅有 1% 的能量轉換效率。1927 年科學家利用金屬銅及半導體氧化銅制造出太陽電池。到 1930 年，硒電池及氧化銅已經應用到一些對光線敏感的儀器上，如光度計。1946年第一塊硅太陽電池由美國 Russell Ohl 開發出來。1954 年貝爾實驗室開發出轉換效率達到 6%的硅太陽電池，并應用到第一顆人造衛星上。

1876 年，亞當斯等在金屬和硒片上發現固態光伏效應。

1883 年，制成第一個“硒光電池”，用作敏感器件。

1893 年，法國科學家貝克勒爾發現“光生伏打效應”，即“光伏效應”。

1930 年，肖特基提出 Cu2O 勢的“光伏效應”理論。同年，朗格首次提出用“光伏效應制造“太陽能電池”，使太陽能變成電能。

1931 年，布魯諾將銅化合物和硒銀電極浸人電解液在陽光下啟動了一個電動機。

1932 年，奧杜博特和斯托拉制成第一塊“硫化”太陽能電池。

1941 年，奧爾在硅上發現光伏效應。

1954 年，恰賓和皮爾松在美國貝爾實驗室，首次制成了實用的單品硅太陽能電池，光電轉換效率為 6%。同年，韋克爾首次發現了化有太陽能光伏效應，并在玻璃上沉積硫化鍋薄膜，制成了第一塊薄膜太陽能電池。

1955 年，吉尼和羅非斯基進行材料的光電轉換效率優化設計。同年，第一個光電航標燈問世。美國 RCA研究砷化太陽能電池。

1957 年硅太陽能電池轉換效率達8%。

1958 年，太陽能電池首次在空間應用，裝備美國先鋒1 號衛星電源。

1959 年第一個多晶硅太陽能電池問世，轉換效率達5%。

1960 年，硅太陽能電池首次實現并網運行。

1962年確化驚太陽能電池轉換效率達13%。

1969 年，薄膜硫化太陽能電池轉換效率達8%。

1972年羅非斯基研制出紫光電池，轉換效率達16%。

1972 年，美國宇航公司背場電池問世。

1973年砷化家太陽能電池轉換效率達15%。

1974 年COMSAT 研究所提出無反射絨面電池硅太陽能電池轉換效率達18%。

1975 年，非晶硅太陽能電池問世。同年，帶硅電池轉換效率達 6%~9%。

1976年，多晶硅太陽能電池轉換效率達10%。

1978年美國建成100 kWp 太陽能地面光伏電站。

1980 年單品硅太陽能電池轉換效率達 20%砷化電池達 225%多品硅電池達14.5%硫化鍋電池達9.15%。

1983 年，美國建成1 MWp 光伏電站，冶金硅(外延)電池效率達 11.8%。

1986 年，美國建成65MWp 光伏電站。

1990 年，德國提出“2 000 個光伏屋頂計劃”每個家庭的屋頂裝 3 ~5 kWp 光伏電池1995 年高效聚光砷化太陽能電效率達 32%。

1997 年，美國提出“克林頓總統百萬太陽能屋頂計劃”，為 100 萬戶每戶安裝 3 ~5 kWp 光伏電池。有太陽時，太陽能光伏屋頂向電網供電，電表反轉；無太陽時，電網向家庭供電，電表正轉。家庭只需交“凈電費”。1997 年，日本“新陽光計劃”生產43 億 Wp 光伏電池。1997 年，歐盟計劃生產37 億 Wp 光伏電池。

1998 年，單晶硅光伏電池效率達 25%。

太陽能電池的發展歷史呈現出一定的階段性特征，大致可以分為下面幾個階段:

(1)第一階段(1954一1973)

1954 年恰賓和皮爾松在美國貝爾實驗室，首次制成了實用的單晶太陽能電池，轉換效率為6%。同年，韋克爾首次發現了砷化有太陽能光伏效應，并在玻璃上沉積硫化薄膜，制成了第塊薄膜太陽能電池。太陽能電池開始了緩慢的發展。

(2) 第二階段(1973-1980)

1973 年 10 月爆發中東戰爭，引起了第一次石油危機，從而使許多國家，尤其是工業發達國家，加強了對太陽能及其他可再生能源技術發展的支持，在世界上再次興起了開發利用太陽能的熱潮。1973 年，美國制訂了政府級陽光發電計劃，太陽能研究經費大幅度增長，并且成立太陽能政策性銀行，促進太陽能產品的商業化。1978 年美國建成 100 kWp 太陽能地面光伏電站。日本在 1974 年公布了政府制訂的“陽光計劃”，其中太陽能的研究開發項目有: 太陽能房、工業太陽能系統、太陽能熱發電、太陽能電池生產系統、分散型和大型太陽能光伏等。為實施這一計劃，日本政府投入了大量人力、物力和財力。至 1980 年，單晶硅太陽能電池轉換效率達20%，砷化鑲電池達 22.5%，多晶硅電池達 14.5%硫化電池達9.15%。

(3) 第三階段( 1980一1992)

進入 20 世紀 80 年代世界石油價格大幅度回落，而太陽能產品價格居高不下，缺乏競爭力；太陽能光伏技術沒有重大突破，提高效率和降低成本的目標沒有實現，以致動搖了一些人開發利用太陽能的信心；核電發展較快，對太陽能光伏的發展產生了一定的抑制作用。在這個時期，太陽能利用進入了低谷，世界上許多國家相繼大幅度削減太陽能光伏研究經費，其中美國最為突出。

(4)第四階段(1992-2000)

由于大量燃燒礦物化石能源，造成了全球性的環境污染和生態破壞，對人類的生存和發展構成威脅。在這樣的背景下，1992 年聯合國在巴西召開“世界環境與發展大會”，會議通過了里約熱內盧環境與發展宣言》《21 世紀議》和聯合國氣候變化框架公約》等一系列重要文件，把環境與發展納入統一的框架，確立了可持續發展的模式。這次會議之后，世界各國加強了清潔能源技術的開發，將利用太陽能與環境保護結合在一起，國際太陽能領域的合作更加活躍，規模擴大，使世界太陽能光伏技術進入了一個新的發展時期。

此期間的標志性事件主要有:1993 年，本重新制訂“陽光計劃”；1997 年，美國提出“克林頓總統百萬太陽屋頂計劃”。至1998 年，單晶硅光伏電池轉換效率達 24.7%。

(5) 第五階段( 2000 年至今)

進人21 世紀，原油價格也進入了瘋狂上漲的階段，從2000 年的不足30 美元/桶，暴漲到2008 年 7月的接近 150 美元/桶，這讓世界各國再次意識到不可再生能源的稀缺性，加強了人們發展新能源的欲望。此階段，世界各國為大力發展太陽能產業，采取了各種政策和措施，如歐盟制訂了“百萬屋頂太陽能計劃”，德國制訂了“十萬屋頂太陽能計劃”，日本推出了“新陽光計劃”，加利福尼亞州推出了“百萬太陽能屋頂法案”。受益于太陽能發電需求的猛烈增長，中國由前幾年的無名小卒到 2007 年一躍成為世界第一太陽能電池生產大國。在光伏電池轉換效率方面，多晶硅太陽能電池實驗最高轉換效率達到了20.3%。至2007 年Spectrola 最新研制的GaAs 多結聚光太陽能電池，轉換效率達 40.7%。我國在 2009 年 3 月，財政部住房和城鄉建設部聯合發布了《關于加快推進太陽能光電建筑應用的實施意見》與《太陽能光電建筑應用財政補助資金管理暫行辦法》，對符合條件的太陽能光電建筑應用示范項目給予相應的補貼。

中國作為世界太陽能光伏產業發展增速最快的國家擁有世界最大的太陽能光伏產業規模，據統計，截至 2020 年中國光伏市場累計裝機量為 253GW，2020 年新增裝機量為 48.2GW，同比增長 60%。2020 年中國光伏發電量為 2605 kW·h，同比增長16.2%，占總發電量 3.5%。

原理及構造

原理

太陽能的發電方式可分為光-熱-電轉換和數碼管直接轉換，我們平時看到的太陽能電池都屬于光-電直接轉換類型，本詞條以介紹光-電直接轉換類型的太陽能電池為主。

光-熱-電轉換

利用太陽輻射產生的熱能發電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換成工質(蒸汽)的勢能和動能，再驅動汽輪機發電。前一個過程是光熱轉換過程；后一個過程是熱-電轉換過程，與普通的火力發電一樣。太陽能熱發電的缺點是效率很低而成本很高，其投資估計至少要比普通火電站高 5~10倍。一座1 000 MW的太陽能熱電站需要投資 20~25 億美元，平均每千瓦的投資為2000~2500 美元。因此，目前只能小規模地應用于特殊的場合，而大規模利用在經濟上很不合算，還不能與普通的火電站或核電站相競爭。

光-電直接轉換

當光照射在半導體上時，不純物中的電子被激勵，由于帶間激勵，價電子帶的電子被傳導帶激勵而產生自由載流子，從而導致電氣傳導度增加的現象(Photo-Conductive Effect)這種現象稱為光傳導現象。

圖2.1為用能量帶圖表示的帶間激勵引起的光傳導現象的示意圖。當大于禁止帶寬eg的能量的光( hw≥ eg)照射在半導體上時，由于帶間遷移作用，價電子帶中的電子被激勵，而產生電子-空穴對，使電氣傳導度增加。

但是，當如圖2.2 所示的半導體中的內部電場 E 存在時，半導體受到光照射時便產生電子-空穴對，由光所產生的電子在傳導帶中的電場的作用下向右側運動，而價電子中的空穴則向左側運動，由于產生電荷載流子的分極作用半導體的兩側產生電壓，這種現象稱為光電導效應(光伏產業 Effect)。

圖2.3 為單晶硅太陽電池的結構。實際的太陽電池是在 P型硅的周圍用擴散的方法形成較薄的 N 型層，并帶有電極。

圖2.4為單品硅太陽電池受到光照射時產生載流子的情況。此圖為 PN 結的放大圖。當光照射時，由于內部電場的作用在結合部附近產生載流子。圖中：

Ln:電子的擴散距離；Lp:正孔的擴散距離；d:接合深度；W:遷移區。

圖2.5為用能量帶圖表示的載流子分極的情況。由圖可知，光照射而產生的電子-空穴對由于遷移區內部電場的作用而左右漂移，在兩端的電極聚集而產生光電壓 Vph，當太陽電池與負載連接時，P型硅的正孔，N 型硅的電子流向負載便形成光電流 Iph。

構造

光-電直接轉換太陽電池的構造多種多樣，一般的如圖2.3和圖2.6 所示。現在多使用由 P型半導體與 N型半導體組合而成的 PN 結型太陽電池。主要由 P型、N 型半導體、電極、反射防止膜等構成。

對于由兩種不同的硅半導體（N 型與P型）結合而成的太陽電池，當太陽光照射時，太陽的光能被太陽電池吸收，產生陽離子( +)(正孔)和陰離子(-)(電子)。正離子向 P型半導體集結，而負離子向 N 型半導體集結，當在太陽電池的表面和背后的電極之間接上負載時，便有電流流過。

特性與參數

太陽電池的特性一般包括太陽電池的輸入輸出特性、分光特性照度特性以及溫度特性。

太陽能電池的輸入、輸出特性

太陽能電池的種類較多，大小不一。太陽能電池到底有多大的能力將太陽的光能轉換成電能，從以下的特性可以知道:

圖3.1所示為太陽能電池的輸人、輸出特性，也稱為太陽能電池的電壓一電流特性。圖中的實線為太陽能電池被光照射時的電壓一電流特性，虛線為太陽能電池未被光照射時的電壓一電流特性。

由太陽能電池的電流電壓特性，可得到相應的 IV 曲線。在該曲線中，包含著一系列相關的電學基本特征參數，主要有短路電流、開路電壓、填充因子、轉換效率等。

短路電流

當將太陽能電池的正負極短路即電池電壓V=0 時，此時的電流就稱為太陽能電池的短路電流，記為l。短路電流的單位是安培(A)，短路電流隨著光強的變化而變化。短路電流源于光生載流子的產生和收集。對于電阻阻抗最小的理想太陽能電池來說，短路電流就等于光生電流。因此短路電流是電池能輸出的最大電流，如圖3.2所示。

開路電壓

當太陽能電池的正負極不接負載，即I=0 時，太陽能電池正負極間的電壓就叫做開路電壓，通常表示為V。開路電壓的單位是伏特 (V)。單片太陽能電池的開路電壓不隨電池片面積的增減而變化，一般為 0.5~0.7V。開路電是太陽能電池能輸出的最大電壓此時輸出電流為零。開路電壓的大小相當于光生電流在電池兩邊加的正向偏壓。開路電壓如圖3.2伏安曲線所示。

填充因子

太陽能電池的另一個重要參數是填充因子 (FF)，也叫曲線因子，它是指太陽能電池的最大輸出功率與開路電壓和短路電流乘積的比值。

FF是衡量太陽能電池輸出特性的重要指標，代表太陽能電池在帶最佳負載時能輸出的最大功率的特性，其值越大表示太陽能電池的輸出功率越大。實際上，由于受串聯電陽和并聯電阻的影響，實際太陽能電池填充因子的值要低于上式所給出的理想值。串、并聯電阻對填充因子有較大影響。串聯電阻越大，短路電流下降越多，填充因子也隨之減少得越多:并聯電阻越小，這部分電流就越大，開路電壓就下降得越多，填充因子隨之也下降得越多。

轉換效率

太陽能電池的轉換效率指在外部回路上連接最佳負載電阻時的最大能量轉換效率，等于太陽能電池受光照時的最大輸出功率與照射到電池上的太陽能量功率的比值。

太陽能電池的光電轉換效率是衡量電池質量和技術水平的重要參數，它與電池的結構、結特性、材料性質、入射光的光譜和光強、工作溫度、放射性粒子輻射損傷和環境變化等有關。所以，在比較兩塊電池的性能時，必須嚴格控制其所處的環境。

最大輸出功率

太陽能光伏電池的工作電壓和電流是隨負載電阻而變化的，將不同阻值所對應的工作電壓和電流值做成曲線就得到太陽能電池的伏安特性曲線。如果選擇的負載電阻值能使輸出電壓和電流的乘積最大，即可獲得最大輸出功率，用符號Pm表示。此時的工作電壓和工作電流稱為最佳工作電壓和最佳工作電流，分別用符號Um和Im表示。

太陽能電池的分光感度特性

對于太陽能電池來說，不同的光照射時所產生的電能是不同的。例如，紅色的光轉換生成的電能與藍色的光轉換生成的電能是不一樣的。一般將光的顏色(波長)與所轉換生成的電能的關系，用分光感度特性來表示。

太陽能電池的分光感度特性如圖3.3 所示。由圖可見，不同的太陽能電池對于光的感度是不一樣的，在使用太陽能電池時應特別予以重視。圖3.4所示為熒光燈的放射頻譜與 AM-15太陽能電池的分光感度特性，熒光燈的放射頻譜與非晶硅太陽能電池的分光感度特性非常一致。由于非晶硅太陽能電池在熒光燈下具有優良的特性，因此在熒光燈下(室內)使用的太陽能電池以非晶硅太陽能電池較為合適。

太陽能電池的照度特性

太陽能電池的轉換效率隨照度（光的強度）而變化。圖3.5所示為在熒光燈照度下，CSi 太陽能電池以及 -Si 太陽能電池的電流、電壓特性(輸出特性)。V。(開路電壓)I(短路電流)以及 Px(最大輸出功率)的照度特性如圖 3.5所示。由圖可知:

另外，曲線因子 FF 幾乎不受照度的影響，基本保持一定。太陽光下的照度特性如圖 3.6 所示。可見，由于光的強度不同，太陽能電池的轉換效率也不同。

太陽能電池的溫度特性

太陽能電池的轉換效率隨溫度的變化而變化如圖3.7 所示，太陽能電池隨溫度的增加，輸出電流增大，溫度再上升時，輸出電壓減少轉換效率變低。由于溫度上升導致太陽能電池的發電功率下降，因此有時需要用通風的方法來降低太陽能電池板的溫度，以便提高太陽能電池的轉換效率，使輸出功率增加。太陽能電池的溫度特性一般用溫度系數來表示。溫度系數小，說明即使溫度變化較快，其發電功率變化也小。

分類

太陽能電池多為半導體材料制造，發展到今天，已經有不下于 10種制備技術。國內對于太陽電池的種類有相當一部分人認識比較含糊。最重要的是要弄清楚分類標準，分類標準不同，分類情況也不同。但最常見的分類即為按照太陽電池的PN結結構和太陽電池制作材料的不同分類。

按照PN結結構的不同分類

同質結太陽能電池

由同種半導體材料制備的p-n結或者濃度的梯度結稱為同質結。用同質結制備的太陽電池稱為同質結太陽能電池，如單晶硅、多晶硅太陽能電池、砷化太陽能電池等。

異質結太陽能電池

禁帶寬度不相同的半導體材料，在相互接觸的面上制備成異質結的太陽能電池稱為異質結太陽能電池。如硫化亞銅/硫化鎘太陽能電池等如果這兩種制備材料晶界面處的晶格匹配度高則稱為異質面太陽能電池，比如砷化鎵/砷化鋁鎵異質面太陽能電池。

肖特基結電池

半導體和金屬的接觸面也可以形成一個“肖特基勢壘”的太陽能電池，也稱為 MS 電池。比如硅/鉑肖特基結太陽能電池。后來由改進成為半導體氧化物-金屬太陽能電池。

光電化學電池

用浸于電解質中的半導體構成的電池，又稱為液結電池。

按照所用材料的不同

太陽能電池可分為:硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電池和有機太陽能電池等，其中硅太陽能電池是目前發展最成熟的，在應用中居主導地位。

硅太陽能電池

硅太陽能電池又分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池三種。

單晶硅太陽能電池

硅系列太陽能電池中，單晶硅太陽能電池轉換效率最高，技術也最為成熟。高性能單晶硅電池是建立在高質量單晶硅材料和相關的成熟的加工處理工藝基礎上的。現在，單晶硅的電池工藝一般都采用表面結構化、發射區鈍化、分區摻雜等技術，開發的電池主要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電極單晶硅電池。光電的轉化效率主要取決于單晶硅表面微結構處理和分區摻雜工藝。單晶硅太陽能電池轉換效率無疑是最高的，在實驗室里最高的轉換效率為24.7%，規模生產時的效率為15%。在大規模應用和工業生產中單晶硅太陽能電池仍占據主導地位，但由于受單晶硅材料價格及繁瑣的電池工藝影響，致使單晶硅太陽能電池成本價格居高不下。

多晶硅薄膜太陽能電池

為了節省高質量材料，薄膜太陽能電池就成了單晶硅電池的替代產品，其中多晶硅薄膜太陽能電池和非晶體硅薄膜太陽能電池就是典型代表。實驗室的最高轉換效率為 18%，工業規模生產的轉換效率為 10%。

通常的晶體硅太陽能電池是在厚度 350一450pm的高質量硅片上制成的，這種硅片從提拉或澆鑄的硅錠上鋸割而成，因此實際消耗的硅材料更多。為了節省材料，從 20 世紀 70 年代中期就開始在廉價襯底上沉積多晶硅薄膜，但由于生長的硅膜晶粒太小，未能制成有價值的太陽能電池。目前制備多晶硅薄膜電池多采用化學氣相沉積法，包括低壓化學氣相沉積(LPCVD)和等離子增強化學氣相沉積(PECVD)工藝。此外，液相外延法(LPPE)和濺射沉積法也可用來制備多晶硅薄膜電池。

多晶硅薄膜電池由于所使用的硅材料遠較單晶硅少，又無效率衰退問題，并且有可能在廉價村底材料上制成，其成本遠低于單晶硅電池，而效率高于非晶體硅薄膜電池。

非晶體硅薄膜太陽能電池

由于非晶體硅薄膜太陽能電池的成本低，便于大規模生產，普遍受到人們的重視并得到迅速發展。早在20世紀70年代初Carlson 等就已經開始了對非晶體硅電池的研制工作，目前世界上已有許多公司生產這種產品。非晶體硅作為太陽能電池材料盡管是一種很好的材料，但由于其光學帶隙為1.7 eV，使得材料本身對太陽輻射光譜的長波區域不敏感，這就限制了非晶體硅太陽能電池的轉換效率。此外，其光電效率會隨著光照時間的延續而衰減，即所謂的光致衰退SW效應，使得電池性能不穩定。解決這些問題的途徑就是制備疊層太陽能電池，疊層太陽能電池是在制備的 p-i-n 層單結太陽能電池上再沉積一個或多個 p-i-n子電池制得的。

非晶硅薄膜太陽能電池的制備方法有很多，其中包括反應濺射法PECVD 法LPCVD 法等反應原料氣體為 H2稀釋的 SiH4，襯底主要為玻璃及不銹鋼片，制成的非晶體硅薄膜經過不同的電池工藝過程可分別制得單結電池和疊層太陽能電池。

非晶硅太陽能電池由于具有成本低、重量輕、轉換效率較高和便于大規模生產等而有極大的發展潛力。但受制于其材料引發的光電效率衰退效應，穩定性不高，直接影響了它的實際應用。

多元化合物薄膜太陽能電池

多元化合物薄膜太陽能電池材料為無機鹽，主要有砷化 III-V 族化合物電池、硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池和銅硒薄膜電池。

硫化鍋、確化鍋多晶薄膜電池

硫化鎘、化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶體硅薄膜太陽能電池效率高，成本較單晶硅電池低，也易于大規模生產。但由于鎘有劇毒，會對環境造成嚴重的污染，因此并不是晶體硅太陽能電池最理想的替代產品。

砷化鎵(GaAs)Ⅲ-V化合物電池

GaAs屬于III-V族化合物半導體材料，其能降為1.4 eV，正好為高吸收率太陽光的值，具有十分理想的光學帶隙以及較高的吸收效率，抗輻照能力強，對熱不敏感，轉換效率可達 28%，適合于制造高效單結電池。但是 GaAs 材料的價格不菲，因而在很大程度上限制了 GaAs 電池的普及。GaAs等III-V 化合物薄膜電池的制備主要采用MOVPE和LPE 技術，其中MOVPE方法制備GaAs薄膜電池受襯底位錯、反應壓力、III-V 比率、總流量等諸多參數的影響。除 GaAs 外，其他III-V族化合物如GaSb、GalnP 等電池材料也得到了開發。1998 年德國費萊堡太陽能系統研究所制得的 GaAs 太陽能電池轉換效率為24.2%。首次制備的 GaInP 電池轉換效率為 14.7%。另外，該研究所還采用堆疊結構制備GaAs/GaSb 電池，該電池是將兩個獨立的電池堆疊在一起，GaAs 作為上電池，下電池用的是GaSb，所得到的電池效率達到 31.1%。

銅銦硒薄膜電池

銅鋼硒薄膜電池(簡稱 CIS)材料的能降為1.1eV，適于太陽光的光電轉換。另外，CIS 薄膜太陽能電池不存在光致衰退問題，因此，CIS 用作高轉換效率薄膜太陽能電池材料也引起了人們的注意。CIS 電池薄膜的制備主要有真空蒸鍍法和硒化法。真空蒸鍍法是采用各自的蒸發源蒸鍍銅、銦和硒，硒化法是使用 H2Se 疊層膜硒化，但該法難以得到組成均的 CIS。CIS 作為太陽能電池的半導體材料，具有價格低廉、性能良好和工藝簡單等優點，將成為今后太陽能電池發展的一個重要方向，唯一的是材料的來源問題，由于鋼和硒都是比較稀有的元素，因此，這類電池的發展必然受到限制。

聚合物多層修飾電極型太陽能電池

以有機聚合物代替無機化合物材料是剛剛開始的一個太陽能電池制造的研究方向。由于有機材料柔性好、制作容易、材料來源廣泛和成本低等優勢，從而對大規模利用太陽能有重要意義。但以有機材料制備太陽能電池的研究剛開始，不論是使用壽命，還是電池效率都不能和無機材料，特別是硅電池相比，能否發展成為具有實用意義的產品，還有待于進一步研究探索。

納米晶太陽能電池

納米 TiO2晶體化學能太陽能電池是新近發展的，優點在于其廉價的成本、簡單的工藝及穩定的性能，其光電效率穩定在 10%以上，制作成本僅為硅太陽電池的 1/5~1/10，壽命能達到 20年以上。

有機太陽能電池

有機太陽能電池 (organic solar cells-OSC)是在無機半導體光電池的基礎上，結合近幾年來興起的有機高分子半導體材料和相關電子轉移理論而發展起來的。有機材料具有它所固有的特點和優點，如材料來源廣泛且本身的生產條件相對溫和、有機分子的化學結構容易修飾等。因此，用有機材料來制作光電池時，滿足成本低、耗能少、制作方便和易于得到大面積柔性器件的要求，擁有成本上的優勢以及資源廣泛分布性等的優勢。2000年諾貝爾獎獲得者 Alan.J.Heeger 等發現的共有機聚合物，是低成本太陽能電池的主體材料首選，這類有機聚合物具有可與銅相媲美的導電性，目前已成為國內外研究的熱點之一。有機太陽能電池的研究起步較晚。總體來說，有機太陽能電池能量轉換效率低、壽命短，全固態有機太陽能電池的光電轉化效率小于 6%，而無機太陽能電池的能量轉換效率普遍高于10%。

電池組件及其構造

太陽能電池組件是將幾十枚太陽能電池單元串、并聯起來，然后封裝在耐氣候的箱中而構成的。常見的太陽能電池組件的構造如圖5.1所示，它由太陽能電池單元、表面罩、背面罩、填充材料以及框架組成，即用具有良好的耐氣候填充材料將封裝好的太陽能電池單元安置在表面罩與背面罩之間構成。為了提高周圍的密封性能，與框架相連的部分一般使用硅等密封性能較好的材料將太陽能電池密封。用于組件間的電氣連接的端子箱安裝在背面中央部位。

太陽能電池組件的構造方法多種多樣，結晶系的太陽能電池組件一般有背面襯底型組件(substrate)、表面襯底型組件(superstrate)以及填充型組件等構造；薄膜系太陽能電池組件有襯底一體表面襯底型組件以及柔軟型組件等構造。

背面襯底型組件與表面襯底型組件的不同之處在于支撐組件的結構層是不是光的入射側(采光面側)，如果支撐組件的結構層不是光的人射側，則稱為背面襯底型組件；反之，則稱為表面襯底型組件。目前，太陽能發電系統主要使用帶有白色玻璃的表面襯底型的結晶系太陽能電池組件。

背面底型組件

背面襯底型組件是將太陽能電池單元配置在由玻璃等材料構成的背面襯底上，表面用透光性樹脂封裝而成，如圖5.2 所示。背面襯底作為組件的支撐板，支撐板一般用FRP(fiber refined plastic)等有機材料或不銹鋼板等金屬薄板制成，也可用玻璃等材料制成。

表面襯底型組件

圖5.3所示為在玻璃等材料的透光性襯底上配置好太陽能電池單元然后在其背面封裝而成的表面襯底型組件的構造。由于考慮到組件的耐氣候性等因素，一般采用將玻璃襯底側面向光的入射側的結構，并將表面襯底作為組件的支撐。近年來，表面襯底型組件的應用占主導地位，它被廣泛用于結晶系太陽能電池發電系統中。

填充型組件

填充型太陽能電池組件的構造如圖5.4 所示。它的光的人射側背面側均為太陽能電池的結構層，均為太陽能電池的支撐板。

襯底一體表面襯底型組件

由于表面襯底型的薄膜太陽能電池可以在大面積襯底上直接形成，因此可以使組件的結構大大簡化。圖 5.5 所示為襯底一體表面襯底型組件。

應用領域

太陽能光伏系統的應用已經非常廣泛，應用的范圍已遍及民用住宅、產業、大樓、宇宙等領域。目前主要應用領域為:宇宙開發、海洋河川、通信、道路管理、汽車、運輸、農業利用、住宅、大中規模利用以及太陽能發電所等。本章主要介紹太陽能光伏系統在民用住宅產業、大樓、防災等方面的應用情況。

民用太陽能光伏系統

太陽電池于1958 年在人造衛星上首次被使用。當時由于價格昂貴70 年代前太陽電池未得到廣泛地使用。1962 年在收音機上太陽電池被首次使用，才拉開了太陽電池在民用上應用的序幕。但由于當時三極管的耗電功率較大，未能得到廣泛地應用。隨著半導體集成電路ICLSI的發展使電子產品的耗電功率大幅度下降以及非晶硅電池的低成本制造成功，1980 年太陽電池在計算器上被應用。以后在鐘表上應用，相繼出現了太陽能計算器、太陽能鐘表等電子產品，使太陽電池在民用上得到越來越廣泛地應用。

太陽能計算器

太陽能計算器的外觀，太陽電池為獨立的系統，太陽能計算器一般采用非晶硅太陽電池。對液晶顯示的計算器來說，由于耗電較少，所以太陽電池在熒光燈的光線照射下所產生的電力就足以滿足其需要。

太陽能鐘表

太陽能手表采用非晶硅太陽電池作為電源。太陽電池較薄，可以做成各種不同的形狀以滿足各種手表對外觀的要求。現在一般將透明、柔軟的太陽電池安裝在本體內文字板的外圈并成圓形布置。

太陽能充電器

手機等用太陽能充電器

現在，帶有小型充電電池的手機、筆記本電腦以及數字照相機等應用已非常普及。這些設備由于大多在遠離商用電源的地方使用因此存在充電的問題。太陽能充電器可以解決這個問題。

車用蓄電池太陽能充電器

車用蓄電池如果長時間不使用時，由于自然放電會使蓄電池的電壓下降。為了避免這種情況的發生，一般使用車用蓄電池太陽能充電器對蓄電池進行充電。由于車用蓄電池的電壓為 12V，因此必須將數枚太陽電池串聯以滿足車用蓄電池的電壓的要求。因為一枚非晶硅太陽電池可以獲得比較高的電壓，所以車用蓄電池太陽能充電器常用非晶硅太陽電池。

交通指示用太陽能光伏系統

以前，太陽能光伏系統主要用于指示板等熒光燈的照明電源。現在，一般將太陽電池與高亮度 LED 組合構成交通指示用太陽能光伏系統，如自發光式道路指示器、方向指示燈以及障礙物指示燈等。

這些指示燈所使用的蓄電器一般為密封型蓄電池或電氣二重層電容，具有充電簡單等特點。由于交通標志可能設置在建筑物偏僻的地方，因此會出現照射時間短、有時只能接收散亂光的情況，所以，設計太陽電池的容量時，應比通常的獨立型系統大 5~10 倍。另外由于指示燈使用的場所不同還應滿足強度、耐腐蝕等要求。

防災救助太陽能光伏系統

災害時，太陽能光伏系統作為獨立電源一般用于避難引導燈、防災無線電通信等。對于并網型太陽能光伏系統，當商用供電停止時帶有蓄電池的自立運行切換型太陽能光伏系統可向災害時的緊急負荷供電，如加油站、道路指示以及避難場所指示等。防災型太陽能光伏系統，通常通過系統并網保護裝置與電力系統連接，防災型太陽能光伏系統所產生的電力供給工廠內的負荷。當災害發生時，系統并網保護裝置動作使其與電力系統分離，然后作為緊急通訊電源避難所醫療設備以及照明等電源使用。

其他應用

還有路燈用太陽能光伏系統，太陽能具、太陽能換氣扇以及庭園燈使用的相關應用。

住宅用太陽能光伏系統

現在，住宅用太陽能光伏系統的設置正在不斷增加，不只是已有的住宅，新建住宅設置太陽能光伏系統也在增加。標準的住宅用太陽能光伏系統一般南向設置，容量為 3~4kw一般采用并網式太陽能光伏系統，太陽電池陣列的直流電通過逆變器轉換成交流后供給住宅內的負載。如果太陽能光伏系統所產生的電能大于負載則通過配電線向電力公司賣電。相反，則從電力公司買電。住宅用太陽能光伏系統的全年發電量中大約 40% 的電量供住宅內的負載消費余下的 60%出售給電力公司。但是，由于夜間太陽能光伏系統不能發電，因此，住宅內的負載約 60% 的電量需要從電力公司買人。一般來說，容量為3~ 4kw的住宅型屋頂太陽能光伏系統基本能滿足一般家庭的年消費量的需要。

大樓用太陽能光伏系統

大樓、高層建筑物等處設置太陽能光伏系統時，一般采用建材一體型太陽電池組件(BIPV:Building Integrated Photovoltaics)。組件有標準型、屋頂材一體型以及強化玻璃復合型等。

大樓用太陽能光伏系統主要用于公共設施、產業用建筑物、辦公樓、學校、體育館、醫院、福利設施、工廠、車站、碼頭、機場等。與住宅用太陽能光伏系統相比，其規模較大，設置面積一般超過 100m設置容量在10~1 000kW。另外，大樓用太陽能光伏系統的電能一般自己消費，很少賣電，賣電價格可能會低于住宅用太陽能光伏系統的價格，因此會減少電力公司的負擔。除此之外，災害發生時，大樓用太陽能光伏系統作為備用電源可以為大樓供電。

集中并網型太陽能光伏系統

個人住宅型太陽能光伏系統的設置正在逐步得到應用與普及，般為單獨、分散設置。但是，隨著大量住宅小區以及居住型城市的建設，集中并網型太陽能光伏系統將會得到應用與普及。

產業現狀及發展

隨著環境問題的日益突出，傳統能源轉型的問題受到了世界廣泛關注，在第七十五屆聯合國大會般性辯論上，中國政府明確表態二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。

以此為背景，中國將新能源產業作為“十四五”期間的重點工作之一。太陽能光伏產業作為新能源產業結構體系中發展較為成熟的產業，在碳中和背景下的規模將進一步擴大，并成為“雙碳’目標得以實現的重要保證。太陽能光伏產業的發展是中國推動能源結構轉型的重要保障，隨著環境問題日益嚴峻，中國通過優化產業結構體系加快太陽能光伏產業的發展，在不斷出臺保障政策的同時，產業規模不斷擴大，相關技術體系日益完善，產業配套更加健全。

太陽能光伏產業以替代傳統能源結構為最終目標，中國早在 2000 年就已經在太陽能光伏產業領域進行了前期規劃，并通過 2002年的“送電到鄉”推動太陽能光伏產業在人口密度相對較低、土地資源豐富的鄉村發展，從而實現了中國太陽能光伏年裝機容量從kW級到MW級的轉變。2009年“金太陽工程”的實施，使中國太陽能光伏產業發展進入了“快車道”，隨后，《能源發展戰略行動計劃(2014-2020 年)》《關于建立可再生能源開發利用目標引導制度的指導意見》《關于2020 年風電.光伏發電項目建設有關事項的通知》等產業政策的持續出臺，為太陽能光伏產業發展提供了系統化的保障。

現狀

中國作為世界光伏產業發展增速最快的國家擁有世界最大的太陽能光伏產業規模，據統計，截至 2020 年中國光伏市場累計裝機量為 253GW，2020 年新增裝機量為 48.2GW，同比增長 60%。2020 年中國太陽能光伏發電量為 2605 kW·h，同比增長16.2%，占總發電量 3.5%。由此可以看出，光伏產業發展在傳統能源結構轉型方面有著較為廣泛的需求，同時，作為新能源產業結構中較為成熟和安全的一種，其產業規模在新能源產業中占據較大比例。目前，中國在太陽能光伏技術領域已經取得了突破，并在部分關鍵核心技術領域實現了全球領先。技術體系的日益完善為中國太陽能光伏產業發展創造了良好的基礎，并實現了以技術為支撐的太陽能光伏產業成本的持續降低，這增加了中國太陽能光伏產業在全球市場中的競爭力。

從新能源產業發展的角度來看，太陽能光伏產業的發展能夠解決長期以來困擾中國的發展與環保之間的矛盾，以探索與中國實際情況相適應的“低成本、高效率”的新能源產業模式。然而，基于碳中和理念的相關要求，以及結合太陽能光伏產業發展的實際情況，相關問題也逐漸暴露出來，具體包括以下幾個方面。

早期太陽能光伏產業的發展并未引起廣泛關注，在缺少資本牽引的情況下，相關基礎技術研究較為緩慢，太陽能光伏產業發展對技術迭代的需求相對偏低。然而，隨著國家政策的持續出臺，太陽能光伏產業進入了快速發展階段，加速了以光伏為核心的技術研究，新技術在轉換效率、安全、成本等方面有著一定的提升，但基于新技術的太陽能光伏產品和系統的推廣應用未能考慮與原有太陽能光伏產品之間的適配性等問題，由此導致太陽能光伏產品和系統的生命周期相對較短。

在龐大市場規模的牽引下，中國相關企業的關注點放在了現有技術的產業化推廣應用方面，卻忽略了太陽能光伏產業關鍵核心技術的創新研究。因此，歐美國家在部分關鍵核心技術領域依然對中國擁有較為明顯優勢，“卡脖子”風險依然存在，基于關鍵核心技術的自主控制問題依然需要引起足夠重視。

碳中和背景下的太陽能光伏產業發展需要激發產業鏈上下游企業的積極性，然而，中國太陽能光伏產業鏈盈利空間多集中在硅片和硅料的生產環節，即產業鏈的上游，而對于下游企業來說，其盈利空間相對較小，這對太陽能光伏產業的發展產生了不利影響。受產業鏈盈利空間的影響，以及資本的趨利本性等，大多數企業將重點放在了產業鏈的上游，而太陽能光伏產業下游因缺少優勢企業的加入而難以拓展其盈利空間，由此導致太陽能光伏產業的“亞健康”狀態。

2021年，太陽能發電占美國新增發電總量的39%。太陽能在2021年領先，占美國新增發電能力的39%。緊隨其后的是風能（31%，12.2GW）、天然氣(16%，6.6GW)、電池存儲(11%，4.3GW)、核能(3%，1.1GW)和其他能源(0.2GW)。

美國有四個州將擁有超過一半的新太陽能光伏發電能力:得克薩斯州（28%）、內華達州(9%)、加利福尼亞州(9%)和北卡羅來納州(7%)。

2023年，中國“新三樣”產品（電動載人汽車、鋰離子蓄電池、太陽能蓄電池）合計出口1.06萬億元，首次突破萬億元大關，增長了29.9%。

發展

“雙碳”理念的提出，改變了中國太陽能光伏產業長期以來所堅持的產業發展模式，在擴大內需的同時，中國太陽能光伏產業應強調，在相關政策的指導下明確技術體系的可持續性，加快關鍵核心技術自主突破，優化產業盈利空間布局，構建多元化的融資平臺，推動中國太陽能光伏產業的健康可持續發展。

太陽能產業發展的規范性、科學性能夠有效避免因技術迭代導致的成本浪費與產業銜接不暢等問題，政府部門應發揮宏觀調控的作用，在不違背市場經濟規律的前提下，通過政策、經濟等多種方式，實現頂層設計的合理化，并協調相關企業共同規劃太陽能產業發展路徑，實現技術迭代過程中相關產品和系統的持續利用，減少因技術升級導致產業發展成本增加，進一步釋放產業鏈下游盈利空間。

目前，歐美發達國家在太陽能光伏產業領域中的部分關鍵核心技術領域依然具有明顯優勢，近年來，中國企業單獨追求產業規模，相關資本在產業化應用方面較為集中，由此忽略了關鍵核心技術的研發。為避免歐美發達國家在技術上對中國太陽能光伏產業發展進行限制，中國相關研究院所、企業方面應加強合作，由企業方面提供資金、數據和驗證平臺，并協同研究院所對太陽能光伏產業領域關鍵核心技術進行深入研究，并合理分配關鍵核心技術研究任務，從而加快太陽能光伏產業關鍵核心技術的自主突破，打破歐美國家在太陽能產業領域的技術壟斷，以保證中國碳中和目標的達成。

太陽能光伏產業盈利空間多集中在上游核心元器件的制造方面，而下游裝配、運營企業的盈利空間相對較小，這對于太陽能光伏產業發展極為不利。根據碳中和的相關要求，太陽能光伏產業規模應進一步擴大，釋放產業鏈下游盈利空間能夠激發相關企業的積極性，這對太陽能光伏產業的發展有著正向促進作用。為實現產業盈利空間布局的優化，政府部門可以通過優化稅收結構的方式進行產業利潤的二次分配，同時，對處于產業鏈下游的企業進行補貼，例如，國家在太陽能并網電價方面對相關企業進行補貼，并且各地區根據實際情況對補貼額度進行調整，保證盈利空間的合理化，在推動太陽能光伏產業發展的同時，最大限度減輕政府財政壓力。

在新的歷史時期，人類社會發展與環境保護的矛盾始終存在，大量使用傳統化石能源帶來的環境污染問題已經威脅到人類的可持續發展，太陽能作為新能源的一種，通過光伏技術能夠完成太陽能向電能的轉化，從而緩解能源緊張和環境污染等問題。“雙碳”理論的提出，為中國太陽能光伏產業發展制訂了時間表，為實現 2060年碳中和目標，太陽能光伏產業將發揮市場牽引的優勢，突出政府在政策、資金等方面的作用，在進一步完善產業結構體系的同時，實現太陽能光伏產業的健康發展。

新一代太陽能技術

新一代（第三代）光伏電池尚處于研發階段，目標是提高光電轉換效率，降低生產成本多按照“多層膜-疊層半導體材料一量子阱材料一量子點材料”的路線發展。包括熱太陽電池、中間帶太陽電池、疊層太陽電池、熱載流子太陽電池、多載流子太陽電池和多能帶太陽電池等。

熱太陽電池(Thermophotovoltaic Cells)

到目前為止，討論的都是可見光和近遠紅外線的光電轉換，其原因是太陽光譜的峰值位于可見光范圍。但是熱源和熱光源都能在遠紅外范圍內產生輻射，在某些場合，通過將這種輻射轉換為電能。該光子的溫度遠低于可見光的溫度，因此其輻射的平均光子能量遠小于陽光。這些光子中能量較高的被電池吸收轉化成電能，而其中能量較小的又被反射回來，容易被吸熱裝置吸收，用以保持吸熱裝置的溫度。這種方法的最大特點是電池不能吸收的那部分能量可以反復利用。為此需要采用帶院很小的半導體，例如錯。此外還生產了磷錦砷鋼 (InAsSbP) 這種帶隙為0450.48eV的材料，磷錦砷鋼可以制作n型半導體也可制作p型半導體，pn 結可以在砷化鋼基板上生長。

中間帶太陽電池(Intermediate Band Solar Cells)

到目前為止的討論中，一個被吸收的光子產生一個電子空穴對。如果某種材料在導帶和價帶之間存在一個中間帶并且將其插人兩種一般半導體之間，那么這種材料就有可能吸收兩個能量較低的光子并產生具有這兩個光子組合能量的一個電子空穴對。第一個光子將一個電子提升到中間帶并在價帶產生一個空穴，而第二個光子則將電子由中間帶提升到導帶。其中關鍵是要找到這么一種中間帶材料可以將電子維持在中間帶上并等待具有適當能量的光子撞擊到材料上。為了支持這種電子輸送過程，這種材料的電子能態需要一半為空，一半為電子占據。M-V化合物有可能滿足這種技術的實現，并可使電池的理論轉換效率達到 63.2%。

疊層太陽電池(Supertandem Solar Cells)

如果電池采用很多層的疊層結構，將帶隙最大的材料放在最上層，而往下各層的帶隙逐層遞減，則可達到的理論轉換效率為86.8%。已制作出一個面積為 cm的4層電池，其效率為35.4%，而其理論最大效率為41.6%。

熱載流子太陽電池(Hot Carrier Solar Cells)

熱載流子電池采用避免光生載流子的非彈性碰撞的方式來減小能量的損失，達到提高效率的目的，其極限效率約為 86.8%。光子的多余能量賦予載流子較高的熱能。這些“熱載流子”在被激發后約幾個皮秒的時間內，首先通過載流子之間的碰撞達到一定的熱平衡。這些載流子自己的碰撞并不造成能量損失，只是導致能量在載流子之間重新分配。隨后，經過幾納秒的時間，載流子才與品格發生碰撞把能量傳給晶格。而光照幾微秒以后，如果電子和空穴不能被有效分離到正負極它們就會重新復合。

熱載流子電池要更快地在電子和空穴冷卻前把它們收集到電池的正負極，因此吸收層必須很薄，約為幾十納米。采用超品格結構作為吸收層可以延緩載流子冷卻，增加吸收層的厚度，提高對光的吸收。

光學上轉換和下轉換(Optical Up-and Down-Conversion)

改變材料帶隙的一個替代方法是改變人射光譜的能量分布。某些材料體現了能夠將具有不同能量的兩個光子予以吸收并將其合成能量用一個光子發射出去。另外某些材料則可以將吸收的一個高能光子的能量以兩個低能量的光子發射出去。這些現象類似于無線通信電路中的頻帶上轉換和下轉換。

這種方法在光學中的體現就是光譜的形狀發生了改變，可以將入射光的光譜壓縮到相對較為狹窄的范圍內并增加其強度，從而提高電池的轉換效率。這種方法的一個優點是不必將光學上下轉換器與光伏電池做在一起，只需要將其放置在光源與電池之間即可。

雜質光伏電池

當光子能量大于禁帶寬度時，太陽光能直接被半導體吸收，當光子的能量小于禁帶寬度時，通過載流子在半導體允帶和禁帶中的雜質能級之間的受激躍遷也能發生光的吸收。雜質能級太陽電池實際上是多量子阱太陽電池的應用，吸收太陽光激發量子阱中的電子和空穴，由于熱激發或再次吸收光子能量，而向量子阱外流出，成為輸出電流。量子阱結構的應用會使電池的光吸收向低能端拓寬，提高光轉換效率。

多載流子太陽電池

提高太陽能電池轉換效率即是盡可能多地將光子的能量用于激發出電子一空穴對，而避免其轉換成熱能。如果一個高能量光子激發出一對電子一空穴對并使它們成為具有多余能量的“熱載流子”，而這個熱載流子具有的能量仍高于一對電子一空穴對所需要的能量，那么這個熱載流子就完全有可能把多余的能量用來產生第二對電子一空穴對，如果光子的能量比禁帶寬度的3倍還大，就有可能產生第三對電子一空穴對。這些電子空穴對將增大太陽電池的輸出電流，從而提高光子的利用率。

三結鈣鈦礦太陽能電池

2023年加拿大科學家領導的一個國際科研團隊研制出一種光電轉化效率創紀錄（約為24%左右）的三結鈣鈦礦太陽能電池，朝著開發出硅基太陽能電池廉價替代品的目標邁進了一大步。鈣鈦礦太陽能電池由鈣鈦礦多晶薄膜制成，這些薄膜通過類似于印刷業使用的低成本溶液處理技術涂覆于材料表面。通過改變這些薄膜中鈣鈦礦晶體的組成，每一層能吸收不同波長的光，從而有效利用整個太陽光譜，而硅總是吸收相同波長的光。一般而言，鈣鈦礦頂層吸收波長較短的光，中間層吸收中等波長的光，底層吸收更長波長的光。相關研究刊發于《自然》雜志。

金屬氧化物太陽能電池

美國斯坦福大學研究人員最新研究發現，加熱鐵銹之類金屬氧化物，可以提升特定太陽能電池的轉換效率和能量儲存效率。

硅太陽能電池無法儲存電能，并非常規意義上的“電池”。與現有硅太陽能電池不同，這類太陽能電池是以金屬氧化物代替硅，把光子轉化為電子后，借助電子把水分子分解成氫氣和氧氣。在夜間以某種方式“重組”氫氣和氧氣，用以釋放能量。斯坦福大學研究人員在不同溫度條件下測試三種金屬氧化物，分別是釩酸鉍、氧化鈦和氧化鐵，發現：溫度升高時，電子通過這三種氧化物的速率加快，所產生的氫氣和氧氣量相應增加。而以陽光加熱金屬氧化物，所產生的氫氣可以增加一倍。斯坦福大學材料科學和工程系助理教授闕宗仰主持這項研究。他與同事們相信，這一研究突破或許可以讓太陽能電池大規模儲存能量成為現實，改變人類生產、儲存和消耗能源的方式。

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