太陽能發電有兩種方式，一種是光—熱—電轉換方式，另一種是光—電直接轉換方式。我們通常說的光伏都是指后一種方式。傳統概念里，電池是個儲存電力的儲能單元，在光伏行業里，電池是利用光生伏特效應將太陽能直接轉換成電能的發電單元，簡稱為光伏電池。 光伏是光生伏特（Photovoltaic）的簡稱，這個詞來源于希臘語，意思是光、伏特和電氣的。伏特來源于意大利物理學家亞歷山德羅?伏特的名字，為紀念他后人將“伏特”作為電壓的單位使用。

光生伏特效應就是光電效應，是德國物理學家赫茲于1887年發現的。光電效應就是太陽能電池工作的基本機理：太陽光照在半導體P-N結上，形成新的空穴-電子對，在P-N結電場的作用下，光生空穴由N區流向P區，光生電子由P區流向N區，接通電路后就形成電流。從發現光電效應到可以大規模地制造商業用光伏電池，人類用了一百年的時間。

光伏發電的最核心的器件是太陽能電池，電池的轉化效率、生產成本決定了它的市場前景、制造者的利潤，以及最后環節-電站業主的投資回報期。在其發展的100多年里，基礎研究和技術進步都起到了積極推進的作用，至今為止，太陽能電池的基本結構和機理沒有發生根本的改變。

一、 太陽能電池的種類

1>晶硅太陽能電池

晶硅太陽能電池是目前發展最成熟、商業化程度最高、市場占有率達90%以上，被稱為第一代太陽能電池。晶硅電池按照基材的類別分為：單晶硅電池和多晶硅電池。單晶硅電池轉換效率最高。但由于受單晶硅材料價格及相應的繁瑣的電池工藝影響，,致使單晶硅成本價格居高不下。多晶硅電池轉換效率略低，但制造成本也較低，對于普通商業客戶來說，具有更好的性價比。因此相對來說市場份額更大。

2>薄膜太陽能電池

和晶硅電池基于硅片不同，薄膜電池是基于玻璃基板。這就從根本上決定了生產材料的成本比晶硅電池要更低。它被稱為第二代太陽能電池。采用化學氣相沉積法在玻璃基板上生成一層半導體薄膜，產生光電效應。根據半導體材料的不同，分為：硅基薄膜太陽電池、化合物薄膜太陽電池（含Ⅱ-Ⅵ族：碲化鎘-CdTe，以及擴展Ⅱ-Ⅵ族：銅銦鎵硒-CIGS，銅鋅錫琉-CZTS等）、有機和染料敏化太陽電池。

薄膜太陽電池原材料成本低，便于大面積、自動化高效生產，更適合用于光電建筑一體化應用。缺點是轉換效率約只有晶硅電池的一半。如果能進一步解決穩定性及提高轉換率，未來預期會有極大的市場潛力。

3>第三代太陽能電池

太陽能電池轉換效率受到光吸收、載流子輸運、載流子收集的限制。由于常規半導體電池只能轉換接近和高于帶隙能量的光子，對可見太陽光譜能量并未得到充分的利用。因此充分利用太陽能的全光譜，是突破瓶頸的關鍵。第三代太陽能電池就是這些具有新材料和結構的太陽能電池的統稱。已經提出的第三代太陽電池主要有疊層太陽電池、多帶隙太陽電池和熱載流子太陽電池等。

二、光伏技術發展戰略目標和產業技術路線圖

晶硅電池發展的趨勢是低成本高效率，這是光伏技術的發展方向。低成本的實現途徑包括效率提高、成本下降及組件壽命提升三方面。效率的提高依賴工藝的改進、材料的改進及電池結構的改進。成本的下降依賴于現有材料成本的下降、工藝的簡化及新材料的開發。組件壽命的提升依賴于組件封裝材料及封裝工藝的改善。因而，晶體硅電池發電的平價上網時間表除了與產業規模的擴大有關外，最重要的依賴于產業技術（包括設備和原材料）的改進。



僅靠工藝水平的改進對電池效率的提升空間已經越來越有限，電池效率的進一步提升將依賴新結構、新工藝的建立。具有產業化前景的新結構電池包括PERL選擇性發射極電池、HIT異質結電池、IBC背面主柵電池及N型電池等。這些電池結構采用不同的技術途徑解決了電池的柵線細化、選擇性擴散、表面鈍化等問題，可以將電池產業化效率提升2～3個百分點。2001年，澳大利亞新南威爾士大學（UNSW）研發的PERL高效單晶硅電池效率達到25％，接近理論值，是迄今為止的最高記錄。

薄膜電池因其發展歷程較短顯現如下缺點：效率低、制造技術與相應設備不夠完善、開發經驗不足。需要加大研發力度，從器件結構到襯底基材、大面積、均勻、高性能的沉積技術的改進，以及新型互連、集成型模塊，卷對卷的制造和包裝方式等方面的創新和提高，以便能夠成為可與晶硅電池相媲美的光伏電源形式。當前發展起來的薄膜電池，各有各自的優缺點。CdTe因其工藝簡單，轉換效率達到12%，最短只需8個月的能源回收期，具有最低的成本優勢，因而美國First Solar在薄膜電池市場上具有最大份額。美國的可再生能源國家實驗室（NREL）保持小面積碲化鎘電池的最高效率紀錄16.5%。但是從中長期前景來看，還很難預測到底哪種薄膜技術將最終勝出。可以預見的是，未來光伏建筑一體化（BIPV）市場的啟動，將為薄膜電池產業打開新的市場藍海。

第三代電池太陽能電池目前還尚處于基礎研究階段。主要概念是尋找全新的電池結構和制造工藝，通過開發活性層來實現超高效太陽能電池。活性層可以很好地與太陽能光譜匹配或者調整攝入的太陽能光譜。這些技術是建立在納米技術和納米材料的進一步發展的基礎上。量子阱、量子線和量子點就是活性層引入的結構的例子。其市場前景取決于新技術能否降低制造成本實現大規模量產，這需要投入相當可觀的中期和長期基礎和應用研發。它代表著太陽能電池的未來發展方向。

幾十年來圍繞著提高效率、降低成本的各種研究開發工作取得了顯著成就，表現在電池效率不斷提高（單晶硅電池的實驗室效率已經從50 年代的6％ 提高到目前的24.7％，商業化電池在近20年內提升了相對50%的效率）、硅片厚度持續降低、產業化技術不斷改進等方面，對降低光伏發電成本起到了決定性的作用。各國光伏研究機構和生產商不斷改善現有技術，開發新技術。他們根據自己的技術實力和科研回報的期望，選擇不同的研究方向和路徑，共同促進光伏技術的不斷進步。

圖1光伏產業技術路線圖，展示了不同光伏技術的發展狀況及前景（來源：IEA）

圖1：光伏產業技術路線圖

國際能源機構(IEA)2010年公布了典型商業平板組件電池的發展戰略目標。電池效率期望能從2010年的16%增長到2030年的25%，2050年增長到40%。隨著能源和材料在制造業的使用更加高效，光伏系統能源回收期的時間會不斷縮短的。預計能源回收期會從2010年的兩年降低到2030年的0.75年，到2050年會下降到0.5年。使用壽命期望從25年增加到40年。（見表一）。

表1戰略技術指標

指標	2012	2020	2030	2050
典型平板組件效率	16%	23%	25%	40%
系統能源回收期（1500kWh/kWp）	2年	1年	0.75年	0.5年
使用壽命	25年	30年	35年	40年

IEA指出，未來10年對于各國政府出臺有效的政策以促進太陽能發電的發展至關重要。擁有豐富太陽能資源的地區需要在適當時間出臺著眼長遠、可預計的太陽能激勵措施來維持早期的部署和研發經費，保證對研究、開發和示范工作的長期資金投入，不斷提高太陽能電池技術的競爭力，早日實現光伏發電的平價上網。這將開啟太陽能發電大規模應用的一個嶄新時代。