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太陽能發電因其清潔無污染、幾乎永不耗盡的優點，成為化石能源的最佳替代品種。世界各國對此都高度重視，大力開展相關科學技術和産品的研究，目前已經形成了龐大的産業，并将在“碳達峰、碳中和”重大戰略中發揮非常重要的作用。那麼除了目前市場上常見的單晶矽、多晶矽等基于矽材料的太陽能電池之外，其他還有哪些新型的太陽能電池你知道嗎？今天咱們就來說說這個話題。

美國能源部下屬的國家可再生能源實驗室（National Renewable Energy Laboratory，簡稱NREL）長期跟蹤全球範圍内新型太陽能電池的科學技術研究進展，記錄了1976年以來的研究型太陽能電池光電轉換效率世界紀錄和1988年以來的太陽能電池組件光電轉換效率世界紀錄，如下圖所示。

研究型太陽能電池光電轉換效率世界紀錄

太陽能電池組件光電轉換效率世界紀錄

從圖中可以看出，NREL跟蹤的研究型太陽能電池技術路線有26種，能夠做成組件進行效率測試并獲得紀錄的路線有19種。大部分技術路線仍然處于研發當中，也許在不久的将來會有一部分發展成熟走向市場。這些技術路線我們分成幾個大類分别來介紹一下。

矽基太陽能電池

以矽作為主要光電轉換材料的研究型太陽能電池技術路線有6種，除了我們平時熟知的單晶矽和多晶矽太陽能電池以外，還有聚光單晶矽、矽基異質結（HIT）、薄膜晶矽和薄膜無定型矽（非晶矽）太陽能電池。其中效率最高的單結電池是聚光單晶矽太陽能電池，可達27.6%。

以矽作為主要光電轉換材料的太陽能組件技術路線有9種，除了我們平時熟知的PERC、IBC等之外，還有多晶矽、單異質結IBC、薄膜矽、無定形矽、雙結矽、三結矽、其他矽等路線。其中效率最高的單結電池為單異質結IBC太陽能電池，可達24.4%。

衛星上的太陽能電池

多元化合物太陽能電池是由兩種或兩種以上元素形成的化合物半導體作為光電轉換材料的太陽能電池。在研究型太陽電池中記錄的主要有GaAs（砷化镓）、CIGS（銅铟镓硒）、CdTe(碲化镉)、CZTSSe（銅鋅錫硫/硒）太陽能電池等。其中單結效率最高的為GaAs太陽能電池，聚光條件下可達35.5%，非聚光條件下薄膜晶體太陽能電池可達29.1%。

對于電池組件來說，該類型中單結電池效率最高的也是GaAs太陽能電池，可達25.1%。GaAs太陽能電池早期以其較高的光電轉換效率被選擇用于人造地球衛星。

染料敏化太陽能電池

染料敏化太陽能電池是上世紀九十年代初發展起來的一類新型太陽能電池，以半導體材料作為電子傳輸層，以合成染料作為光吸收材料。該類型太陽能電池興起之初曾受到研究人員的高度重視，被視為“第三代”太陽能電池，一度形成世界範圍的研究熱潮。目前該類型太陽能電池的實驗室最高轉換效率為13.0%，尚未有組件效率紀錄上榜，距離實用尚有一定的差距，僅在一些特殊應用場景下有少量産品投入試用。

有機太陽能電池

有機太陽能電池是在本世紀初興起的一種新型太陽能電池，主要以人工合成的有機供體、受體分子作為光電轉換材料。有機太陽能電池的最大優勢在于可以做成柔性可彎曲折疊的太陽能電池，而且比較容易實現卷對卷的批量生産。該類型研究型太陽能電池的最高效率可達18.2%，組件效率可達11.7%，具有一定的應用前景，特别是在一些要求特殊形狀的應用場景。

鈣钛礦太陽能電池

鈣钛礦太陽能電池是在染料敏化太陽能電池基礎上發展起來的一種新型太陽能電池，最初是以人工合成的鈣钛礦材料替代染料作為光吸收層，後來逐漸抛棄染料敏化太陽能電池的部分成分而發展成一種獨立的類型。這種太陽能電池産生的時間隻有十多年，但其研究型太陽能電池的效率已經達到25.5%，組件效率已經達到17.9%，成為全球範圍内的超級研究熱點，目前國内外已經有數家企業開始建設兆瓦級的鈣钛礦太陽能電池生産線，成為最有希望進入市場的新型太陽能電池。

量子點

量子點太陽能電池是在染料敏化太陽能電池基礎上發展而來，以不同尺寸和光吸收特性的量子點作為光電轉換材料。量子點太陽能電池的研究型效率目前可達18.1%，尚未有組件效率上榜，仍處在研究當中。

為了充分利用不同波段的太陽光，進一步提高光電轉換效率，研究人員将具有不同光吸收波段的太陽能電池串聯疊加起來，組成了多結太陽能電池。目前有效率紀錄追蹤的最高結數為4結，其研究型效率在聚光條件下可達47.1%，非聚光條件下可達39.2%；組件效率在聚光條件下4結可達40.6%，非聚光條件下3結可達31.2%。

總體來說，目前太陽能電池市場還是以矽基為主，這種局面将會持續很長的時間。各種新型太陽能電池随着技術越來越成熟，将會逐漸獨立或與矽基電池結合進入市場。讓我們拭目以待！

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作者介紹：

光伏大數據，一名大學教授，從事太陽能電池相關研究已有16年。願與大家分享一些光伏領域的動态、趣聞和機會，用專業的視角帶給你不一樣的認知。歡迎點贊關注！

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