太陽能電池發(fā)展經(jīng)歷了三個階段。以硅片為基礎(chǔ)的“第一代”太陽能電池其技術(shù)發(fā)展已經(jīng)成熟，但單晶硅純度要求在99.999%，生產(chǎn)成本太高使得人們不惜犧牲電池轉(zhuǎn)換率為代價開發(fā)薄膜太陽能電池。

第二代太陽電池是基于薄膜材料的太陽電池。薄膜技術(shù)所需材料較晶體硅太陽電池少得多，且易于實(shí)現(xiàn)大面積電池的生產(chǎn)，可有效降低成本。薄膜電池主要有非晶硅薄膜電池、多晶硅薄膜電池、碲化鎘以及銅銦硒薄膜電池，其中以多晶硅為材料的太陽能電池最優(yōu)。太陽能光電轉(zhuǎn)換率的卡諾上限是95%，遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)太陽能電池的理論上限33%，表明太陽能電池的性能還有很大發(fā)展空間。第三代太陽電池具有如下條件：薄膜化，轉(zhuǎn)換效率高，原料豐富且無毒。

目前第三代太陽電池還處在概念和簡單的試驗(yàn)研究。已經(jīng)提出的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。其中，疊層太陽能電池是太陽能電池發(fā)展的一個重要方向。

2013年9月，德國弗朗霍夫太陽能系統(tǒng)研究所、法國聚光光伏制造商Soitec公司、德國柏林亥姆霍茲研究中心攜手宣布，他們制造出一款在太陽光濃度為297下光電轉(zhuǎn)化效率高達(dá)44.7%的四結(jié)光伏電池，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。他們表示，最新研究有望大幅降低太陽能發(fā)電的成本并為獲得轉(zhuǎn)化效率高達(dá)50%的太陽能電池鋪平了道路。最新研制出的四結(jié)太陽能電池中的單個電池由不同的III-V族(元素周期表中III族的B，Al，Ga，In和V族的N，P，As，Sb等)半導(dǎo)體材料制成，這些結(jié)點(diǎn)逐層堆積，單個子電池能吸收太陽光光譜中不同波長的光。

第三代太陽能電池面臨的挑戰(zhàn)

第三代光伏電池綜合考慮了多重能量閾值、低成本的制備方法、豐富無毒的原材料等，使降低每瓦成本變得較容易。疊層設(shè)計(jì)是目前發(fā)展最好的可通過聚光系統(tǒng)或降低成本或從優(yōu)化薄膜設(shè)計(jì)增加效率等方面改進(jìn)從而降低每瓦成本的技術(shù)，然而該技術(shù)的穩(wěn)定性不是很好。中間帶和上下轉(zhuǎn)換太陽電池的應(yīng)用還為時尚早，但它們在利用薄膜材料增加轉(zhuǎn)換效率和提高光譜穩(wěn)定性方面具有很大潛力。雖然應(yīng)用碰撞離化和熱載流子概念太陽電池可以大幅度降低每瓦的成本，但這兩種技術(shù)都還有很多理論方面的問題有待解決。其它更深奧的新概念電池理論上可以提高轉(zhuǎn)換效率，但未必能在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)。把這些新概念電池結(jié)合起來利用也不失為一種好方法，如在同一個電池中既應(yīng)用上轉(zhuǎn)換又應(yīng)用下轉(zhuǎn)換機(jī)理;或者把上轉(zhuǎn)換和疊層技術(shù)結(jié)合起來;另外碰撞離化和中間能級也可以應(yīng)用到下轉(zhuǎn)換電池中而非用來直接產(chǎn)生載流子。

第三代光伏電池的理論概念及其工藝實(shí)現(xiàn)方法是當(dāng)今光伏電池研究領(lǐng)域的最前沿問題，若能獲得成功將會對整個光伏電池領(lǐng)域的發(fā)展起到里程碑式的貢獻(xiàn)。

第三代太陽能電池前景展望

第三代光伏電池綜合了第一、二代太陽能電池的優(yōu)點(diǎn)，克服了第一代太陽能電池成本較高、第二代薄膜太陽能電池轉(zhuǎn)換效率低的不足，并且具有原材料豐富、無毒、性能穩(wěn)定耐用、對環(huán)境無危害等優(yōu)點(diǎn)，在未來的光伏市場中會有很好的發(fā)展前景。

作為第三代新型高效太陽能電池的典型代表，GaAs疊層太陽能電池的發(fā)展是與CPV系統(tǒng)緊密相連的。與傳統(tǒng)的晶硅電池發(fā)電系統(tǒng)相比，CPV產(chǎn)業(yè)還處于起步階段，全球CPV裝機(jī)容量還不是太大。目前全球裝機(jī)容量僅有500MW左右。這主要是因?yàn)榕c晶硅等太陽能發(fā)電技術(shù)相比，CPV現(xiàn)在的建設(shè)成本并無太大優(yōu)勢，但作為一項(xiàng)新興技術(shù)，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大、電池片效率的提高、跟蹤系統(tǒng)、聚光模塊和冷卻模塊設(shè)計(jì)的改進(jìn)、生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步等等，其成本有著巨大的下降空間。未來CPV系統(tǒng)的成本和技術(shù)優(yōu)勢將逐步顯現(xiàn)，屆時也將獲得巨大的市場空間。