1839年，法国实验物理学家埃德蒙·贝克勒尔报告了他在电解池中发现的光伏效应。从那时起，全世界的科学家对这种效应产生了浓厚的兴趣，并在理论和实验上进行了深入研究。1877年，Adams和Day在固态硒中观察到了光伏效应，随后美国发明家Fritts在1883年描述了由硒片制成的第一批光伏电池。从那时起，一些人相继在氧化亚铜和硫化镉中发现了光伏效应。1941年，Ohl基于PN结提出了单晶硅光伏器件的构想。在此基础上，贝尔公司的三位科学家Chapin、Fuller和Pearson提出了单晶硅光伏器件的构想。T) 美国的实验室于1954年成功开发出世界上第一个实用的单晶硅PN结太阳能电池，起初电池转换效率只有4.5%。几个月后，他们将电池的效率提高到6%，光伏技术的研究和应用进入了新的历史阶段。
1958年，第一颗以光伏电池为信号系统电源的人造卫星——美国先锋1号（Vanguard I）卫星发射升空，这标志着光伏电池作为太空电源的新纪元开始。由于太阳能电池具有高功率、长寿命、可靠性高等优点，并且能在太空的极端恶劣环境中正常工作，而且太空中太阳辐射相对稳定，不受地球大气层和气候变化的影响，因此太阳能电池被广泛用作理想的太空电源。迄今为止，大多数人类发射到太空的各种类型的航空器都使用太阳能电池作为电源。鉴于全球能源短缺和环保问题日益严重，1992年，联合国在巴西里约热内卢召开了一次环境与发展世界会议。在这次会议上，世界各国进一步意识到，虽然工业革命为人类社会创造了高度发达的物质文明，并使人们能够充分享受现代科技给生活带来的巨大舒适和便利，但它支持了整个工业化社会的存在和发展。然而，中国的能源基础存在潜在危险，因为它依赖于地球上有限的化石能源的大量消耗。自20世纪70年代以来，地面光伏发电已经应用，并在1990年代后期进入快速发展阶段。过去10年和过去5年太阳能电池的年平均增长率分别为41.3%和49.5%。2007年，太阳能电池的产量达到4000兆瓦。累计装机容量约为10吉瓦。
在各种太阳能电池中，近年来晶硅太阳能电池的市场份额一直保持在约90%，而剩下的市场份额主要由非晶硅薄膜太阳能电池占据。薄膜太阳能电池的贡献可以忽略不计。在当前阶段，工业化光伏技术的最大受益者是多晶硅太阳能电池技术。造成这种现象的主要原因是多晶硅太阳能电池的性价比高于单晶硅太阳能电池。用于生产多晶硅晶圆的多晶硅锭是通过锭铸造法制造的，在成本降低方面具有明显优势。与昂贵的单晶拉晶工艺相比，锭铸法使用设备和制造过程简单，节省时间和电力，节省硅材料，并且可以使用低纯度的硅原材料。此外，锭铸法可以直接制备大尺寸的方形硅锭，切割后可以得到理想的方形多晶硅片，采用这种方法生产的方形太阳能电池具有较高的模块填充密度，并且可以几乎完全利用模块面积，弥补了多晶硅太阳能电池在效率上 compared to monocrystalline silicon solar cells at the module level.更重要的是，近年来在多晶硅太阳能电池的制备过程和技术上取得了重大突破。因此，当前多晶硅太阳能电池的效率与单晶硅太阳能电池的效率非常接近。
从上面的分析可以清楚地看出，晶体硅太阳能电池引领国际光伏市场的发展格局在短期内不会改变，其市场占有率将继续提高。然而，晶体硅太阳能电池技术的进一步发展仍然会受到成本降低极限的限制，很难最终实现与传统能源技术竞争的目标。从长远来看，如果光伏技术要在未来世界能源系统中占据重要地位，也需要在技术上取得重大突破，特别是薄膜太阳能电池技术。
太阳能电池的基本原理 光伏电池是直接将光能转化为电能的光电子器件。由于它们是由各种势垒的光伏效应制成的，因此被称为光伏电池，或简称光伏电池。光伏电池可以根据其用途分为太阳能电池和测量光伏电池；根据材料，它们可以分为硅光伏电池、错位光伏电池、硒光伏电池和砷光电池。其中，硅光伏电池是最重要的一种。硅光伏电池有许多优点，如性能稳定、寿命长、光谱响应范围宽、频率特性好、耐高温等。光伏电池可以用于光能转换、光度测量、辐射测量、光学计量和测试、激光参数测量等。随着全球能源需求的增加，常规能源如化石燃料将在不久的将来耗尽，必须开发和采用替代能源，尤其是唯一的长期天然能源。太阳能。太阳能电池被认为是利用太阳能源的最佳候选者，因为它们能够高效地将阳光直接转化为电能，提供几乎永久的电力，运行成本低且无污染。最近，低成面板太阳能电池、薄膜设备和集光系统的研究和开发，以及许多革命性概念的提出。建立发电厂在经济上是可行的。
1954年，美国贝尔电话实验室生产出了第一个实用的硅太阳能电池。在原理上，各种半导体材料都可以用来制造太阳能电池，如硒、硅、碲化镉、砷化镓、磷化铟等。作为一种低成本的太阳能电池，非晶硅太阳能电池现在逐渐受到重视。世界各国都在积极研究。目前，具有实用价值的主要是一些硅太阳能电池，而其他材料和结构的太阳能电池还停留在研究阶段。
太阳能电池的物理学
通过掺杂工艺，在同一半导体衬底上扩散出P型半导体和N型半导体，并在它们的界面形成一个电荷空间区域，这被称为PN结。大多数半导体光伏电池都有一个大面积的PN结，因此PN结的光伏效应是太阳能电池的理论基础。太阳能电池是一个无偏PN结器件。
在光照下，如果光子能量大于禁带宽度，PN结及其附近可能会产生电子-空穴对。只要这些非平衡载流子能够运动到PN结的边界，它们就会立即被PN结的强内建电场分离。非平衡空穴被拉向P区，非平衡电子被拉向N区。结果，非平衡电子将在N区边界积累，非平衡空穴将在P区边界积累，从而产生与平衡PN结的内建电场相反的光生电场。
太阳能电池的伏安特性
在PN结内电场E的作用下，电子被迫向N型侧移动，空穴被迫向P型侧移动。通常，靠近PN结产生的电子-空穴对更容易收集。光对太阳能电池的影响可以看作是原二极管暗电流上简单地增加了一个电流增量，因此二极管公式为其中I0是反向饱和电流；n是修正系数；kB是玻尔兹曼常数；T是温度；q是电子电荷；U是电压；IL是光生电流增量。在一定的光强和工作温度条件下，有两个主要参数来测量太阳能电池的输出功率。
(1) 载流子寿命对短路电流的影响很容易理解，因为光生载流子只有在移动到PN结附近时，才能被结电场收集形成光生电流。这要求 minority carrier 扩散长度大于电子-空穴对生成位置与PN结之间的距离。半导体材料 minority carrier 短的寿命导致扩散长度短，结能收集的范围小，这不可避免地会导致光生电流的减少。
(2) 太阳能电池的最大输出功率Pm可以表示为矩形的面积，即在伏安特性曲线下方画一个矩形并使其面积最大化。换句话说，让填充因子（FF）作为衡量PN结质量和电池串联电阻的参数。显然，FF越接近1，太阳能电池的质量越好。寄生电阻的影响 太阳能电池通常会伴随寄生串联电阻和并联（短路）电阻。如果既有串联电阻R，也有并联电阻Rh，太阳能电池的伏安特性曲线由以下公式给出：Rs主要来自半导体材料的本征电阻、金属接触和互连、顶层扩散层中的载流子传输。金属和半导体材料之间的接触电阻。光学和复合损耗 光学和复合损耗可能导致电池输出功率低于理想值。
太阳常数和大气质量
太阳是一个炽热的球体，太阳的中心一直在进行剧烈而复杂的热核反应，反应产生的能量主要以光辐射的形式向宇宙空间辐射。太阳照射到地球上的辐射能量，并不是全部到达地球表面。
(1) 背面电场（BSF）电池。为了防止载流子在衬底背面复合而导致效率降低，在背面实现与衬底同类型的高浓度掺杂太阳能电池。例如，在P型Si（P型硅）衬底的背面进行铝 alloy掺杂，并在背面形成PP+高和低结势垒，即存在背表面电场。由于背面的高和低结势垒与在硅片正面形成的N+P结势垒方向相同，电池的开路电压可以增加。此外，高和低结势垒可以阻挡和反射P区的少数载流子电子。这不仅减少了背表面的重组效应，还提高了PN结对光生 minority载流子的收集概率，并且可以提高电池的短路电流。同时，这种结构增加了太阳能电池对长波长光的敏感度。
(2) 紫色电池。紫外线太阳能电池的设计旨在防止太阳电池表面（光接收表面）由于载流子复合而降低效率。当发射区的N+通过化学蚀刻或离子注入减少到0.1~0.2 μm时，“死亡层”可以减少，防止N+层表面附近的载流子复合，并提高光生空穴的收集概率。
(3) 羊皮电池。在(100)硅片的入光表面上，使用各向异性化学蚀刻来获得特殊的表面结构，如羊皮表面和微槽表面。这种纹理或V形槽结构是为了通过化学蚀刻在电池表面获得许多金字塔形或V形的凹凸层，其尺寸极小（几微米）。经过反射后，第二次被硅基板吸收的机会得以获得，从而提高了光能的利用率。这项技术后来被高效电池和工业电池采用。
(4) MIS电池。这种电池是肖特基（MS）电池的改进版，即在金属和半导体之间添加1.5~3nm的绝缘层，从而抑制肖特基电池中由多载流子主导的暗电流，使其成为少数载流子隧道效应主导的电池。暗电流类似于PN结。这种电池的优点是工艺简单，主要问题是其稳定性不佳。? 1-13是MIS太阳能电池器件结构。
(5) MINP电池。1984年，澳大利亚研究小组开发出一种金属超薄绝缘层-NP结（金属-绝缘体-NP结.MINP）硅太阳能电池，转换效率达到18.7%。这种电池是MIS电池和NP结的组合。氧化层抑制了界面复合。通常，电池的光电流收集电极的金属直接与半导体结合，从而增加了半导体表面的复合概率。在MlNP结构中引入厚度为2~3nm的极薄SiO2层，减少了光生电子-空穴对在N+表面的复合。同时，由于氧化膜非常薄，电流可以通过隧道效应流动。因此，它对短路电流几乎没有影响。
（6）商业化的丝网印刷太阳能电池。丝网印刷用于制备太阳能电池电极，如图1-15所示，避免了在原位空间中通过真空蒸镀法制备太阳能电池电极，从而大大降低了大规模生产的成本。
(7) PERL电池。钝化发射极和背面局域扩散硅太阳电池双面钝化，或PERL电池。在这种电池结构中，为了进一步减少接收面的界面复合和光学损耗，采用倒锥形抗反射结构，并在其上添加一层很薄的SiO2，然后在其上覆盖双层抗反射膜，以实现最佳的抗反射效果。同时，在内电极上也添加了一层极薄的氧化物进行钝化，以削弱背向复合，然后在钝化膜上开一个窗口，通过该窗口进行B的局域扩散，形成背电场，然后覆盖电极金属，形成PERL电池。具有这种结构的太阳能电池已经达到了单晶硅太阳能电池最高的转换效率，并且在AM1.5的照度下，效率可以达到约24%。
(8) 槽型掩埋式太阳能电池。由澳大利亚新南威尔士大学开发的激光槽型掩埋电池，在发射极结扩散轻磷（形成浅结）后，在正面用激光雕刻20μm宽、40μm深的槽，然后清洗并扩散浓磷。然后在槽中电镀金属电极。电极位于电池内部，减少栅线的阴影面积。电池背面与PESC相同，因为槽会引入损伤。其性能略低于PERL电池，电池转换效率达到21.1%。HIT太阳能电池。
