在工作和生活中，我们都在避免肤浅的表面工作，但是在光伏领域，科研的重点之一却是“表面工作”，因为要把阳光更高效得转化为电力，关键点就在电池片的面板。因此，“面子工程”是光伏行业的一大难题。
10月24日，在由南京市政府和中环（中国）工程有限公司以及中环光伏系统有限公司共同主办的“2009环境、能源于经济3E国际院士论坛”上，上海理工大学教授庄松林院士通过题为“微纳光学技术在新能源中的应用”的报告，介绍了他所领导的课题组在光伏“表面工作”中的进展。
在报告中，庄院士先分析了第一、二、三代太阳能电池的优劣势。作为第一代太阳能电池的硅电池片，虽然有一定的转化效率，但却受制于原材料，价格偏高；第二代电池采用了非晶材料，降低了成本，但转化效率仅为第一代电池的一半；目前第三代太阳能电池片集成了两者的优势，但还是有所欠缺。庄院士引用了2007年发表在《Science》杂志上的一篇论文中的图表（见图3），
这个图表给出了这三代电池片的“成本－效率”曲线，虽然现在的多晶硅价格较07年时要低，并且技术上也有很多进展，但是在今天看来还是有一定价值的。电价成本与组件的成本和转化效率都有关系，从该图表中可以看到第三代太阳能电池的造价与第二代电池基本相当，但是效率提高了两倍多。从该图表还可以看到，第一代太阳能存在一个Shockley－Queisser极限——31％的转化率，也就是该类型的太阳能很难突破这个极限。而第三代电池片理论的转化效率极限为86.8%，目前美国Delaware大学的科学家利用多层结构方案取得了42.8%的高转化效率。在第三代太阳能电池的研究中，微纳光学技术是一个重要的方向，该方法通过三种途径来提高效率：
1.表面增透及陷波微纳结构可以使更多的光子进入；
2.微纳结构的光伏转换材料可以吸收更多的光子；
3.微纳结构电极能输运更多的电子。
综合来看，应用微纳技术的多晶硅电池片的光电转换率将提高30％－50％（数字有待考证）。但是，该技术的最大问题是成本过于高昂。据记者了解，庄院士所在的工作小组制作黑硅时用的是气体激光器，虽然这种类型的激光器比固体激光器等要便宜，但是价格仍然超过百万，并且气体激光器不如固体激光器稳定。此外，激光蚀刻的效率比较低，据庄院士介绍，蚀刻5´5平方厘米的硅片大约需要一分钟的时间。他表示，在技术稳定后，可以通过化学方式大规模生产黑硅以降低成本。此外，该项技术目前还主要应用于晶体硅太阳能电池片。
除了庄院士的工作组外，国内还有其他的一些科研小组在对电池片的表面微结构进行研究。厦门大学的微纳光电子研究室试图用氮化镓（GaN）基材料来提高太阳能电池的转换效率。他们的理论支持是，如果要将地面应用的光伏器件转换效率提高到50％以上，必须使用带隙超过2.4GeV的材料，并把器件设计为多节结构。为达到这一要求，他们选用了GaN基材料。GaN基材料为直接带隙材料，具有载流子有效质量低、吸收系数高、耐辐射等优点，使其具有制作高效率太阳能电池的潜力。理论研究表明InGaN可作为良好的光伏材料，但实验研究处于起步阶段。我们制作了InGaN p-i-n同质结太阳电池，获得了较高的光响应。通过进一步加大In的组分，已经能够扩展器件的响应波长范围，并提高了器件的短路电流。（见图4）
中国科学院上海技术物理研究所的戴宁教授领导的小组的研究课题为“基于纳米材料的太阳能光伏转换应用基础研究”。这个课题将重点关注以下几个问题：如何建立纳米材料和结构中的内建电势；纳米材料和结构中光生载流子的迁移路径与寿命；纳米材料对太阳光全光谱的光电转换以及低能红外光子的光电转换等。课题组成员、来自上海交通大学的沈文忠教授希望通过纳米硅结构在高效太阳能电池上的应用将硅薄膜电池的转换效率提升到15％左右；课题组成员、来自复旦大学的陆明教授的研究内容是多带隙和纳米结构材料在太阳能全光谱光电转换中的应用，其目标是将纳米晶硅新型太阳能电池片的转换效率提高到25％以上；课题组成员、来自中科院半导体研究所的常凯教授则将重点放到了纳米光伏器件结构上，从其他环节提升电池片的转换效率。
中科院半导体研究所的李晋闽研究员在近两年将会开展新型微纳结构硅材料及其光谱高效太阳能电池的研究，这个课题将包含以下重点内容：超快激光脉冲作用下硅表面晶锥形成的机理；黑硅材料设备及其光电性质研究；高效黑硅太阳能电池的设计和制造等。其目标是在五年内使所研究的硅太阳能电池转化效率达到或超过30％，两年内制备出效率超过15％的黑硅太阳能电池样片，其中黑硅的光吸收率在不同波段分别超过80％和85％，工作波长频带为250－2500纳米。而国外也一直在提高太阳能电池的转化效率，2008年美国国家再生能源研究实验室用一般的传统技术使铜铟镓硒（CIGS）电池片转换效率达到了19.9％。目前美国陶式化学公司的CIGS薄光电管电池的转换效率目标为15％，其竞争对手Helio Volt的目标为12.2％，Global Solar的目标为14％。比利时的IMEC不久前宣布其利用名为“i－PERC”技术的晶体硅太阳能在125平方厘米的单位面积转化效率达到了18.4%，这项技术的特点在于背面的电极构造。目前电池的厚度为130 μm，未来将有可能开发出40 μm、转化效率超过20％的组件单元。
美国印刷硅墨太阳能电池技术供应商Innovalight公司的硅墨工艺太阳能电池的转换效率在近日已经达到18％的记录，他们下一步的目标是20％。
实验室方面，特拉华大学的科学家们在美国国防部高级研究计划局得资助下开展了“超高效太阳能电池”的研究，其技术主要利用聚焦透镜将光线聚集到一个可以吸收整个太阳光谱的感光材料上以获得较高的转换效率，目前这个效率超过42.8％了。现在这种产品主要应用于军用便携装置，离民用还有很远的路要走。麻省理工学院的研究人员则在太阳能电池的超薄硅薄膜的正面加入一种增透膜，并在背面添加了由多层反射膜和衍射光栅合成的精细结构，通过计算机模拟预计，当硅薄膜为2微米厚时其光电转化效率可以提高到50％。密苏里科技大学的研究人员把氧化锌做成的纳米矛钉在太阳能表面以吸收更广频段的光谱，目前这种方法得到的转化效率还不明确。
其实在两年多以前，波音公司子公司Spectrolab有限公司的科学家已经突破了理论上的40％效率限制。他们所采用的技术是第三代的聚焦型太阳能电池片，电池片的表面采用了多结结构，该结构通过三个子电池的能带隙将太阳能光谱分为三个较小的区域，每个电子池都可以有效得将光转换为电流。其研究人员预测如果使用超过三个PN结并改进材料设计，理论效率值可以达到58％。
技术是光伏产业的第一竞争力，正是凭借技术上的优势，美国的First Solar才在近几年中一直稳坐全球光伏行业的头把交椅。虽然目前来看，上面提到的很多技术也许因成本过高而难以在短期内投入商业应用，但是作为光伏行业的开路先锋，这些新技术在未来将主导光伏行业的命运—— 能源领域的竞争力，使光伏行业的发展摆脱对政策的依赖。
索比光伏网 https://news.solarbe.com/200911/06/7220.html
