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太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源,。也是清潔能源，不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染,。在太陽能的有效利用當中,；大陽能光電利用是近些年來發(fā)展最快，最具活力的研究領域,，是其中最受矚目的項目之一,。 制作太陽能電池主要是以半導體材料為基礎，其工作原理是利用光電材料吸收光能后發(fā)生光電于轉(zhuǎn)換反應,，根據(jù)所用材料的不同,，太陽能電池可分為：1、硅太陽能電池,；2,、以無機鹽如砷化鎵III-V化合物,、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的電池,；3,、功能高分子材料制備的大陽能電池；4,、納米晶太陽能電池等,。 一、硅太陽能電池 1．硅太陽能電池工作原理與結(jié)構(gòu)太陽能電池發(fā)電的原理主要是半導體的光電效應,，一般的半導體主要結(jié)構(gòu)如下： 圖中,，正電荷表示硅原子，負電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子,。 www.langmanzg.com 
當硅晶體中摻入其他的雜質(zhì),，如硼、磷等,，當摻入硼時,，硅晶體中就會存在著一個空穴，它的形成可以參照下圖： 圖中,，正電荷表示硅原子,，負電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。而黃色的表示摻入的硼原子,，因為硼原子周圍只有3個電子,，所以就會產(chǎn)生入圖所示的藍色的空穴，這個空穴因為沒有電子而變得很不穩(wěn)定,，容易吸收電子而中和,，形成P（positive）型半導體。 
同樣,，摻入磷原子以后,，因為磷原子有五個電子，所以就會有一個電子變得非?；钴S,，形成N（negative）型半導體。黃色的為磷原子核,，紅色的為多余的電子,。如下圖,。 www.langmanzg.com 
N型半導體中含有較多的空穴,，而P型半導體中含有較多的電子，這樣,，當P型和N型半導體結(jié)合在一起時,，就會在接觸面形成電勢差，這就是PN結(jié)。 www.langmanzg.com 
當P型和N型半導體結(jié)合在一起時,，在兩種半導體的交界面區(qū)域里會形成一個特殊的薄層),，界面的P型一側(cè)帶負電，N型一側(cè)帶正電,。這是由于P型半導體多空穴,，N型半導體多自由電子，出現(xiàn)了濃度差,。N區(qū)的電子會擴散到P區(qū),，P區(qū)的空穴會擴散到N區(qū)，一旦擴散就形成了一個由N指向P的“內(nèi)電場”,，從而阻止擴散進行,。達到平衡后，就形成了這樣一個特殊的薄層形成電勢差,，這就是PN結(jié),。 當晶片受光后，PN結(jié)中,，N型半導體的空穴往P型區(qū)移動,，而P型區(qū)中的電子往N型區(qū)移動，從而形成從N型區(qū)到P型區(qū)的電流,。然后在PN結(jié)中形成電勢差,，這就形成了電源。(如下圖所示） 
由于半導體不是電的良導體,，電子在通過p－n結(jié)后如果在半導體中流動,，電阻非常大，損耗也就非常大,。但如果在上層全部涂上金屬,，陽光就不能通過，電流就不能產(chǎn)生,，因此一般用金屬網(wǎng)格覆蓋p－n結(jié)（如圖 梳狀電極）,，以增加入射光的面積。 另外硅表面非常光亮,，會反射掉大量的太陽光,，不能被電池利用。為此,，科學家們給它涂上了一層反射系數(shù)非常小的保護膜（如圖）,，將反射損失減小到5％甚至更小。一個電池所能提供的電流和電壓畢竟有限,，于是人們又將很多電池（通常是36個）并聯(lián)或串聯(lián)起來使用,，形成太陽能光電板,。 2．硅太陽能電池的生產(chǎn)流程 通常的晶體硅太陽能電池是在厚度350～450μm的高質(zhì)量硅片上制成的，這種硅片從提拉或澆鑄的硅錠上鋸割而成,。 
上述方法實際消耗的硅材料更多,。為了節(jié)省材料，目前制備多晶硅薄膜電池多采用化學氣相沉積法,，包括低壓化學氣相沉積（LPCVD）和等離子增強化學氣相沉積（PECVD）工藝,。此外，液相外延法（LPPE）和濺射沉積法也可用來制備多晶硅薄膜電池,。 化學氣相沉積主要是以SiH2Cl2,、SiHCl3、SiCl4或SiH4,為反應氣體,在一定的保護氣氛下反應生成硅原子并沉積在加熱的襯底上,，襯底材料一般選用Si,、SiO2、Si3N4等,。但研究發(fā)現(xiàn),，在非硅襯底上很難形成較大的晶粒，并且容易在晶粒間形成空隙,。解決這一問題辦法是先用 LPCVD在襯底上沉積一層較薄的非晶硅層,，再將這層非晶硅層退火，得到較大的晶粒,，然后再在這層籽晶上沉積厚的多晶硅薄膜,，因此，再結(jié)晶技術無疑是很重要的一個環(huán)節(jié),，目前采用的技術主要有固相結(jié)晶法和中區(qū)熔再結(jié)晶法,。多晶硅薄膜電池除采用了再結(jié)晶工藝外，另外采用了幾乎所有制備單晶硅太陽能電池的技術,，這樣制得的太陽能電池轉(zhuǎn)換效率明顯提高,。 三、納米晶化學太陽能電池 在太陽能電池中硅系太陽能電池無疑是發(fā)展最成熟的,，但由于成本居高不下,，遠不能滿足大規(guī)模推廣應用的要求。為此,，人們一直不斷在工藝,、新材料、電池薄膜化等方面進行探索,，而這當中新近發(fā)展的納米TiO2晶體化學能太陽能電池受到國內(nèi)外科學家的重視,。 以染料敏化納米晶體太陽能電池（DSSCs）為例，這種電池主要包括鍍有透明導電膜的玻璃基底,，染料敏化的半導體材料,、對電極以及電解質(zhì)等幾部分,。 
陽極：染料敏化半導體薄膜（TiO2膜） 陰極：鍍鉑的導電玻璃 
電解質(zhì)：I3-/I- 如圖所示,，白色小球表示TiO2,，紅色小球表示染料分子。染料分子吸收太陽光能躍遷到激發(fā)態(tài),，激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定,，電子快速注入到緊鄰的TiO2導帶，染料中失去的電子則很快從電解質(zhì)中得到補償,，進入TiO2導帶中的電于最終進入導電膜,然后通過外回路產(chǎn)生光電流,。 納米晶TiO2太陽能電池的優(yōu)點在于它廉價的成本和簡單的工藝及穩(wěn)定的性能。其光電效率穩(wěn)定在10％以上,，制作成本僅為硅太陽電池的1/5～1/10．壽命能達到20年以上,。但由于此類電池的研究和開發(fā)剛剛起步，估計不久的將來會逐步走上市場,。 四,、染料敏化TiO2太陽能電池的手工制作 1.制作二氧化鈦膜 (1)先把二氧化鈦粉末放入研缽中與粘合劑進行研磨 
(2)接著用玻璃棒緩慢地在導電玻璃上進行涂膜
(3)把二氧化鈦膜放入酒精燈下燒結(jié)10～15分鐘，然后冷卻
2.利用天然染料為二氧化鈦著色 如圖所示,，把新鮮的或冰凍的黑梅,、山梅、石榴籽或紅茶,，加一湯匙的水并進行擠壓,，然后把二氧化鈦膜放進去進行著色，大約需要5分鐘,，直到膜層變成深紫色,，如果膜層兩面著色的不均勻，可以再放進去浸泡5分鐘,，然后用乙醇沖洗,，并用柔軟的紙輕輕地擦干。
3.制作正電極 由染料著色的TiO2為電子流出的一極（即負極）,。正電極可由導電玻璃的導電面（涂有導電的SnO2膜層）構(gòu)成,，利用一個簡單的萬用表就可以判斷玻璃的那一面是可以導電的，利用手指也可以做出判斷,，導電面較為粗糙,。如圖所示，把非導電面標上‘+’,，然后用鉛筆在導電面上均勻地涂上一層石墨,。
4.加入電解質(zhì) 利用含碘離子的溶液作為太陽能電池的電解質(zhì)，它主要用于還原和再生染料,。如圖所示,，在二氧化鈦膜表面上滴加一到兩滴電解質(zhì)即可,。
5.組裝電池 把著色后的二氧化鈦膜面朝上放在桌上，在膜上面滴一到兩滴含碘和碘離子的電解質(zhì),，然后把正電極的導電面朝下壓在二氧化鈦膜上,。把兩片玻璃稍微錯開，用兩個夾子把電池夾住,，兩片玻璃暴露在外面的部分用以連接導線,。這樣，你的太陽能電池就做成了,。
6.電池的測試 在室外太陽光下,，檢測你的太陽能電池是否可以產(chǎn)生電流。
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