1.1 研究目的及意义

随着社会发展对能源需求的急速提升，化石能源面临枯竭，国际能源供应市场动荡。而化石能源使用中产生的大量碳排放也对自然环境产生了难以消除的破坏。这引起了世界各国的深切关注，着力开发可再生绿色新能源已迫在眉睫，很多国家已将其列为一项重要的战略任务。从可再生和清洁性的角度考虑，太阳能无疑是取之不尽、用之不竭的绿色新能源。如何有效地将太阳能直接转化为电能和其他形式的能源，已成为21世纪中摆在材料、物理和化学工作者面前的一项重大课题。据欧洲光伏工业协会预测，太阳能光伏发电在世纪会占据世纪能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。

太阳能电池具有结构简单、制造方便、使用寿命长、维护简便、可靠性高、原材料来源丰富、使用过程无污染、无噪音等优点。在过去半个多世纪的发展中，太阳能电池的光电转换效率已经有了很大提高，生产成本也有所降低。它的研究开发从空间利用到民间应用，从晶体片太阳能电池到薄膜太阳能电池，从固态p-n结太阳能电池到聚合物光电化学太阳能电池，都取得了令世人瞩目的长足进展。但是，作为太阳能电池的大规模开发和利用，单纯依靠传统技术的改进很难突破目前的发展瓶颈从而达到高转化率和低制造成本的目的。

有机太阳能电池，即由有机材料构成核心部分的太阳能电池，主要是以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料，以光伏效应而产生电压形成电流，实现太阳能发电的效果。有机太阳能电池因具有成本低、质量轻、柔韧性好等优点而受到广泛关注，不过有机太阳能电池同时也具有生产难设计、不透明及转换效率低等缺点，因此其大面积实用化受到了很大的限制。

近年来，随着纳米制备技术与纳米光电子技术的发展，人们逐渐认识到利用各种纳米结构材料所具有的优异光伏性质设计和制备太阳能电池，是实现“高效率、低成本、长寿命和高稳定性太阳能电池”的一条可行途径。

1.2 国内外研究现状

太阳能电池的研究历史要追溯到19世纪30年代发过的Becquerel首次发现的液体电解液中的光电效应。到1883年半导体/金属结构太阳能电池由美国Pritts在金属衬底上融化Se膜实现。硅材料光伏效应在1941年由Ohl发现，开启了硅光伏时代的大门。随后1954年美国贝尔实验室Pearson发表了单晶硅太阳能电池效率6%的报道，奠定了硅电池光伏事业的基础。第一块异质结太阳能电池是由苏联Alferov、Andreev等在1970年研制出的GaAs异质结太阳能电池。在20世纪80年代各种类型的太阳能电池效率得到不断的提升，单晶硅太阳能电池效率大于20%、多晶硅电池效率达14.5%、砷化镓电池效率达到22.5%。在1996年，瑞士诺桑理工的Gratzel改进的染料敏化太阳能电池效率达到了11%，开启了染料敏化电池的新时代。进入21世纪以来，基于全新概念、全新结构的“第三代”太阳能电池得到研究所和科研院校的广泛关注，包括量子点型太阳能电池、超晶格量子阱太阳能电池、纳米线太阳能电池等。

美国新能源实验室给出的太阳能电池实验室研究进展时间表中，三结太阳能电池的最高能量转化效率是44.0%（聚光型）和37.8%（非聚光型）；双结太阳能电池的最高能量转化效率为32.6%（聚光型）和30.8%（非聚光型）；四结或更多结太阳能电池为37.8%；以上为多结太阳能电池的性能汇总。

硅基太阳能电池是最早得到研究的光伏器件，薄膜太阳能电池在1980年后也得到了较快的发展。