太陽(yáng)能電池按形態(tài)可分為剛性太陽(yáng)能電池和柔性太陽(yáng)能電池；按結晶狀態(tài)可分為結晶系薄膜式和非結晶系薄膜式兩大類(lèi)，而前者又分為單結晶形和多結晶形；按材料可分為硅薄膜形、化合物半導體薄膜形和有機膜形；根據所用材料的不同，還可分為：硅太陽(yáng)能電池、多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池、聚合物多層修飾電極型太陽(yáng)能電池、納米晶太陽(yáng)能電池、有機太陽(yáng)能電池。其中硅太陽(yáng)能電池是目前發(fā)展最成熟的，在應用中居主導地位。
硅太陽(yáng)能電池
硅太陽(yáng)能電池分為單晶硅太陽(yáng)能電池、多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池和非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池三種。
單晶硅太陽(yáng)能電池
單晶硅太陽(yáng)能電池的結構主要包括正面梳狀電極、減反射膜、N型層、PN結、P型層、背面電極等。單晶硅太陽(yáng)能電池廣泛用于空間和地面，這種太陽(yáng)能電池以高純的單晶硅棒為原料。將單晶硅棒切成片，經(jīng)過(guò)一系列的半導體工藝形成PN結。
然后采用絲網(wǎng)印刷法做成柵線(xiàn)，經(jīng)過(guò)燒結工藝制成背電極，單晶硅太陽(yáng)能電池的單體片就制成了。單體片即可按所需要的規格用串聯(lián)和并聯(lián)的方法組裝成太陽(yáng)能電池組件(太陽(yáng)能電池板)，構成一定的輸出電壓和電流。最后用框架進(jìn)行封裝，將太陽(yáng)能電池組件組成各種大小不同的太陽(yáng)能電池陣列。
硅系列太陽(yáng)能電池中，單晶硅大陽(yáng)能電池轉換效率最高，技術(shù)也最為成熟。高性能單晶硅電池是建立在高質(zhì)量單晶硅材料和相關(guān)的成熱的加工處理工藝基礎上的。
現在單晶硅的電地工藝己近成熟，在電池制作中，一般都采用表面織構化、發(fā)射區鈍化、分區摻雜等技術(shù)，開(kāi)發(fā)的電池主要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電極單晶硅電池。
提高轉化效率主要是靠單晶硅表面微結構處理和分區摻雜工藝。目前單晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉換效率為15%左右，實(shí)驗室成果也有20%以上的。
單晶硅太陽(yáng)能電池的特點(diǎn)
單晶硅太陽(yáng)能電池轉換效率無(wú)疑是最高的，在大規模應用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據主導地位，雖然其轉換效率高，但是制作單晶硅太陽(yáng)能電池需要大量的高純度硅材料，且工藝復雜，電耗很大池工藝影響，且太陽(yáng)能電池組件平面利用率低，致使單晶硅成本價(jià)格居高不下。要想大幅度降低其成本是非常困難的。
為了節省高質(zhì)量材料，尋找單晶硅電池的替代產(chǎn)品，現在發(fā)展了薄膜太陽(yáng)能電池，其中多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池和非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池就是典型代表。
多晶硅太陽(yáng)能電池
多晶硅薄膜太陽(yáng)電池是將多晶硅薄膜生長(cháng)在低成本的襯底材料上，用相對薄的晶體硅層作為太陽(yáng)電池的激活層，不僅保持了晶體硅太陽(yáng)電池的高性能和穩定性，而且材料的用量大幅度下降，明顯地降低了電池成本。多晶硅薄膜太陽(yáng)電池的工作原理與其它太陽(yáng)電池一樣，是基于太陽(yáng)光與半導體材料的作用而形成光伏效應。
多晶硅太陽(yáng)能電池芯片是具有光電效應的半導體器件，半導體的PN結被光照后產(chǎn)生電流，當光直射太陽(yáng)能電池芯片，其中一部分被反射，一部分被吸收。一部分透過(guò)電池芯片、被吸收的光激發(fā)被束縛的高能級狀態(tài)下的電子，使之成為自由電子，這些自由電子在晶體內向各方向移動(dòng)，余下空穴（電子以前的位置）?？昭ㄒ矅@晶體飄移，自由電子（－）在N結聚集，空穴（＋）在P結聚集，當外部環(huán)路被閉合，電流產(chǎn)生。
多晶硅太陽(yáng)能電池芯片是具有光電效應的半導體器件，半導體的PN結被光照后產(chǎn)生電流，當光直射太陽(yáng)能電池芯片，其中一部分被反射，一部分被吸收。一部分透過(guò)電池芯片、被吸收的光激發(fā)被束縛的高能級狀態(tài)下的電子，使之成為自由電子，這些自由電子在晶體內向各方向移動(dòng)，余下空穴（電子以前的位置）?？昭ㄒ矅@晶體飄移，自由電子（－）在N結聚集，空穴（＋）在P結聚集，當外部環(huán)路被閉合，電流產(chǎn)生。
太陽(yáng)能電池使用的多晶硅材料多半是含有大量單晶顆粒的集合體，或用廢次單晶硅料和冶金級硅材料熔化，然后注入石墨鑄模中，即得多晶硅錠。這種硅錠鑄成立方體，以便切片加工成方形電池片。
多晶硅太陽(yáng)能電池板的制作工藝與單晶硅太陽(yáng)能電池板差不多，其光電轉換效率約12%左右，稍低于單晶硅太陽(yáng)能電池，但是材料制造簡(jiǎn)便，節約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大量發(fā)展。
多晶硅太陽(yáng)能電池的特點(diǎn)
1、具有穩定高效的光電轉換效率。
2、表面覆深藍色氮化硅減反膜,顏色均勻美觀(guān)。
3、高品質(zhì)的銀和銀鋁漿料，確保良好的導電性、可靠的附著(zhù)力和很好的電極可焊性。
4、高精度的絲網(wǎng)印刷圖形和高平整度，使得電池易于自動(dòng)焊接和激光切割。
非晶硅太陽(yáng)能電池
非晶硅太陽(yáng)能電池由透明氧化物薄膜(TCO)層、非晶硅薄膜P-I-N層(I層為本征吸收層)、背電極金屬薄膜層組成，基底可以是鋁合金、不銹鋼、特種塑料等。它與單晶硅和多晶硅太陽(yáng)能電池的制作方法完全不同，硅材料消耗很少，電耗更低。
制造方法有多種，最常見(jiàn)的是用輝光放電法得到N型或P型的非晶硅膜。襯底材料一般用玻璃或不銹鋼板。非晶硅太陽(yáng)能電池很薄，可以制成疊層式，或采用集成電路的方法制造，可一次制作多個(gè)串聯(lián)電池，以獲得較高的電壓。
非晶態(tài)硅，其原子結構不像晶體硅那樣排列得有規則，而是一種不定形晶體結構的半導體。非晶硅屬于直接帶系材料，對陽(yáng)光吸收系數高，只需要1ùm厚的薄膜就可以吸收80%的陽(yáng)光。
非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的成本低，便于大規模生產(chǎn)。由于硅原料不足和價(jià)格上漲，促進(jìn)了高效使用硅的技術(shù)和非晶硅薄膜系太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)。非晶硅薄膜電池低廉的成本彌補了其在光電轉換效率上的不足，未來(lái)將在光伏發(fā)電上占據越來(lái)越重要的位置。
但是由于非晶硅缺陷較多，制備的太陽(yáng)能電池效率偏低，且其效率還會(huì )隨著(zhù)光照衰減，導致非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的應用受到限制。
目前非晶硅薄膜電池研究的主要方向是與微晶硅結合，生成非晶硅/晶硅異質(zhì)結太陽(yáng)能電池，這種電池不僅繼承了非晶硅電池的優(yōu)點(diǎn)，而且可以延緩非晶硅電池的效率隨光照衰減的速度，目前單純非晶硅薄膜電池的最高轉換效率為17.4%。
非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的特點(diǎn)
非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池與晶體硅太陽(yáng)能電池相比，具有重量輕、工藝簡(jiǎn)單、成本低、耗能少和便于大規模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因此受到人們重視，并得到迅速的發(fā)展。非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池首先實(shí)現商品化，也是目前產(chǎn)業(yè)規模最大的薄膜電池。
雖然非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池得到了廣泛的研究和應用。但是，依然存在著(zhù)很多問(wèn)題需要去解決：
1、y光學(xué)禁帶寬度為1.7eV，使得材料本身對太陽(yáng)輻射光譜的長(cháng)波區域吸收不敏感，限制了其光電轉換效率;
2、光電轉換效率隨著(zhù)光照時(shí)間的增長(cháng)而衰弱，即所謂的光致衰退（SW）效應，使得電池性能不穩定;
3、制備過(guò)程中，非晶硅的沉積速率較低，影響了非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的商業(yè)化生產(chǎn);
4、電池組件的后續加工困難，如Ag電極的處理問(wèn)題;
5、在薄膜沉積過(guò)程中存在大量的負面雜質(zhì)，如Oz，Nz和C等，影響薄膜的質(zhì)量和電池的穩定性。
多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池
多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池材料為無(wú)機鹽，其主要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅錮硒薄膜電池等。硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規模生產(chǎn)，但由于鎘有劇毒，會(huì )對環(huán)境造成嚴重的污染。
因此，并不是晶體硅太陽(yáng)能電池最理想的替代產(chǎn)品。砷化鎵（GaAs）III-V化合物電池的轉換效率可達28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光學(xué)帶隙以及較高的吸收效率，抗輻照能力強，對熱不敏感，適合于制造高效單結電池。但是GaAs材料的價(jià)格不菲，因而在很大程度上限制了用GaAs電池的普及。
CIS銅銦硒薄膜電池（簡(jiǎn)稱(chēng)CIS）適合光電轉換，不存在光致衰退問(wèn)題，轉換效率和多晶硅一樣。具有價(jià)格低廉、性能良好和工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，將成為今后發(fā)展太陽(yáng)能電池的一個(gè)重要方向。唯一的問(wèn)題是材料的來(lái)源，由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類(lèi)電池的發(fā)展又必然受到限制。
聚合物多層修飾電極型太陽(yáng)能電池
在太陽(yáng)能電池中以聚合物代替無(wú)機材料是剛剛開(kāi)始的一個(gè)太陽(yáng)能電池制爸的研究方向。其原理是利用不同氧化還原型聚合物的不同氧化還原電勢，在導電材料（電極）表面進(jìn)行多層復合，制成類(lèi)似無(wú)機P－N結的單向導電裝置。
其中一個(gè)電極的內層由還原電位較低的聚合物修飾，外層聚合物的還原電位較高，電子轉移方向只能由內層向外層轉移；另一個(gè)電極的修飾正好相反，并且第一個(gè)電極上兩種聚合物的還原電位均高于后者的兩種聚合物的還原電位。
當兩個(gè)修飾電極放入含有光敏化劑的電解波中時(shí)．光敏化劑吸光后產(chǎn)生的電子轉移到還原電位較低的電極上，還原電位較低電極上積累的電子不能向外層聚合物轉移，只能通過(guò)外電路通過(guò)還原電位較高的電極回到電解液，因此外電路中有光電流產(chǎn)生。
由于有機材料柔性好，制作容易，材料來(lái)源廣泛，成本底等優(yōu)勢，從而對大規模利用太陽(yáng)能，提供廉價(jià)電能具有重要意義。但以有機材料制備太陽(yáng)能電池的研究?jì)H僅剛開(kāi)始，不論是使用壽命，還是電池效率都不能和無(wú)機材料特別是硅電池相比。能否發(fā)展成為具有實(shí)用意義的產(chǎn)品，還有待于進(jìn)一步研究探索
納米晶化學(xué)太陽(yáng)能電池
在太陽(yáng)能電池中硅系太陽(yáng)能電池無(wú)疑是發(fā)展最成熟的，但由于成本居高不下，遠不能滿(mǎn)足大規模推廣應用的要求。為此，人們一直不斷在工藝、新材料、電池薄膜化等方面進(jìn)行探索，而這當中新近發(fā)展的納米TiO2晶體化學(xué)能太陽(yáng)能電池受到國內外科學(xué)家的重視。
納米晶化學(xué)太陽(yáng)能電池（簡(jiǎn)稱(chēng)NPC電池）是由一種在禁帶半導體材料修飾、組裝到另一種大能隙半導體材料上形成的，窄禁帶半導體材料采用過(guò)渡金屬Ru以及Os等的有機化合物敏化染料，大能隙半導體材料為納米多晶TiO2并制成電極，此外NPC電池還選用適當的氧化一還原電解質(zhì)。
納米晶TiO2工作原理：染料分子吸收太陽(yáng)光能躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)不穩定，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(jìn)入TiO2導帶中的電于最終進(jìn)入導電膜,然后通過(guò)外回路產(chǎn)生光電流。
納米晶TiO2太陽(yáng)能電池的優(yōu)點(diǎn)在于它廉價(jià)的成本和簡(jiǎn)單的工藝及穩定的性能。其光電效率穩定在10％以上，制作成本僅為硅太陽(yáng)電池的1/5－1/10．壽命能達到2O年以上。
鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池
2015年，日本、中國和瑞士研究人員借助薄膜摻雜技術(shù)，制造出一種面積為1平方厘米的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其公證效率為15％，研究人員給鈣鈦礦電池的無(wú)機界面層氧化鎳薄膜重摻雜鋰與鎂，將其導電性提高了10倍左右。
