燃料電池十分復(fù)雜，涉及化學(xué)熱力學(xué)、電化學(xué)、電催化、材料科學(xué)、電力系統(tǒng)及自動(dòng)控制等學(xué)科的有關(guān)理論，具有發(fā)電效率高、環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)?？偟膩碚f，燃料電池具有以下特點(diǎn)：

（1）能量轉(zhuǎn)化效率高他直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，中間不經(jīng)過燃燒過程，因而不受卡諾循環(huán)的限制。目前燃料電池系統(tǒng)的燃料—電能轉(zhuǎn)換效率在45%～60%，而火力發(fā)電和核電的效率大約在30%～40%。

（2）有害氣體SOx、NOx及噪音排放都很低CO2排放因能量轉(zhuǎn)換效率高而大幅度降低，無機(jī)械振動(dòng)。

（3）燃料適用范圍廣：燃料電池既可適用于城市大型發(fā)電站，也可作為醫(yī)院、商店、集體宿舍、邊遠(yuǎn)山區(qū)的小型發(fā)電裝置，以及日常和特種用于行走機(jī)械的動(dòng)力系統(tǒng)。燃料電池的開發(fā)時(shí)今后電氣新能暈應(yīng)用的重大方向，它的研制具有重大的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義。

（4）積木化強(qiáng)規(guī)模及安裝地點(diǎn)靈活，燃料電池電站占地面積小，建設(shè)周期短，電站功率可根據(jù)需要由電池堆組裝，十分方便。燃料電池?zé)o論作為集中電站還是分布式電，或是作為小區(qū)、工廠、大型建筑的獨(dú)立電站都非常合適

（5）負(fù)荷響應(yīng)快，運(yùn)行質(zhì)量高燃料電池在數(shù)秒鐘內(nèi)就可以從最低功率變換到額定功率，而且電廠離負(fù)荷可以很近，從而改善了地區(qū)頻燃料電池原理率偏移和電壓波動(dòng)，降低了現(xiàn)有變電設(shè)備和電流載波容量，減少了輸變線路投資和線路損失。

（6）環(huán)境保護(hù)性：通過燃料電池系統(tǒng)釋放出的污染物比直接燃燒要降低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，可有效的保護(hù)環(huán)境。

（7）模塊設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊：設(shè)備可以模塊化，尺寸靈活性大，發(fā)電量易于調(diào)節(jié)。

（8）位置靈活性：燃料電池是一種獨(dú)立的發(fā)電體系，由于沒有運(yùn)動(dòng)部件，所以可以沒有噪聲污染，可以方便使用，隨意放置，不受周圍環(huán)境限制。

（9）可以采用多種燃料：高溫操作型燃料電池不需要外部還原系統(tǒng)，在這一方面更具有優(yōu)勢(shì)。

硅基電池包括多晶硅、單晶硅和非晶硅電池三種。產(chǎn)業(yè)化晶體硅電池的效率可達(dá)到14％～20％(單晶體硅電池16％～20％，多晶體硅14％～16％)。目前產(chǎn)業(yè)化太陽電池中，多晶硅和單晶硅太陽電池所占比例近90%。硅基電池廣泛應(yīng)用于并網(wǎng)發(fā)電、離網(wǎng)發(fā)電、商業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域。

(1)單晶硅太陽能電池

單晶太陽電池板硅系列太陽能電池中，單晶硅大陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高（16％～20％），技術(shù)也最為成熟。現(xiàn)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(gòu)化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術(shù)，開發(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(zhuǎn)化效率主要是單晶硅表面微結(jié)構(gòu)處理和分區(qū)摻雜工藝。在此方面，德國夫朗霍費(fèi)費(fèi)萊堡太陽能系統(tǒng)研究所保持著世界領(lǐng)先水平。該研究所采用光刻照相技術(shù)將電池表面織構(gòu)化，制成倒金字塔結(jié)構(gòu)。并在表面把一13nm厚的氧化物鈍化層與兩層減反射涂層相結(jié)合．通過改進(jìn)了的電鍍過程增加?xùn)艠O的寬度和高度的比率。Kyocera公司制備的大面積（225cm2）單電晶太陽能電池轉(zhuǎn)換效率為19.44%，國內(nèi)北京太陽能研究所也積極進(jìn)行高效晶體硅太陽能電池的研究和開發(fā)，研制的平面高效單晶硅電池（2cm×2cm）轉(zhuǎn)換效率達(dá)到19.79%，刻槽埋柵電極晶體硅電池（5cm×5cm）轉(zhuǎn)換效率達(dá)8.6%。單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率無疑是最高的，在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于受單晶硅材料價(jià)格及相應(yīng)的繁瑣的電池工藝影響，致使單晶硅成本價(jià)格居高不下。

（2）多晶硅太陽電池

多晶硅太陽電池成本低，轉(zhuǎn)化效率較高（14％～16％），生產(chǎn)工藝成熟，占有主要光伏市場(chǎng)，是現(xiàn)在太陽電池的主導(dǎo)產(chǎn)品。多晶硅太陽電池已經(jīng)成為全球太陽電池占有率最高的主流技術(shù)。但多晶硅太陽電池效率低于單晶硅電池。比較單位成本發(fā)電效率，兩者接近。

（3）非晶硅太陽電池

非晶硅的優(yōu)點(diǎn)在于其對(duì)于可見光譜的吸光能力很強(qiáng)（比結(jié)晶硅強(qiáng)500倍），所以只要薄薄的一層就可以把光子的能量有效吸收。而且這種非晶硅薄膜生產(chǎn)技術(shù)非常成熟，不僅可以節(jié)省大量的材料成本，也使得制作大面積太陽電池成為可能。主要缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)化率低（5%-7%），而且存在光致衰退(所謂的S-W效應(yīng)，即光電轉(zhuǎn)換效率會(huì)隨著光照時(shí)間的延續(xù)而衰減，使電池性能不穩(wěn)定)。因此在太陽能發(fā)電市場(chǎng)上沒有競(jìng)爭(zhēng)力，而多用于功率小的小分型電子產(chǎn)品市場(chǎng)。如電子計(jì)算器、玩具等。

在1980年代，非晶硅是唯一商業(yè)化的薄膜型太陽電池材料，當(dāng)年非晶硅太陽電池出現(xiàn)，曾引起大量投入。從1985到1990年初，非晶硅太陽電池的比例曾創(chuàng)下全球太陽電池總量三分之一，但之后卻因?yàn)榉€(wěn)定性不佳問題未能獲得有效改善，使得產(chǎn)量下滑。

薄膜太陽電池

依據(jù)材料種類不同，薄膜電池可細(xì)分為：微晶硅薄膜硅太陽電池（ThinFilmCrystallineSiliconSolarCell，簡(jiǎn)稱c-Si）；非晶硅薄膜太陽電池（ThinFilmAmorphousSiliconSolarCell，簡(jiǎn)稱a-Si）、Ⅱ-Ⅵ族化合物太陽電池（碲化鎘（CdTe）、硒化銦銅）、Ⅲ-Ⅴ族化合物太陽電池，如砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）、磷化鎵銦（InGaP）。除了Ⅲ-Ⅴ族化合物太陽電池可以利用多層薄膜結(jié)構(gòu)達(dá)到高于30%以上的轉(zhuǎn)換效率外，其他的集中薄膜型太陽電池效率一般多在10%以下。

目前已產(chǎn)業(yè)化的薄膜光伏電池材料有三種：非晶硅(a-Si)、銅銦硒(CIS，CIGS)和碲化鎘(CdTe)，其中，非晶硅薄膜電池生產(chǎn)比重最大。2007年，占全球總產(chǎn)量的5.2%。

（1）Ⅲ-Ⅴ族化合物太陽電池

典型的Ⅲ-Ⅴ族化合物太陽電池為砷化鎵（GaAs）電池，轉(zhuǎn)換率達(dá)到30%以上，這是因?yàn)棰?Ⅴ族是具有直接能隙的半導(dǎo)體材料，僅僅2um厚度，就可在AM1的輻射條件下吸光97%左右。在單晶硅基板上，以化學(xué)氣相沉積法成長GaAs薄膜所制成的薄膜太陽電池，因效率較高，應(yīng)用在太空。而新一代的GaAS多接面太陽電池，因可吸收光譜范圍高，所以轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到39%以上，是目前轉(zhuǎn)換效率了最高的太陽電池種類。而且性能穩(wěn)定，壽命也相當(dāng)長。不過這種電池價(jià)格昂貴，平均每瓦價(jià)格可高出多晶硅太陽電池?cái)?shù)十倍以上，因此不是民用主流。

因?yàn)榫哂兄苯幽芟都案呶庀禂?shù)，而且耐反射損傷性佳且對(duì)溫度變化不敏感，所以適合應(yīng)用在熱光伏特系統(tǒng)（thermophotovolaicsTRV）、聚光系統(tǒng)（concentratorsystem）及太空等三個(gè)主要領(lǐng)域。

從2007年8月開始，砷化鎵電池從衛(wèi)星上的使用轉(zhuǎn)變?yōu)榫酃獾奶柲馨l(fā)電站的規(guī)模應(yīng)用。砷化鎵高效聚光電池在國外正在被證明是低成本規(guī)模建造太陽能電站的有效途徑。

（2）Ⅱ-Ⅵ族化合物太陽電池

Ⅱ-Ⅵ族化合物太陽電池包括碲化鎘薄膜電池和銅銦鎵硒薄膜電池。

碲化鎘電池具有直接能隙，能隙值為1.45eV，正好位于理想太陽電池的能隙范圍內(nèi)。此外，具有很高的吸光系數(shù)。成為可以獲得高效率的理想太陽電池材料之一。此外，可利用多種快速成膜技術(shù)制作，由于模組化生產(chǎn)容易，因此近年來商業(yè)性表現(xiàn)較佳，CdTe/glass已經(jīng)用于大面積屋頂材料。但鎘污染問題是發(fā)展該薄膜電池的一項(xiàng)隱患。不過美國和德國已經(jīng)推行CdTe太陽電池回收及再生機(jī)制，為市場(chǎng)注入正面力量。由于該電池制作過程耗時(shí)只有幾分鐘，易于快速批量生產(chǎn)，因此美國方面相當(dāng)看好市場(chǎng)前景。認(rèn)為未來可能超過非晶硅太陽電池占有量。

銅銦鎵硒吸光范圍非常廣，而且戶外環(huán)境下穩(wěn)定性相當(dāng)好。由于其具有高轉(zhuǎn)換效率和低材料制造成本，因此被視為未來最有發(fā)展?jié)摿Φ谋∧る姵胤N類之一。在轉(zhuǎn)換效率方面，若利用聚光裝置的輔助，目前轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)可以達(dá)到30%左右，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境測(cè)試下最高也達(dá)到了19.5%水平，可以和單晶硅太陽電池媲美。除了適合用在大面積的地表用途外，Cu（InGa）Se2太陽電池也具有抗輻射損傷能力，所以也具有應(yīng)用在太空領(lǐng)域潛力。太陽電池片經(jīng)過30年發(fā)展，CIGS電池普及性仍然不高。小規(guī)模的量產(chǎn)階段并未明確看到它被世人期待的成本優(yōu)勢(shì)。因此，如何使得太陽電池量產(chǎn)技術(shù)成熟化大幅降低制造成本是未來努力的課題。另一個(gè)發(fā)展方向，是發(fā)展比較寬能隙（大于1.5eV）的CIGS技術(shù)，而不會(huì)造成效率損失。發(fā)展可以制造高品質(zhì)的CIGS薄膜低溫制造過程，也是降低制造成本的一個(gè)重點(diǎn)。在低材料成本及高模組效率的市場(chǎng)潛力吸引下，近年來，除了ShellSolar，WrthSolar，ShowaShell，ZSW等持續(xù)投入研發(fā)外，甚至本田也跟進(jìn)生產(chǎn)。CIGS太陽電池發(fā)展的隱患是In及Ga的蘊(yùn)藏量有限，在其他半導(dǎo)體及光電產(chǎn)業(yè)競(jìng)相使用下，可能面臨目前硅材料不足的同樣問題。同時(shí)，制造工藝復(fù)雜，投資成本高，因而制約市場(chǎng)成長；CdS具有潛在毒性的缺點(diǎn)，因此限制了市場(chǎng)發(fā)展。