1　緒論

1.1　引言

當今世界，能源需求已經成為所有人生活中不可或缺的一部分。美國能源信息署（the United States Energy Information Administration）發布的《2011世界能源展望》中指出：2008年整個世界的能源消耗大概是505kM BTU（British thermal units），到2020年將增長到619kM BTU，而到T 2035年則會增長到770kM BTU，從2008年到2035年，整個世界能源需求估計增長53%［1］。從能源供應的類型來看，化石燃料仍然占據世界能源供應的主導地位，這也意味著那些不可再生資源如石油、煤炭和天然氣等仍將持續為人類提供能源。但是這些化石燃料的儲量是有限的，而人類對它們的消耗卻在快速增加，如果不去開發新的能源，未來能源短缺將會成為世界性難題。

人類長期依靠化石燃料提供能源更會對環境造成嚴重的污染和破壞。眾所周知，燃燒化石燃料將不可避免地帶來二氧化碳（CO2）氣體的排放，而二氧化碳氣體是一種溫室氣體，其可能造成全球氣溫的上升，從而導致冰川的融化和海平面的上升。根據美國能源信息署在《2011世界能源展望》中發布的數據：2008年全世界與能源有關的二氧化碳排放量達到302億t，預計到2020年將增長到352億t，2035年將增長到432億t［1］。如果不采取有效措施限制并減少二氧化碳氣體的排放，將給自然和人類健康帶來嚴重威脅。

化石燃料的燃燒也會排放出二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）等污染氣體，這些污染氣體將可能引起酸雨的形成，酸雨落到地面可能引起土壤的酸化，森林植物的死亡以及建筑材料的失效等嚴重后果［2-3］。另外，由化石燃料的燃燒還會帶來一些其他的污染物，例如CO、細顆粒物、揮發性有機物等，這些都會對人類健康和自然環境造成嚴重威脅。

為此，世界各國的研究者們都在致力于發展清潔與可再生能源的工作，例如太陽能、風能、地熱能、生物質能和潮汐能等。而在這些清潔與可再生能源中，太陽能資源被人們寄予了厚望，因為其具有大的儲存量，使用安全，無地域限制以及無污染等優點。太陽每年輸送到地球的能量約為3×1024J，據計算［4］，如果將光電轉換效率為10%的太陽能電池覆蓋在0.1%的地球表面，這些電池所輸出的電能就能夠供應全人類的能源需求了。

到目前為止，太陽能的利用方式主要有四種，分別為光電轉換、光熱轉換、光化學轉換和光生物轉換。其中，光電轉換是各國研究者們關注的重點。這是因為光電轉換能將太陽能直接轉換為電能，而電能是人們利用的最主要的能源方式，太陽能電池產生的電能可以直接輸入用電設備或者進入電網被利用。