1973年第四次中东战争爆发了，由它引起的“石油禁运”使得原油价格从每桶不到3美元飙升到超过13美元，全世界发生因此发生了“能源危机”。除去国家之间的利益斗争，这次能源危机也反映了人类在过去的能源使用中对常规不可再生能源的过分依赖。
常规能源，例如煤，石油，天然气等是具有局限性的，而且人类在体会着它带来的科技经济发展的同时，也在忍受着环境污染和极端天气的影响。当然，近年来在清洁能源的发展上人类取得了很大的成绩。说到取代传统能源，我们也能说出许多例子，比如脑海里浮现的风能发电大风车和超级雄伟的三峡大坝，以及最最常见的太阳能电池。
世界能源结构（图片来源于World 9ergy Council2013年报告）
说到太阳能电池，它大到达数平方公里的电站，小到纳米级的材料，其应用已经和人类生活息息相关。目前世界上的太阳能电池按照技术成熟程度划分主要可以分为三大类：晶硅电池（第一代电池）；薄膜电池（第二代电池）；新型概念电池（第三代电池）。
太阳电池 （图片来源于网络）
晶硅太阳电池主要有单晶硅太阳电池，多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池。最早的硅太阳电池是单晶硅太阳电池，用区熔法制备的器件仍然保持着目前世界实验室的最高效率26.33%，市面上的单晶硅电池效率一般在13-20%。虽然单晶硅电池的原料十分丰富而且技术成熟，但是它的制作成本高而且工艺复杂，相比之下多晶硅太阳电池虽然效率稍低（21.3%），但是制作成本相比于单晶硅电池低，是目前市场上的主流。无论是单晶硅还是多晶硅，在制备上都需要消耗大量的能源，而消耗较少的非晶硅太阳电池在转换效率上处于劣势，使得它在实际应用上收到很大的限制。
第二代太阳电池主要包括铜铟镓硒（CIGS）太阳电池，碲化镉(CdTe)太阳能电池，砷化镓(GaAs)太阳能电池等。铜铟镓硒（CIGS）太阳电池可以在柔性可卷曲衬底上制备，适用于曲面造型的光伏建筑和应用。在户外工作长时间性能不会衰减，弱光条件下仍可以发电。碲化镉（CdTe）太阳能电池是一种以p型CdTe和n型CdS的异质结为基础的薄膜太阳能电池。它具有理想的禁带宽度，高的光吸收率，转换效率较高（目前实验室效率已经达到 22.1%），强弱光都可以发电，电池性能稳定的优点，目前碲化镉太阳能电池在我国正处于从实验室研究到实际应用产业化的快速发展阶段。砷化镓(GaAs)太阳能电池主要包括单结和多结砷化镓太阳电池两种，它普遍工艺复杂、价格昂贵、转化效率高并且抗辐射能力高，被主要应用于航天器和聚光太阳能电池系统中。这三种太阳电池的制备材料元素比较稀有，在一定程度上发展受到影响。
新型太阳电池主要有两类：染料敏化太阳电池和钙钛矿太阳电池。染料敏化太阳电池模仿绿色植物的光合作用把自然界中的光能转化为电能。它主要由光阳极，液态电解质和光阴极组成“三明治结构”，它的制备工艺较简单，原材料丰富而且成本低廉，整个生产过程无毒、无污染，部分材料还可以回收，但其稳定性有待于提高。值得一提的是最近发展十分迅速的钙钛矿太阳电池。这种电池采用钙钛矿结构的碘化铅甲胺 CH3NH3PbI3 作为光吸收材料，它自从 2009 年报道的光电转换效率3.8%到如今8效率超过22%，短短几年的时间发展速度引起世界上很多学者的关注。钙钛矿型太阳电池材料制备工艺简单，不需高温高真空在常温下即可获得均匀薄膜，成本低廉，而且钙钛矿材料可以吸收绝大部分的太阳光，产生的光生载流子在材料本身高的双极性载流子传输性能的作用下也不易复合，导致其能量损耗小，可以在多重环境下工作，研究前景被国内外研究者看好，稳定性和效率提高有很大空间，有望在未来对太阳能科学与技术行业产生巨大影响。
钙钛矿太阳能电池（图片来源 Yang Y, You J. Make perovskite 6lar cells stable[J]. Nature, 2017, 544(7649): 155-156.）
太阳能作为一种绿色清洁的可再生资源，对它的应用研究越来越多，但在使用上仍然没有超过传统的化石能源，在改变人类能源的使用比例上，未来值得研究的问题还有很多。科学家也正在积极地进行光伏电源推动计划，拟在4年内在青海，新疆等地区推广总容量为10MW的用户光伏电源。随着这些技术的不断发展和成熟，我们期待未来太阳能电池对我们生活的改变。
