太阳能光伏的根本困难在于，自从第一块晶体硅太阳电池开发出来的60多年间^[5]，我们还没有发现一种半导体材料可以满足表5.1和5.2列出来的所有要求。由于太阳能光伏技术没有一种完美的半导体材料，从而使得今天有多种电池技术共存，这也迫使我们不得不再三考虑表5.1和表5.2中所列的要求，找出其中相对不那么重要的要求进行舍弃。我们将在下文总结现有产业化太阳电池技术的不足，包括晶体硅、碲化镉、薄膜硅和铜铟镓硒等。此外，我们将在本章的后半部分对太瓦级规模光伏应用在资源方面所受到的限制进行定量分析。

尽管硅是地球上储量最丰富的元素之一，然而目前的晶体硅太阳电池技术采用了银作为前电极（见图3.1a）；而银是一种昂贵的且有限的资源，这也使得在发展太瓦级晶体硅太阳电池技术时，必须寻找银的替代品。另一个限制因素是晶体硅太阳电池和组件生产过程的高能耗，大约为4kWh/Wp，意味着每生产1Wp的晶体硅组件所需要耗费的电力为4kWh。晶体硅太阳电池和组件的制造成本较高，这是因为硅的化学键具有方向性和高强度，从而使得硅晶体难以切割而又需要高温处理。另外，由于硅是间接带隙半导体，其吸收系数较低，这使得需要较厚的硅片用于电池制备。目前的技术采用180～200μm硅片；同时，电池还需要良好的陷光技术用于吸收尽可能多的光，如优异的内部反射和背反射。

薄膜硅太阳电池技术是为了降低晶体硅太阳电池的成本和能耗而开发的。薄膜硅太阳电池的制备避开了晶体硅太阳电池制造过程中许多高成本和高能耗步骤，如三氯氢硅还原、铸锭和切片等。硅薄膜是硅烷（SiH₄）通过等离子体增强化学气相沉积直接合成的。硅烷是非腐蚀性的。硅薄膜非晶的本质产生了1.75eV的直接带隙，从而可以实现薄膜硅光伏。同时，非晶硅太阳电池的效率明显降低，其效率纪录仅为13.4%，远低于单晶硅太阳电池25.0%的效率纪录（见图2.1）。由于等离子增强化学气相沉积是一种基于真空的制造方法，这也使得薄膜硅太阳电池的成本只略低于晶体硅太阳电池。另外，今天的薄膜硅太阳电池通常采用银作为背反射层和氧化铟锡作为前表面透明电极。而银和铟（In）在地球上的储量均有限。为实现薄膜硅太阳电池的太瓦级规模应用，银和铟不得不用地球上的高丰度元素来取代。(www.daowen.com)

除了原材料地球储量丰富和低健康与环境影响之外，碲化镉满足表5.1和表5.2中的大部分要求。碲（Te）在地球上稀少，且其年产量也有限。年产量限制着碲化镉组件的年生产率，也就是碲化镉组件可以多快被应用。自2009年以来碲化镉市场份额的逐年缩小（见图2.7），至少一部分原因应归于碲材料供应不足。尽管有碲化镉本身是一种比金属镉更低毒性的稳定化合物的观点，镉本身是一种有毒的重金属。

在铜铟镓硒中，铟是稀有元素并且其年产量也有限。其他半导体技术如发光二极管、激光器和高压功率器件等也需要铟和镓。它们与光伏产业竞争，这将很可能提高铟和镓的价格。铜铟镓硒的可加工性则是另一个问题，它会降低铜铟镓硒组件的成品率、增加组件的成本。铜铟镓硒材料含有三种阳离子，即铜、铟和镓，这使得大面积生长三种阳离子均匀分布、组分一致的薄膜十分困难。由于这个原因，铜铟镓硒与碲化镉相比其实验室效率（见图2.1）更高但产业化更慢。用于太瓦级太阳能光伏的完美半导体材料应该是一种含有少量组分的简单化合物，例如两元或三元半导体。