地球上一切能源均源自太阳。太阳能（Solar Energy）通常是指太阳光的辐射能量。自地球形成以来，生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件来保存食物，如晒制咸鱼干等。在化石燃料日趋减少、环境污染日益严重的背景下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。

太阳能最直接的利用方法就是利用光收集器将太阳光集聚，并运用其能量来加热物体而获得热能。太阳能热水器是最简单的集热器，由涂抹光热转换涂层（多为高分子化合物）的采热板及含保温材料的储水箱体构成，采热板采集阳光而转换成热量并将其传给水，产生热水。科学家们正积极研制能以更小接触面积获取更多热量的吸热涂层材料，从而提高光热转换效率。二十世纪八十年代，世界上已建成若干大型太阳能热发电站，如美国加州并网发电的太阳能热电厂装机容量达350 MW，使得发电成本大幅下降。除运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能，方法是在设计时加入合适的装备，如修建巨型向阳窗户或使用能吸光并缓释太阳热能的建筑材料；海上太阳能项目——新型船舶先利用有关设备将阳光都自动聚集到甲板中心的中央，然后用热能加热发动机锅炉里的水，从而用产生的高温高压蒸汽推动发动机来提供动力。

太阳能利用的重要途径则是通过光电转换技术将太阳光蕴藏的能量转换为电力，这需要借助光伏板组件，其几乎以半导体基质（如Si）制成的固体光伏电池组成，利用半导体材料吸收太阳辐射能后诱导电荷产生，即利用在空间电场下电荷分离的光伏效应，将太阳能转换成直流电的装置，所产生的直流电用蓄电池储备。1954年美国贝尔实验室率先用单晶硅太阳能电池使太阳能转化为电能，转化效率约为6%。简单的太阳能电池可为手表及微型电脑提供能源，较复杂的光伏系统可应用于房屋、路面照明及为交通信号灯和监控系统供电等。例如，太阳能路灯是一种利用太阳能作为能源的路灯（图2-3），因不受供电限制、不开沟埋线、无须常规电源、不污染环境，因此受到人们广泛关注。太阳能路灯既可用于城镇公园、道路、草坪的照明，又可用于人口分布密度较小，交通不便经济不发达、缺乏常规燃料，难以用常规能源发电，但太阳能资源丰富的地区，从而解决这些地区人们的家用照明问题。

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图2-3　太阳能路灯示意图

如果按光电转化材料来分，太阳能电池可分为硅太阳能电池、化合物半导体太阳能电池、湿式太阳能电池和有机太阳能电池等。硅太阳能电池包括晶态（单晶和多晶）及非晶态（如Si、SiC、SiN和SiSn等）硅太阳能电池。目前单晶硅和多晶硅太阳能电池光电转化效率分别可达15%和18%。单晶硅太阳能电池造价较高，主要用作卫星、空间航天器等的能源设备。化合物半导体太阳能电池包括GaAs（砷化镓）、AlGaAs、InP、CdS、CdTe、CuInSe2（铜铟硒）、CMInS2等半导体太阳能电池。其中GaAs、CuInSe2、CdTe等半导体太阳能电池光电转化效率可达15%～30%。湿式太阳能电池有TiO2、GaAs、InP和Si等太阳能电池。如纳米TiO2太阳能电池的光电转化效率在10%以上。有机太阳能电池包括酞菁、聚乙炔等类型。但是，目前所有太阳能光电转化发电的成本较常规发电均要高出3～5倍，故影响了其推广普及。