燃料電池十分復雜，涉及化學熱力學、電化學、電催化、材料科學、電力系統及自動控制等學科的有關理論，具有發電效率高、環境污染少等優點。總的來說，燃料電池具有以下特點：

（1）能量轉化效率高他直接將燃料的化學能轉化為電能，中間不經過燃燒過程，因而不受卡諾循環的限制。目前燃料電池系統的燃料—電能轉換效率在45%～60%，而火力發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排放因能量轉換效率高而大幅度降低，無機械振動。

（3）燃料適用范圍廣：燃料電池既可適用于城市大型發電站，也可作為醫院、商店、集體宿舍、邊遠山區的小型發電裝置，以及日常和特種用于行走機械的動力系統。燃料電池的開發時今后電氣新能暈應用的重大方向，它的研制具有重大的社會意義和經濟意義。

（4）積木化強規模及安裝地點靈活，燃料電池電站占地面積小，建設周期短，電站功率可根據需要由電池堆組裝，十分方便。燃料電池無論作為集中電站還是分布式電，或是作為小區、工廠、大型建筑的獨立電站都非常合適

（5）負荷響應快，運行質量高燃料電池在數秒鐘內就可以從最低功率變換到額定功率，而且電廠離負荷可以很近，從而改善了地區頻燃料電池原理率偏移和電壓波動，降低了現有變電設備和電流載波容量，減少了輸變線路投資和線路損失。

（6）環境保護性：通過燃料電池系統釋放出的污染物比直接燃燒要降低幾個數量級，可有效的保護環境。

（7）模塊設計，結構緊湊：設備可以模塊化，尺寸靈活性大，發電量易于調節。

（8）位置靈活性：燃料電池是一種獨立的發電體系，由于沒有運動部件，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，在這一方面更具有優勢。

硅基電池包括多晶硅、單晶硅和非晶硅電池三種。產業化晶體硅電池的效率可達到14％～20％(單晶體硅電池16％～20％，多晶體硅14％～16％)。目前產業化太陽電池中，多晶硅和單晶硅太陽電池所占比例近90%。硅基電池廣泛應用于并網發電、離網發電、商業應用等領域。

(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換效率最高（16％～20％），技術也最為成熟。現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化、發射區鈍化、分區摻雜等技術，開發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。

提高轉化效率主要是單晶硅表面微結構處理和分區摻雜工藝。在此方面，德國夫朗霍費費萊堡太陽能系統研究所保持著世界領先水平。該研究所采用光刻照相技術將電池表面織構化，制成倒金字塔結構。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合．通過改進了的電鍍過程增加柵極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換效率為19.44%，國內北京太陽能研究所也積極進行高效晶體硅太陽能電池的研究和開發，研制的平面高效單晶硅電池（2cm×2cm）轉換效率達到19.79%，刻槽埋柵電極晶體硅電池（5cm×5cm）轉換效率達8.6%。單晶硅太陽能電池轉換效率無疑是最高的，在大規模應用和工業生產中仍占據主導地位，但由于受單晶硅材料價格及相應的繁瑣的電池工藝影響，致使單晶硅成本價格居高不下。

（2）多晶硅太陽電池

多晶硅太陽電池成本低，轉化效率較高（14％～16％），生產工藝成熟，占有主要光伏市場，是現在太陽電池的主導產品。多晶硅太陽電池已經成為全球太陽電池占有率最高的主流技術。但多晶硅太陽電池效率低于單晶硅電池。比較單位成本發電效率，兩者接近。

（3）非晶硅太陽電池

非晶硅的優點在于其對于可見光譜的吸光能力很強（比結晶硅強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技術非常成熟，不僅可以節省大量的材料成本，也使得制作大面積太陽電池成為可能。主要缺點是轉化率低（5%-7%），而且存在光致衰退(所謂的S-W效應，即光電轉換效率會隨著光照時間的延續而衰減，使電池性能不穩定)。因此在太陽能發電市場上沒有競爭力，而多用于功率小的小分型電子產品市場。如電子計算器、玩具等。

在1980年代，非晶硅是唯一商業化的薄膜型太陽電池材料，當年非晶硅太陽電池出現，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下全球太陽電池總量三分之一，但之后卻因為穩定性不佳問題未能獲得有效改善，使得產量下滑。

薄膜太陽電池

依據材料種類不同，薄膜電池可細分為：微晶硅薄膜硅太陽電池（ThinFilmCrystallineSiliconSolarCell，簡稱c-Si）；非晶硅薄膜太陽電池（ThinFilmAmorphousSiliconSolarCell，簡稱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構達到高于30%以上的轉換效率外，其他的集中薄膜型太陽電池效率一般多在10%以下。

目前已產業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比重最大。2007年，占全球總產量的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，轉換率達到30%以上，這是因為Ⅲ-Ⅴ族是具有直接能隙的半導體材料，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，所以轉換效率可達到39%以上，是目前轉換效率了最高的太陽電池種類。而且性能穩定，壽命也相當長。不過這種電池價格昂貴，平均每瓦價格可高出多晶硅太陽電池數十倍以上，因此不是民用主流。

因為具有直接能隙及高吸光系數，而且耐反射損傷性佳且對溫度變化不敏感，所以適合應用在熱光伏特系統（thermophotovolaicsTRV）、聚光系統（concentratorsystem）及太空等三個主要領域。

從2007年8月開始，砷化鎵電池從衛星上的使用轉變為聚光的太陽能發電站的規模應用。砷化鎵高效聚光電池在國外正在被證明是低成本規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。此外，具有很高的吸光系數。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制作，由于模組化生產容易，因此近年來商業性表現較佳，CdTe/glass已經用于大面積屋頂材料。但鎘污染問題是發展該薄膜電池的一項隱患。不過美國和德國已經推行CdTe太陽電池回收及再生機制，為市場注入正面力量。由于該電池制作過程耗時只有幾分鐘，易于快速批量生產，因此美國方面相當看好市場前景。認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，而且戶外環境下穩定性相當好。由于其具有高轉換效率和低材料制造成本，因此被視為未來最有發展潛力的薄膜電池種類之一。在轉換效率方面，若利用聚光裝置的輔助，目前轉換效率已經可以達到30%左右，在標準環境測試下最高也達到了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，所以也具有應用在太空領域潛力。太陽電池片經過30年發展，CIGS電池普及性仍然不高。小規模的量產階段并未明確看到它被世人期待的成本優勢。因此，如何使得太陽電池量產技術成熟化大幅降低制造成本是未來努力的課題。另一個發展方向，是發展比較寬能隙（大于1.5eV）的CIGS技術，而不會造成效率損失。發展可以制造高品質的CIGS薄膜低溫制造過程，也是降低制造成本的一個重點。在低材料成本及高模組效率的市場潛力吸引下，近年來，除了ShellSolar，WrthSolar，ShowaShell，ZSW等持續投入研發外，甚至本田也跟進生產。CIGS太陽電池發展的隱患是In及Ga的蘊藏量有限，在其他半導體及光電產業競相使用下，可能面臨目前硅材料不足的同樣問題。同時，制造工藝復雜，投資成本高，因而制約市場成長；CdS具有潛在毒性的缺點，因此限制了市場發展。