薄膜和晶体硅太阳能电池板的区别.docVIP

薄膜和晶体硅太阳能电池板的区别 作者：Mat Dirjish 太阳能电池由来已久，但很长一段时间内仍处于研发阶段。当阳光照射到太阳能电池上时，会产生电荷，出现光伏效应。电荷数量取决于多个因素：电池材料（硅、薄膜等）、电池面积（更大的电池面积意味着更多单个电池可转化为更多电压或电流）以及光源的质量。最高效和最有吸引力的光源就是容易获得且无需成本太阳。 太阳能简介 如果来源可靠的话，是法国物理学家贝克勒尔（Alexandre-Edmond Becquerel） 在1839年无意中在放置在光线下的导电液体中操作电极，从而发现了光伏作用。美国发明家Charles Fritts在1883年左右首次制备了光伏太阳能电池。他的方法是在在硒表面镀上一层薄薄的金，制成的电池的最高效率只有不到1%。当然硒和金的成本很高，这让他的成就打了一些折扣。 故事继续。到了1888年，俄国物理学家Aleksandr Stoletov基于赫兹（Heinrich Hertz）在1887年发现的光电效应组装了光伏电池；1905年，艾尔伯特?爱因斯坦解释了光电效应；1946年，美国工程师Russell Shoemaker Ohl为结型太阳能电池注册了专利；研究最终还导致了晶体管的发明。 贝尔实验室在1954年因为开发首个有效太阳能光伏电池而知名。贝尔实验室使用扩散半导体PN结为太阳能电池带来了效率的提升，但还不足以在具有成本效益的范围内生产。四年后，先锋1号（Vanguard I）卫星发射升空，外壳装配了太阳能电池以延长卫星执行任务的时间，通常任务时间由可用电池的寿命决定。结果证明太阳能电池是有效的，因此集成到了当时的卫星设计中，如贝尔实验室的Telstar卫星。 太阳能电池在此后的20年里发展很缓慢，直到埃克森石油公司的Eliot Berman在价格和效率方面取得突破。1969年左右，Berman首先注意到了太阳能电池可以通过半导体生产工艺进行制造。不用从头开始切割打磨半导体，也不用抗反射涂层，半导体晶圆废品的正面就具有抗反射性，只需要切割到合适的尺寸，加上印刷电路，用于抗反射表面就可以了。 Berman的办法解决了两个成本巨大的制作过程，而且让硅片废品得以广泛回收利用。他意识到不需要完美的硅片，有少量瑕疵的废弃硅片对太阳能电池的性能影响不大。长话短说，1973年Berman和他的团队制成了成本为10美元/W的太阳能电池板，售价则达到了20美元/W。 晶体硅太阳能电池板 晶体硅（c-Si）太阳能电池是目前应用最广泛的太阳能电池，主要因为晶体硅具有稳定性，效率能够达到15%-25%。晶体硅有赖于基于大量数据的成熟的制程技术，而且总体上已经被证明是可靠的。不过晶体硅吸收光线能力差，这可能是其超小型结构的天生缺陷，因此必须相当厚且坚固。 一个基本的晶体硅电池包括7层（图1），透明的粘着剂连着玻璃保护层，下面是抗反射涂层，确保所有的光线穿过硅晶体层。类似于半导体技术，N层夹着P层，有两个电接触点：上层带正电，下层带负电。 图1：晶体硅电池包含7层，其中两层是外部的电接触——将整个结构连在一起 150mm的晶圆，厚度为200mm。而多晶硅更受欢迎，制造量更大，例如将硅切割成条状再切成晶圆。无论哪一种，硅太阳能电池产生的电量都约为0.5V，多个电池可以串联依靠提高输出电压。 薄膜太阳能电池板 即使采用废弃硅片，考虑到其效率水平，硅晶圆并不一定成本低廉。薄膜太阳能电池比传统太阳能电池板更便宜，但效率也更低，光伏转换率在20%-30%之间。 根据所采用的材料不同，典型的薄膜太阳能电池可分为以下四类：非晶硅（a-Si）和薄膜硅（TF-Si）；碲化镉（CdTe）；铜铟镓硒（CIS 或CIGS）和染料敏化太阳能电池（DSC）加上其他天然材料。 薄膜太阳能电池和硅晶体太阳能电池的结构并没有太大不同，它包含六层（图2）结构。这种结构下，透明涂层覆盖着抗反射层，下面是PN结，然后再是接触板和基底。很明显，运行原理（光伏）和晶体硅电池是一样的。 图2：薄膜太阳能电池结构包含六层，与对应的晶体硅结构没有太大差别，运行原理也同为光伏原理 CdTe），要么是铜铟镓硒（CIGS）。 硅VS薄膜 晶体硅技术已经存在了一段时间而且证明了是有价值的，薄膜技术仍然处于初始阶段，但有潜力在同等的效率和可靠性条件下实现更低的成本。既然如此，应该如何选择？ 晶体硅的优势在于高转换效率，达到12%-24.2%，高稳定性、容易制造、高可靠性。时间是另外一个优势：晶体硅模块在70年代就已经在生产了，单晶硅面板能够耐受恶劣的环境，可用于太空飞行。 其他的优势包括耐热性和低安装成本。而且考虑到废弃/循环利用的时间，硅对环境更友好。 缺点在于，就初始成本而言，晶体硅是最贵