太阳能电池的应用.pdf

引言 1954年Bell 实验室研发出第一个单晶硅太阳能电池，效率为 6%。自此开启了太阳能电池的新纪元。硅系太阳能电池已从单晶， 多晶硅发展到非晶硅，从块状发展到薄膜，实现第一代到第二代的 的转换。 20世纪后期，各种化合物薄膜电池兴起， 呈现欣欣向荣的局面。 碲化镉，砷化镓，铜铟镓硒如雨后春笋般地登上舞台。 有机物薄膜电池也不甘寂寞，在沉寂了数年之后也焕发出勃勃 生气。 21 世纪注定是太阳能利用的新世纪。 那么，在诸多太阳能电池中， 究竟哪些会脱颖而出，或者说占主导地位呢？ 一． 太阳能电池的工作原理 太 阳 能 电 池 发 电 原 理 ： 太 阳 能 电 池 是 一 对 光 有 响 应 并 能 将 光 能 转 换 成 电 力 的 器 件 。 能 产 生 光 伏 效 应 的 材 料 有 许 多 种 ， 如 ： 单 晶 硅 ， 多 晶 硅 ， 非 晶 硅 ， 砷 化 镓 ， 硒 铟 铜 等 。 它 们 的 发 电 原 理 基 本 相 同 ， 现 以 晶 体 为 例 描 述 光 发 电 过 程 。 P 型 晶 体 硅 经 过 掺 杂 磷 可 得 N 型 硅 ， 形 成 P － N 结 。 当 光 线 照 射 太 阳 能 电 池 表 面 时 ，一 部 分 光 子 被 硅 材 料 吸 收 ； 光 子 的 能 量 传 递 给 了 硅 原 子 ， 使 电 子 发 生 了 越 迁 ， 成 为 自 由 电 子 在 P－ N 结 两 侧 集 聚 形 成 了 电 位 差 ， 当 外 部 接 通 电 路 时 ， 在 该 电 压 的 作 用 下 ， 将 会 有 电 流 流 过 外 部 电 路 产 生 一 定 的 输 出 功 率 。 这 个 过 程 的 实 质 是 ： 光 子 能 量 转 换 成 电 能 的 过 程 。 晶 体 硅 太 阳 能 电 池 的 制 作 过 程 ： “硅 ”是 我 们 这 个 星 球 上 储 藏 最 丰 量 的 材 料 之 一 。自 从 19 世 纪 科 学 家 们 发 现 了 晶 体 硅 的 半 导 体 特 性 后 ， 它 几 乎 改 变 了 一 切 ， 甚 至 人 类 的 思 维 。 20 世 纪 末 ， 我 们 的 生 活 中 处 处 可 见 “硅 ” 的 身 影 和 作 用 ，晶 体 硅 太 阳 能 电 池 是 近 15 年 来 形 成 产 业 化 最 快 的 。 二．各种太阳能电池的优劣 1．单晶硅太阳能电池 单晶硅太阳能电池是最早实现商业化的一种太阳能电池，商业 光电转换效率为 16%～20% 。原料硅来源丰富，它的结构和生产工 艺已定型 , 产品已广泛用于空间和地面。但用作太阳能电池的不是 普通的硅，而是 99.9999%的高纯硅。硅的提纯工艺复杂 , 电耗很大 , 在太阳能电池生产总成本中己超过了 1/2 。另外，目前冶炼的时候 多用煤炭作为燃料，且用改良西门子法提纯硅时会产生大量的硅氯 化合物，如果处理不当，将会造成很大的污染，这种情形在中国尤 其严重。 2 ．多晶硅太阳能电池 多晶硅太阳能电池使用的多晶硅材料 , 多半是含有大量单晶 颗粒的集合体 , 或用废次单晶硅料和冶金级硅材料熔化浇铸而成。 因此成本相对单晶硅来说要小，污染也降低了，但随之而来效率也 降低了，商业转换效率大概在 12%～ 13% 。 3 ．无机薄膜太阳能电池 由于高纯多晶硅价格飙升，使得晶体硅电池价格上涨，为薄膜 太阳能电池带来了行业机会。薄膜太阳能电池，由于所用材料远远 少于块状太阳能电池，所以成本要远低于块状太阳能电池，当然砷 化镓太阳能电池除外。 4 ．多晶硅薄膜太阳能电池 多晶硅薄膜太阳能电池一般采用气相沉积法制备。它所使用的 硅远较单晶硅少 , 又无效率衰退问题 ,