太阳能电池原理及发展
太阳能电池技术及其发展趋势
太阳能电池技术及其发展趋势随着人们对环境问题越来越关注，太阳能电池作为一种清洁能源技术备受瞩目。
太阳能电池作为一种通过太阳能来进行电能转化的技术，可以从根本上减少人类对化石燃料的依赖，从而减少了环境的污染和破坏。
在过去几年中，太阳能电池技术取得了巨大的进展，各种新型的太阳能电池不断涌现，而且随着技术的进一步发展，太阳能电池的性能也不断提高。
本文将介绍太阳能电池技术及其发展趋势。
一. 太阳能电池的基本原理太阳能电池是一种半导体器件，其工作原理是将太阳能转换成电能。
太阳能电池的核心部分是一个由不同半导体材料构成的p-n 结。
当阳光照射在p-n结上时，电子和空穴就会在p区和n区之间的p-n界面处发生复合，这个过程就会产生电流，从而将太阳能转换成电能。
该电池的输出电压和电流大小与阳光照射强度、温度、半导体材料的种类和质量等因素有关。
二. 太阳能电池的种类太阳能电池的种类很多，根据材料的不同，可以分为硅薄膜太阳能电池、多晶硅太阳能电池、单晶硅太阳能电池和无机-有机混合太阳能电池等。
其中多晶硅和单晶硅太阳能电池是目前应用最广泛的太阳能电池。
多晶硅太阳能电池是太阳能电池中最常见的一种。
该电池主要由多晶硅材料制成，相对于单晶硅来说，多晶硅的能耗更低，制造成本更低，但效率相对较低。
单晶硅太阳能电池相对于多晶硅来说，其硅的晶体品质要更好，因此其光电转换效率也更高。
但相对的生产成本也更高。
无机-有机混合太阳能电池包括有机半导体和无机半导体层，属于目前较为新颖的太阳能电池种类之一。
该电池普遍更具有廉价、柔性、轻薄等特点，使其具备了广泛的应用前景。
三. 太阳能电池技术的发展趋势作为能源领域的重要技术，太阳能电池的技术也在不断升级。
下面让我们来看看太阳能电池技术未来的研发重点。
1. 提高太阳能电池的效率太阳能电池效率的提高一直是科学家追求的目标。
目前多晶硅太阳能电池效率已经接近极限，但单晶硅太阳能电池仍有进一步提高效率的空间。
研究太阳能电池的物理
研究太阳能电池的物理太阳能电池是一种利用太阳能将光能转化为电能的装置。
它是一种清洁、可再生的能源技术，具有广阔的发展前景。
本文将从物理学角度对太阳能电池的原理、结构和性能进行研究。
一、太阳能电池的原理太阳能电池的核心是光电效应。
当阳光照射在半导体材料上时，光子会与半导体原子相互作用，将光能转化为电子能。
这个过程中，光子的能量会将半导体材料的价带电子激发到导带，形成自由电子和空穴。
自由电子和空穴的运动产生了电流，进而产生了电能。
二、太阳能电池的结构太阳能电池通常由多个薄层组成。
其中最关键的是PN结构，它由P型半导体和N型半导体组成。
P型半导体中的杂质原子含有较多的电子，而N型半导体中的杂质原子含有较多的空穴。
PN结构的形成使得P型半导体和N型半导体之间形成了电场，这个电场可以将光生电子和空穴分离，使电子流向P型半导体，空穴流向N型半导体，产生电流。
三、太阳能电池的性能太阳能电池的性能主要取决于其转换效率、响应波长范围和稳定性等因素。
1. 转换效率：太阳能电池的转换效率指的是将阳光能量转化为电能的比例。
目前最高效的太阳能电池转换效率超过了20%。
提高太阳能电池的转换效率是研究的重点之一。
2. 响应波长范围：太阳能电池对太阳光谱中的不同波长光的响应程度不同。
优秀的太阳能电池应该能够充分利用可见光和红外光的能量，以提高光能的利用效率。
3. 稳定性：太阳能电池使用寿命长短和稳定性直接影响其实际应用。
研究人员不断努力改进太阳能电池的稳定性，降低材料的衰减速度，延长电池的使用寿命。
四、太阳能电池的发展前景随着对清洁能源需求的不断增加以及对传统能源的限制，太阳能电池作为一种可再生能源技术，其发展前景广阔。
1. 普及应用：太阳能电池逐渐应用于居民住宅、商业建筑和城市基础设施等领域，可以为人们提供清洁、可靠的能源供应。
2. 科研发展：科研人员在太阳能电池领域持续研究，致力于提高太阳能电池的效率、降低成本，以及探索新型材料和结构。
太阳能电池技术的研究现状和未来
太阳能电池技术的研究现状和未来太阳能电池作为一种清洁、环保、可再生的能源源，近年来引发了广泛的关注和研究。
随着科技的发展和应用逐渐成熟，太阳能电池的性能和效率也在不断提升。
本文将从太阳能电池的基本原理出发，述说太阳能电池技术的研究现状、未来发展和应用前景。
太阳能电池的基本原理太阳能电池也叫光电池，是将太阳能转化为电能的一种设备。
太阳能电池的基本结构由P型半导体、N型半导体和界面组成。
当太阳光线照射到P型半导体和N型半导体交界处时，会产生一定的电场，使得自由电子从N型半导体向P型半导体移动，从而产生电流。
太阳能电池的电流与电池面积成正比，与太阳辐照度和电池温度之积成正比，与太阳照射面的倾角、方向和阴影的影响成反比。
太阳能电池的研究现状随着太阳能电池技术的不断发展和变革，其效率和运行性能也有了巨大的提升。
目前，太阳能电池主要分为单晶硅、多晶硅、非晶硅、染料敏化晶体管和钙钛矿太阳能电池等多种类型。
其中，钙钛矿太阳能电池是近年来发展的一种新型太阳能电池，在效率和成本等方面均有很大的潜力。
单晶硅太阳能电池是较早的一种太阳能电池，其效率较高，但成本较高。
多晶硅太阳能电池的效率略低于单晶硅太阳能电池，但成本更便宜。
非晶硅太阳能电池是一种薄膜太阳能电池，其成本和制造难度低，但效率较低。
染料敏化太阳能电池是一种新型太阳能电池，其效率和成本均有很大潜力。
钙钛矿太阳能电池是一种效率非常高的太阳能电池，且成本相对较低，具有广阔的应用前景。
太阳能电池的未来发展太阳能电池是一种非常有前途的新能源，其在未来的应用前景也十分广阔。
随着环保意识的逐步提高，太阳能电池的需求量也将逐渐增加。
在未来，太阳能电池的主要发展方向包括以下几个方面：增强效率：太阳能电池的效率是目前研究的热点之一，提高效率可能是太阳能电池未来的主要发展方向。
目前，钙钛矿太阳能电池具有较高的效率，成为了太阳能电池研究的一大热点。
降低成本：太阳能电池虽然具有广泛的应用前景，但其成本较高，制约了其在大规模应用方面的发展。
太阳能电池技术的原理及应用
太阳能电池技术的原理及应用太阳能电池，顾名思义是利用太阳辐射能转换为电能的装置。
相较于传统的火力发电、水力发电等方式，太阳能电池可以减少极大的能源消耗和空气污染，成为当今世界逐渐普及的新型能源技术之一。
一、太阳能电池技术的原理太阳能电池是利用光电效应来转换太阳能。
光电效应指的是光线照射到低功函数的物体上时，就会打出电子，从而形成电流。
太阳能电池正是利用这一原理，将太阳光直接转换为电能。
具体来说，太阳能电池的基本构造是由两个半导体材料，即P 型半导体与N型半导体，通过P-N结相连接而成。
当光线照射到这个结上时，电子会从P型半导体的能级跃至N型半导体的低位能级，从而形成电流。
这一过程需要光子的能量大于硅等材料的能隙。
硅的能隙为1.12eV，因此只有波长小于1100nm的光线被吸收，形成电流。
二、太阳能电池技术的应用太阳能电池广泛应用于各种领域，从家庭照明到卫星能源系统。
1. 家庭应用随着人们环保意识的增强和能源价格的攀升，太阳能电池在家庭应用中越来越常见。
普及太阳能发电能够减少家庭的能源消耗，节约开支，并对减缓气候变化产生深远影响。
2. 太阳能水泵太阳能水泵可以在没有电力供应的地方使用，如偏远区域或者农村地区。
水泵的运转需要电力，而在没有电网的地方，太阳能水泵的这一不足就得到了弥补。
这就可以使得农业灌溉、家庭供水等问题得到优解。
3. 卫星能源系统太阳能电池作为卫星能源系统的核心之一，是目前卫星最广泛使用的能源系统。
卫星中的太阳能电池通过转换太阳辐射能为电能，以此为卫星提供能源。
三、太阳能电池技术的优缺点太阳能电池作为新兴能源技术，其优缺点非常明显。
1. 优点太阳能电池是一种清洁、绿色、可再生的能源技术。
其不会产生有害气体和污染物，对环境和生态的影响非常小。
而且太阳能电池是不受能源分布限制的，有非常广阔的应用前景。
此外，太阳能电池在长时间使用时还可以带来节能、节约成本的效果，十分经济实用。
2. 缺点太阳能电池的缺点主要是受环境影响。
太阳能电池技术的发展历程
太阳能电池技术的发展历程自从人类发现太阳的能量可以转化为电能后，太阳能电池技术就开始了它的发展历程。
本文将为大家介绍太阳能电池技术的发展历程。
一、太阳能电池技术的起源太阳能电池是一种可将太阳能转换成电能的装置。
它的原理基于光电效应，即在光子的作用下，物质产生电子受激跃迁。
太阳能电池的历史可以追溯到19世纪末期，瑞士科学家亨利·贝克勒尔于1839年首次发现了光电效应。
二、第一代太阳能电池1901年，美国发明家查尔斯·费奇申请了太阳能电池的专利，这被认为是第一代太阳能电池。
它的结构非常简单，由一个覆盖了真空玻璃的铜板和一个铂电极组成，中间间隔着一层半导体硒。
1921年，阿尔伯特·爱因斯坦描述了光电效应，并从理论上解释了太阳能电池的工作原理。
这个重大的发现为太阳能电池技术的进一步发展奠定了基础。
三、第二代太阳能电池1954年，美国贝尔实验室的研究员首次制造出硅基太阳能电池。
这被视为第二代太阳能电池的标志性事件。
硅基太阳能电池的结构较复杂，由P型硅、N型硅、以及铝电极和银电极等组成。
硅基太阳能电池的效率仅为6％，可谓是相当低的。
四、第三代太阳能电池20世纪90年代末和21世纪初，以钙钛矿和有机分子为代表的第三代太阳能电池开始走向实用化。
第三代太阳能电池的优点是成本低、效率高、环保、轻便等。
其中最成功的一种是钙钛矿太阳能电池。
钙钛矿太阳能电池的工作原理类似于硅基太阳能电池，但具有更高的转换效率和更低的成本。
在2014年，日本团队创造了一种钙钛矿太阳能电池，其效率高达19.3％，媲美硅基太阳能电池。
五、未来展望太阳能电池技术正在不断发展，未来的展望也很光明。
一个可能的技术是使用纳米立方晶体，这种晶体比传统钙钛矿更稳定，并且可以通过简单的过程制造出来。
还有其他的技术，比如有机太阳能电池和钙铁钛矿太阳能电池等。
总之，太阳能电池技术是一项快速发展的技术。
随着技术的不断进步，太阳能电池的效率将会越来越高，成本也会越来越低，相信在不久的将来，太阳能电池将会成为主要的能源来源之一。
太阳能电池技术
太阳能电池技术太阳能电池技术是一种能够将太阳光转化为电能的技术，在当今能源紧缺和环境污染日益严重的背景下，备受关注。
本文将从太阳能电池的原理、不同类型的太阳能电池、应用领域以及未来发展趋势等方面进行论述。
一、太阳能电池的原理太阳能电池利用光电效应产生电能。
光电效应是指当光线照射在半导体材料上时，电子被激发，并从被激发的原子中脱离。
这些自由电子将在半导体中形成电流，从而产生电能。
太阳能电池通常由多个薄片组成，每个薄片都包含阳极和阴极，当光照射在阳极上时，光子将激活电子从阳极转移到阴极，从而产生电流。
二、不同类型的太阳能电池1. 单晶硅太阳能电池：单晶硅太阳能电池是目前最常见的太阳能电池类型。
其以高纯度硅为原料，通过晶体生长工艺制成，具有高效率和较长的使用寿命。
然而，这种类型的太阳能电池成本较高。
2. 多晶硅太阳能电池：多晶硅太阳能电池是采用多晶硅制造的。
相比于单晶硅太阳能电池，多晶硅太阳能电池的制造成本较低，但效率稍低。
3. 薄膜太阳能电池：薄膜太阳能电池利用一层或多层薄膜材料转换太阳能为电能。
这种类型的太阳能电池具有较低的制造成本和灵活性，但目前效率较低，需要进一步提升。
三、太阳能电池的应用领域1. 太阳能发电：太阳能电池广泛应用于太阳能发电系统中。
太阳能电池板将太阳能转化为直流电，通过电池存储或直接供电。
2. 太阳能充电器：太阳能电池还可以用于制造太阳能充电器，用于给手机、笔记本电脑等小型电子设备充电。
3. 太阳能灯具：太阳能电池通过储能装置，可以为户外路灯、太阳能庭院灯等提供独立的能源供应。
4. 航天应用：太阳能电池广泛应用于航天器、卫星和国际空间站等空间器件中，提供可靠的电源。
四、太阳能电池技术的未来发展趋势1. 提高效率：科学家们一直致力于提高太阳能电池的转换效率。
通过研发新型材料、优化电池结构和改进制造工艺，太阳能电池的转换效率将进一步提高。
2. 降低成本：目前，太阳能电池的制造成本较高。
太阳能电池的工作原理与应用
太阳能电池的工作原理与应用太阳能电池是一种利用太阳能转化为电能的设备，广泛应用于可再生能源领域。
本文将介绍太阳能电池的工作原理以及它在实际应用中的重要性。
一、太阳能电池的工作原理太阳能电池是通过太阳能的光线转化为电能的装置。
它主要由多个组件构成，包括硅片、P-N结、场效应晶体管等。
首先，硅片是太阳能电池的核心部件，通常采用单晶硅、多晶硅或非晶硅制成。
硅片的表面被分为P型和N型两部分，形成一个P-N结。
当光线照射在P-N结上时，光子的能量会激发硅片中的电子，使其跃迁到导带中，从而产生电流。
其次，场效应晶体管起到调节和放大电流的作用。
当光子激发了硅片中的电子后，电流会通过场效应晶体管进行调节并放大，最终输出为可用的电能。
总结起来，太阳能电池的工作原理可以概括为：太阳能的光线通过硅片的P-N结激发电子，产生电流；电流通过场效应晶体管调节和放大，最终输出为可用的电能。
二、太阳能电池的应用太阳能电池具有许多重要的应用，下面将介绍其中几个具有代表性的领域。
1. 太阳能发电太阳能电池广泛应用于太阳能发电系统中。
当太阳光照射到太阳能电池上时，光子会激发电子从而产生电流，这些电流可以被存储和使用。
太阳能发电是一种清洁、环保且可再生的能源，可以为家庭、企业甚至整个城市提供电力。
2. 太阳能热水器太阳能电池也可以用于太阳能热水器中。
太阳能热水器通过将太阳能电池转化的电能用来加热水，从而提供热水供应。
这种方式不仅节约了能源，还减少了对传统能源的依赖。
3. 太阳能照明太阳能电池还可以用于太阳能照明系统中。
太阳能光伏板可以将太阳能转化为电能，供给LED灯进行照明。
这种太阳能照明系统不需要电网供电，具有绿色环保、节能高效的特点。
4. 太阳能移动设备充电如今，越来越多的移动设备使用太阳能电池作为充电方式，例如太阳能手机充电板。
这些充电板可以将太阳能转化为电能，为手机、平板电脑等设备充电。
这种方式非常适合户外活动或缺乏电源的地方。
太阳能电池的原理和作用
太阳能电池的原理和作用太阳能电池是一种利用光电效应将太阳能转换成电能的装置。
具体来说，它是利用半导体材料的光电效应将太阳能转化成电能的一种设备。
太阳能电池是太阳能利用的重要手段之一，可以被广泛应用于航天、铁路、轮船、汽车、电视、计算机等领域。
本文将简要介绍太阳能电池的原理和作用。
一、太阳能电池的原理太阳能电池利用了光电效应，即将光的能量转换成电能的一种过程。
光线射向太阳能电池时，被半导体吸收，并激发半导体中的自由电子，使其跃迁到导带中成为导电电子。
这些导电电子与空穴结合时就能够产生一个电流，该电流将被集中到太阳能电池的两端，形成电压和电流。
这就是太阳能电池的原理。
二、太阳能电池的作用太阳能电池的主要作用是将太阳能转换成可用的电能。
通过太阳能电池可以将光能转化成电能，在没有外部能源的情况下，太阳能电池可以用于直接驱动一些小型的电器设备，例如计算机、手提电话、电视机和防盗报警器等。
此外，太阳能电池也广泛应用于太阳能集热器、太阳能还原电池、太阳镜等设备中。
太阳能电池还可以用于发电和储能，以满足夜晚或光线不足时的使用需求。
三、太阳能电池的类型太阳能电池的类型主要有三种：硅太阳能电池、薄膜太阳能电池和有机太阳能电池。
硅太阳能电池是一种常见的太阳能电池，其主要材料为硅。
硅太阳能电池的优点是寿命长，具有良好的稳定性和高转换效率。
但是，硅太阳能电池的成本比较高，制造过程也比较复杂。
薄膜太阳能电池是使用一层薄膜来构建电池的。
它比硅太阳能电池更轻、更薄，也更便宜，但转换效率要低得多。
有机太阳能电池是在导电高分子和有机半导体的基础上构建的。
有机太阳能电池具有成本低、制造工艺简单等优点，但由于材料中的电子、空穴易于相互复合，因此转化效率相对较低。
四、太阳能电池的发展趋势随着太阳能技术的发展，太阳能电池的效率不断提高，成本也在不断降低。
未来，太阳能电池将更加普及，发展趋势也会更加多元化。
例如，人们正在研究太阳能电池与其他电池类型的混合使用，增加电池系统的储能容量。
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太阳能电池原理及发展摘要:人类面临着有限常规能源和环境破坏严重的双重压力, 己经成为越来越值得关注的社会与环境问题。
近年来, 光伏市场快速发展并取得可喜的成就。
本文介绍了太阳能电池的原理和发展, 以及各类新型太阳能电池, 比较了各类太阳能电池的转换效率和发展前景。
关键字:太阳能电池原理发展前景Abstract:Mankind is faced with limited conventional energy and the dual pressures of serious damage to the environment, has become increasingly of concern social and environmental problems. In recent years, the rapid development of PV market and has made gratifying achievements. This article describes the principles and development of solar cells, as well as new types of solar cells, compared the various types of solar cells conversion efficiency and development prospects. Keywords: solar cell; principle; development; prospects1.引言由于人类对可再生能源的不断需求, 促使人们致力于开发新型能源。
太阳在40min 内照射到地球表面的能量可供全球目前能源消费的速度使用1 年, 合理的利用好太阳能将是人类解决能源问题的长期发展战略, 是其中最受瞩目的研究热点之一。
本文介绍了太阳能电池的原理和发展, 以及各类新型太阳能电池, 比较了各类太阳能电池的转换效率和发展前景。
2.太阳能电池原理【1】太阳能电池，是一种能有效地吸收太阳辐射能，并使之转变成电能的半导体器件。
他们利用各种势垒的光生伏特效应，所以也称为光伏电池，其核心是可释放电子的半导体。
最常用的半导体材料是硅。
地壳硅储量丰富，可以说是取之不尽、用之不竭。
当太阳光照射到半导体表面，半导体内部N 区和P 区中原子的价电子受到太阳光子的激发，通过光辐射获取到超过禁带宽度Eg 的能量，脱离共价健的束缚从价带激发到导带，由此在半导体材料内部产生出很多处于非平衡状态的电子空穴对。
这些被光激发的电子和空穴，或自由碰撞，或在半导体中复合恢复到平衡状态。
其中复合过程对外不呈现导电作用，属于太阳能电池能量自动损耗部分。
光激发载流子中的少数载流子能运动到P—N 结区，通过P—N 结对少数载流子的牵引作用而漂移到对方区域，对外形成与P—N 结势垒电场方向相反的光生电场。
一旦接通外电路，即可有电能输出。
当把众多这样小的太阳能光伏电池单元通过串并联的方式组合在一起，构成光伏电池组件，便会在太阳能的作用下输出功率足够大的电能。
制造太阳能电池的半导体材料有合适禁带宽度非常重要。
不同禁带宽度的半导体，只能吸取一部分波长的太阳光辐射能以产生电子空穴对，禁带宽度越小，所吸收的太阳光谱的可利用部分就越大，而同时在太阳光谱峰值附近被浪费的能量也就越大。
可见，只有选择具有合适禁带宽度的半导体材料，才能更有效地利用太阳光谱。
由于直接迁移型半导体的光吸收效率比间接迁移型高，故最好是直接迁移型半导体。
3.太阳能电池（组件）生产工艺组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤没有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板。
电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。
产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键，所以组件板的封装质量非常重要。
工艺流程如下：（1）电池测试：由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进行分类，电池测试即通过测试电池的输出参数。
电流和电压，的大小对其进行分类。
以提高电池的利用率，做出质量合格的电池组件。
（2）正面焊接：是将汇流带焊接到电池正面，（负极）的主栅线上，汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。
焊接用的热源为一个红外灯，利用红外线的热效应。
焊带的长度约为电池边长的2 倍。
多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连（3）背面串接：背面焊接是将36 片电池串接在一起形成一个组件串。
我们目前采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个膜具板，上面有36个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池”的正面电极（负极）焊接到“后面电池”的背面电极（正极）上，这样依次将36 片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。
(4）层压敷设:背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃和切割好的EVA 、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好，准备层压。
玻璃事先涂一层试剂（primer）以增加玻璃和EVA 的粘接强度。
敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。
（敷设层次：由下向上：钢化玻璃、EVA、电池片、EVA、玻璃纤维、背板）。
（5）组件层压：将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组件内的空气抽出，然后加热使EVA 熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起，最后冷却取出组件。
层压工艺是组件生产的关键一步，层压温度层压时间根据EVA 的性质决定。
我们使用快速固化EVA 时，层压循环时间约为25 分钟。
固化温度为150℃。
（6）边层压时EVA 熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，所以层压完毕应将其切除。
(7)装框类似与给玻璃装一个镜框，玻璃组件装铝框增加组件的强度进一步的密封电池组件长电池的使用寿命。
边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂填充。
各边框间用角键连接。
8焊接接线盒在组件背面引线处焊接一个盒子以利于电池与其他设备或电池间的连接。
9高压测试高压测试是指在组件边框和电极引线间施加一定的电压测试组件的耐压性和绝缘强度以保证组件在恶劣的自然条件雷击等下不被损坏。
10组件测试测试的目的是对电池的输出功率进行标定测试其输出特性确定组件的质量等级。
目前主要就是模拟太阳光的测试Standard testcondition STC,一般一块电池板所需的测试时间在7-8 秒左右。
4.太阳能电池的发展人类对太阳能的利用有着悠久的历史。
我国早在两千多年前的战国时期就知道利用钢制四面镜聚焦太阳光来点火利用太阳能来干燥农副产品。
发展到现代太阳能的利用已日益广泛它包括太阳能的光热利用太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等。
太阳能的利用有被动式利用光热转换和光电转换两种方式。
太阳能发电一种新兴的可再生能源利用方式。
据记载人类利用太阳能已有3000 多年的历史。
将太阳能作为一种能源和动力加以利用只有300 多年的历史。
真正将太阳能作为“近期急需的补充能源”“未来能源结构的基础”则是近来的事。
20 世纪70 年代以来太阳能科技突飞猛进太阳能利用日新月异。
近代太阳能利用历史可以从1615 年法国工程师所罗门·德·考克斯在世界上发明第一台太阳能驱动的发动机算起。
该发明是一台利用太阳能加热空气使其膨胀做功而抽水的机器。
在1615 年1900 年之间世界上又研制成多台太阳能动力装置和一些其它太阳能装置。
这些动力装置几乎全部采用聚光方式采集阳光发动机功率不大工质主要是水蒸汽价格昂贵实用价值不大大部分为太阳能爱好者个人研究制造。
4.1第一代太阳能电池1954 年美国贝尔实验室研制出第一块半导体太阳能电池开始了利用太阳能发电的新纪元。
由于太阳能电池价格昂贵因此其发展缓慢当时主要用于航天科技工程。
20 世纪70 年代由于石油危机使人们对于可再生能源的兴趣越来越浓太阳能电池也进入了快速发展的阶段。
近几年太阳电池市场以每年30%的速度递增。
目前第一代太阳能电池约占太阳能电池产品市场的86% 。
第一代太阳能电池基于硅晶片基础之上主要采用单晶体硅、多晶体硅及GaAs 为材料转换效率为11%~15%。
单晶硅生长技术主要有直拉法和悬浮区熔法。
直拉法是将硅材料在石英坩锅中加热熔化使籽晶与硅液面接触向上提升以长出柱状的晶棒。
直拉法的研究方向是设法增大硅棒的直径目前硅棒的直径已经达到100~150mm 用区熔法生长单晶硅技术是将区熔提纯和制备单晶结合在一起可以得到纯度很高的单晶硅但成本很高。
目前在所有太阳能电池中此种硅片的效率是最高的因此采用低成本的方式改进区熔法生长太阳能电池用单晶硅也是目前的发展方向。
为了进一步提高太阳能电池效率近年来大力发展高效化电池工艺主要有发射极钝化及背面局部扩散工艺、埋栅工艺和双层减反射膜工艺等。
多晶硅材料生长主要运用定向凝固法及浇铸法工艺。
定向凝固法是将硅材料在坩锅中熔融后使坩锅形成由上而下逐渐下降的温度场或从坩锅底部通冷源以造成温度梯度使固液界面从坩锅底部向上移动而形成晶体。
浇铸法是将熔化后的硅液倒入模具内形成晶锭铸出的方形硅锭被切成方形硅片做成太阳电池。
目前使用最广泛的是浇铸法此法简单能耗低利于降低成本但容易造成错位、杂质等缺陷而导致光电转换效率低于单晶硅太阳能电池。
由于多晶硅太阳电池存在杂质问题光电转换效率比单晶硅电池低但成本有所降低。
目前阻碍太阳能电池推广应用的最大障碍就是成本问题为进一步降低成本基于薄膜技术的第二代太阳能电池登上了历史舞台。
【2】4.2第二代太阳能电池第二代太阳能电池是基于薄膜技术之上的一种太阳能电池。
在薄膜电池中很薄的光电材料被铺在衬底上大大地减小了半导体材料的消耗薄膜厚度仅1um 也容易形成批量生产其单元面积为第一代太阳电池单元面积的100 倍从而大大地降低了太阳能电池的成本。
薄膜太阳能电池材料主要有多晶硅、非晶硅、碲化镉等。
多晶硅薄膜太阳能电池技术较为成熟。
目前多晶硅薄膜生长技术主要有液相外延生长法、低压化学气相沉淀法、快热化学气相沉淀法、催化化学气相沉淀法、等离子增强化学气相沉淀法、超高真空化学气相沉淀法、固相晶化法和区熔再结晶法等。
薄膜电池在很大程度上解决了太阳能电池的成本问题但是效率很低。
目前商用薄膜电池的光电转换效率只有6%~8%【3】。
为了进一步提高太阳能电池的光电转换效率各国学者开始研究太阳能电池的效率极限和能量损失机理并在此基础上提出了第三代太阳能电池的概念。
4.34.3第三代太阳能电池太阳能转换成电能的卡诺循环效率可以达到95%而目前标准太阳能电池的理论转换效率上限为33%这说明提高太阳能电池的效率还有很大的空间。