太阳能电池的原理

2009年09月04日　星期五 当前位置：能源局 > 技术进步





太阳能电池简介

太阳能光伏电池（简称光伏电池）用于把太阳的光能直接转化为电能。目前世界各国正在研究的太阳电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳电池。在能量转换效率和使用寿命等综合性能方面，单晶硅和多晶硅电池优于非晶硅电池。多晶硅比单晶硅转换效率略低，但价格更便宜。另外，还有其他类型的太阳电池。
一、单晶硅太阳电池
单晶硅太阳电池是当前开发最快的一种太阳电池，它的结构和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。这种太阳电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求99.999%以上。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳电池专用的单晶硅棒。
单晶硅太阳电池的单体片制成后，经过抽查检验，即可按需要的规格组装成太阳电池组件，用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流。
二、多晶硅太阳电池
多晶硅太阳电池使用的材料，多半是含有大量单晶颗粒的集合体，或用废次单晶硅材料和冶金级硅材料熔化浇铸而成，然后注入石墨铸模中，待慢慢凝固冷却后，即得多晶硅锭。这种硅锭可铸成立方体，以便切片加工成方形太阳电池片，可提高材料利用率和方便组装。多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，其光电转换效率在12%左右，稍低于单晶硅太阳电池，但其材料制造简便，电耗低，总的生产成本较低，因此得到广泛应用。
三、非晶硅太阳电池
非晶硅太阳电池是新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同，硅材料消耗很少，电耗更低，非常吸引人。
非晶硅太阳电池的结构各有不同，但可以通过连续生产方式实现大批量生产。同时，非晶硅太阳电池很薄，可以制成叠层式，或采用集成电路的方法制造，一次制作多个串联电池，以获得较高的电压。现在日本生产的非晶硅串联太阳电池可达2.4伏。非晶硅太阳电池存在的问题是光电转换率偏低，且不够稳定，所以尚未大量用作大型太阳能电源，多半用于如袖珍式电子计算器，电子钟表及复印机等产品。
四、多元化合物太阳电池
多元化合物太阳电池是指用非单一元素半导体材料制成的太阳电池。现在各国研究的品种繁多，主要有硫化镉太阳电池、砷化镓太阳电池、铜引铟硒太阳电池几种，虽然大多数尚未工业化生产，但预示着光电转换的满园春色。
五、聚光太阳电池
聚光是降低太阳电池利用总成本的一种措施。通过积光器使较大面积的阳光聚在一个较小的范围内，以增加光强，获得更多的电能输出。通常聚光器的倍率大于几十，其结构可采用反射式或透镜式。聚光器的跟踪一般用光电自动跟踪。散热方式可以是气冷或水冷，有的与热水器结合，既获得电能，又得到热水。
用于聚光太阳电池的单体，与普通太阳电池略有不同，因需耐高倍率的太阳辐射，特别是在较高温度下的光电转换性能要得到保证，故在半导体材料选择、电池结构和栅线设计等方面都要进行一些特殊考虑。最理想的材料是砷化镓，其次是单晶硅材料。