绿色太阳能电池渐成下个掘金热点

众所周知，利用太阳能有许多优点，光伏发电将为人类提供主要的能源，但目前来讲，要使太阳能发电具有较大的市场，并被广大的消费者接受，提高太阳能电池的光电转换效率，降低生产成本应该是我们追求的**大目标，从目前国际太阳能电池的发展过程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。从工业化发展来看，太阳能电池重心已由单晶向多晶方向发展。
　　1.太阳能电池的性能特点及
　　应用领域
　　太阳能电池又称为“太阳能芯片”或光电池，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被光照到，瞬间就可输出电压及电流。在物理学上称为太阳能光伏（PV），简称光伏。
　　太阳能电池的作用，是通过光电效应或者光化学效应，将太阳的光能直接转换为有用的直流电能，是太阳能光伏应用的关键器件。太阳能电池具有输出直流电压、单个电压低、使用寿命长、运行无噪音、安全可靠、无污染、无辐射；能量随处可得，无需消耗燃料；无机械转动部件，维护简便，使用寿命长；建设周期短，规模大小随意；可以无人值守，也无需架设输电线路，还可方便与建筑物相结合等优势。这些都是常规发电和其它发电方式所不及的。
　　**早问世的太阳能电池是单晶硅太阳能电池。硅是地球上极丰富的一种元素，几乎遍地都有硅的存在，可说是取之不尽。用硅来制造太阳能电池，原料可谓不缺。但是提炼它却不容易，所以人们在生产单晶硅太阳能电池的同时，又研究了多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池，至今以商业规模生产的太阳能电池，还没有跳出硅的系列。其实可供制造太阳能电池的半导体材料很多，目前已进行研究和试制的太阳能电池，除硅系列外，还有硫化镉等许多类型的太阳能电池。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。
　　标志太阳能电池性能指标的参数较多，但是从实际使用的角度来说主要有以下基本特征。
　　硅太阳能电池的一般制成P+/N型结构或N+/P型结构，P+和N+，表示太阳能电池正面光照层半导体材料的导电类型；N和P，表示太阳能电池背面衬底半导体材料的导电类型。太阳能电池的电性能与制造电池所用半导体材料的特性有关。太阳能电池的性能参数由开路电压、短路电流、**大输出功率、填充因子、转换效率等组成。这些参数是衡量太阳能电池性能好坏的标志。随着日照强度的加大输出电压呈上升状态，输出电流基本不变输出功率也在快速地上升。当达到一定程度时，曲线呈下降趋势，并出现一个**大的功率点。太阳能电池在实际使用中为了发挥其**大的发电效益，通过相应的技术控制手段使得其工作时的输出在**大的功率点附近。P-N结太阳能电池包含一个形成于表面的浅P-N结、一个条状及指状的正面欧姆接触、一个涵盖整个背部表面的背面欧姆接触以及一层在正面的抗反射层。当电池暴露于太阳光谱下时，能量小于禁带宽度Eg的光子对电池输出并无贡献。能量大于禁带宽度Eg的光子才会对电池输出贡献能量Eg，大于Eg的能量则会以热的形式消耗掉。因此，在太阳能电池的设计和制造过程中，必须考虑这部分热量对电池稳定性、寿命等的影响。这种用光的颜色波长与所产生电能的关系就用分光感度来表示，而不同的太阳能电池具有不同分光感度的特性曲线。比如在日光下使用时，选用单晶硅太阳能电池可以获得较好的发电效果；在室内荧光灯下使用时计算器、充电器等就要选用非晶硅太阳能电池以获得较好的使用效果。
　　2.太阳能电池的主要种类
　　多元化合物太阳能电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳能电池。现在各国研究的品种繁多，大多数尚未工业化生产，目前进入商品化的常用太阳能电池产品种类按照其所采用的制造材料、技术原理和使用方式等可以分为几种不同的类型，其中硅太阳能电池是目前发展**成熟的，在应用中居主导地位。
　　硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。单晶硅太阳能电池转换效率**高，技术也**为成熟。在实验室里**高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%。在大规模应用和工业生产中占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜作为单晶硅太阳能电池的替代产品。多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室**高转换效率为18%，工业规模生产的转换效率为10%。因此多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力，但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是**理想的替代产品。砷化镓（GaAs）III-V化合物电池化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率，抗辐照能力强，对热不敏感，适合于制造高效单结电池。但是GaAs材料的价格不菲，因而限制了GaAs电池的普及。
　　铜铟硒CuInSe2简称CIC，是一种性能优良太阳光吸收材料，具有梯度能带间隙（导带与价带之间的能级差）多元的半导体材料，可以扩大太阳能电池吸收光谱范围，进而提高光电转化效率。CIS材料的能降为1.leV，适于太阳光的光电转换。另外，CIS薄膜太阳能电池不存在光致衰退问题。因此，CIS用作高转换效率薄膜太阳能电池材料也引起了人们的注目，以它为基础可以设计出光电转换效率比硅薄膜太阳能电池明显提高的薄膜太阳能电池，可以达到的光电转化率为18%。而且，此类薄膜太阳能电池到目前为止，未发现有光辐射引致性能衰退效应（SWE），其光电转化效率比目前商用的薄膜太阳能电池板提高约50～75%，在薄膜太阳能电池中属于世界**高水平的光电转化效率。由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展又必然受到成本上的限制。

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