淺談太陽(yáng)能電池原理及發(fā)展

【摘要】日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題及能源危機(jī)讓社會(huì)越來(lái)越重視太陽(yáng)能的利用。本文綜述了太陽(yáng)能電池的原理、優(yōu)勢(shì)，并就其研究現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題、解決的途徑以及發(fā)展趨勢(shì)等做了一些分析。

【關(guān)鍵詞】太陽(yáng)能原理發(fā)展

隨著社會(huì)的發(fā)展，人類(lèi)對(duì)于能源的需求越來(lái)越高。而同時(shí)具有清潔可再生、優(yōu)勢(shì)的太陽(yáng)能電池已經(jīng)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。太陽(yáng)能在40分鐘內(nèi)照射到地球表面的能量可供全球目前能源消費(fèi)的速度使用1年，合理的利用好太陽(yáng)能將是人類(lèi)解決能源問(wèn)題的長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略。

1 太陽(yáng)能電池原理

太陽(yáng)能電池是一對(duì)光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。當(dāng)太陽(yáng)光線照射到太陽(yáng)能電池表面由P、N兩種不同類(lèi)型的半導(dǎo)體材料構(gòu)成的P—N結(jié)時(shí)、一部分光子被硅材料吸收，光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了躍遷，形成電子空穴對(duì)。在P—N結(jié)內(nèi)建電廠的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，如果從材料兩側(cè)引出電極，并接上負(fù)載就會(huì)產(chǎn)生電壓和電流，對(duì)外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。此即太陽(yáng)能電池發(fā)電的基本原理。這個(gè)過(guò)程的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過(guò)程。

2 太陽(yáng)能電池組件構(gòu)成及各部分功能：

1）鋼化玻璃其作用為保護(hù)發(fā)電主體（如電池片），透光其選用是有要求的，1.透光率必須高（一般91%以上）；2.超白鋼化處理

2）EVA 用來(lái)粘結(jié)固定鋼化玻璃和發(fā)電主體（如電池片），透明EVA材質(zhì)的優(yōu)劣直接影響到組件的壽命，暴露在空氣中的EVA易老化發(fā)黃，從而影響組件的透光率，從而影響組件的發(fā)電質(zhì)量除了EVA本身的質(zhì)量外，組件廠家的層壓工藝影響也是非常大的，如EVA膠連度不達(dá)標(biāo)，EVA與鋼化玻璃、背板粘接強(qiáng)度不夠，都會(huì)引起EVA提早老化，影響組件壽命。主要粘結(jié)封裝發(fā)電主體和背板

3）電池片主要作用就是發(fā)電，發(fā)電主體市場(chǎng)上主流的是晶體硅太陽(yáng)電池片、薄膜太陽(yáng)能電池片，兩者各有優(yōu)劣。晶體硅太陽(yáng)能電池片，設(shè)備成本相對(duì)較低，光電轉(zhuǎn)換效率也高，在室外陽(yáng)光下發(fā)電比較適宜，但消耗及電池片成本很高；薄膜太陽(yáng)能電池，消耗和電池成本很低，弱光效應(yīng)非常好，在普通燈光下也能發(fā)電，但相對(duì)設(shè)備成本較高，光電轉(zhuǎn)化效率相對(duì)晶體硅電池片一半多點(diǎn)，如計(jì)算器上的太陽(yáng)能電池。

4）背板作用，密封、絕緣、防水（一般都用TPT、TPE等材質(zhì)必須耐老化，大部分組件廠家都是質(zhì)保25年，鋼化玻璃，鋁合金一般都沒(méi)問(wèn)題，關(guān)鍵就在與背板和硅膠是否能達(dá)到要求。）

5）鋁合金保護(hù)層壓件，起一定的密封、支撐作用

6）接線盒保護(hù)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)，起到電流中轉(zhuǎn)站的作用，如果組件短路接線盒自動(dòng)斷開(kāi)短路電池串，防止燒壞整個(gè)系統(tǒng)接線盒中最關(guān)鍵的是二極管的選用，根據(jù)組件內(nèi)電池片的類(lèi)型

不同，對(duì)應(yīng)的二極管也不相同

7）硅膠密封作用，用來(lái)密封組件與鋁合金邊框、組件與接線盒交界處有些公司使用雙面膠條、泡棉來(lái)替代硅膠，國(guó)內(nèi)普遍使用硅膠，工藝簡(jiǎn)單，方便，易操作，而且成本很低。

3 太陽(yáng)能電池存在的主要問(wèn)題

3.1 光電轉(zhuǎn)換率低

目前太陽(yáng)能電池存在的主要問(wèn)題是光轉(zhuǎn)換效率低，國(guó)際先進(jìn)水平只有10%左右，且不夠穩(wěn)定，常有轉(zhuǎn)換效率衰退的現(xiàn)象，所以尚未大量用于作為大型太陽(yáng)能電源。以現(xiàn)在的技術(shù)，有機(jī)太陽(yáng)能電池的實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換率為7%-8%，壽命僅為兩年，如果能想辦法突破瓶頸，將在生活的各個(gè)層面中普及。預(yù)計(jì)在10年后有機(jī)太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換率將達(dá)到18%，電池壽命也將延長(zhǎng)到10年，手表、收音機(jī)、小型電腦處理器，甚至每家每戶的窗簾上，都能使用有機(jī)太陽(yáng)能電池。

3.2 環(huán)境污染問(wèn)題

多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池主要包括砷化鎵III--V族化合物，如硫化鎘、碲化鎘及銅銦硒薄膜電池等。上述電池中盡管硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池效率高，成本較單晶硅低，并且也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但是由于鎘有劇毒，容易產(chǎn)生環(huán)境污染問(wèn)題，因此并不是制做太陽(yáng)能電池的理想材料。

3.3 成本高

為什么中國(guó)企業(yè)自己生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池板不用，而幾乎全部出口呢？原因就在于太陽(yáng)能電池的價(jià)格太高。國(guó)際光伏市場(chǎng)以無(wú)機(jī)太陽(yáng)電池為主，組件的成本約3.5美元/瓦，國(guó)內(nèi)成本要高于國(guó)外，40元人民幣/瓦，約必須降至1美元每瓦以下才能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，中間還有很大的差距。

4 太陽(yáng)能發(fā)展需要解決的問(wèn)題

目前太陽(yáng)能電池的推廣應(yīng)用主要還是靠政府投資和扶持，主要原因或者說(shuō)阻礙其推廣應(yīng)用的瓶頸還是成本太高，因此必須努力降低成本，提高效率。在太陽(yáng)能電池組件提高轉(zhuǎn)換效率方面，對(duì)能量損失進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換過(guò)程中的損失主要在熱損失，以及電子與空穴的復(fù)合，再就是pn結(jié)和接觸電壓引起。為了提高轉(zhuǎn)換效率，可以對(duì)電池組件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善，理論預(yù)測(cè)，其轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到40%以上。太陽(yáng)能電池要想實(shí)現(xiàn)更廣泛的普及，就需要突破上文所列問(wèn)題，我們需要在以下方面做的更好：

首先，要減少材料損耗；

其次，要減少制造過(guò)程中的能耗；

第三，要提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和光電特性的長(zhǎng)期穩(wěn)定性；

第四，要減少生產(chǎn)線設(shè)備投資，降低太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的進(jìn)入門(mén)檻；

第五，要擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模和采用更大面積的基片。

5總結(jié)

價(jià)廉、高效、可大面積制備的太陽(yáng)電池一直是人們追求的目標(biāo)。價(jià)廉、高效、可大面積制備的太陽(yáng)電池一直是人們追求的目標(biāo)。隨著資源的枯竭，現(xiàn)在，人們?cè)絹?lái)越重視太陽(yáng)能的利用，各種類(lèi)型的太陽(yáng)能電池被發(fā)明，而其統(tǒng)一的目的都是為解決能源問(wèn)題，而太陽(yáng)能電池的制造成本高，光轉(zhuǎn)化效率低等成為目前所面臨困難，也是急需解決的問(wèn)題。