太陽能電池及其應用技術分析

楊丹

(國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心,江蘇蘇州 215163)

太陽能電池及其應用技術分析

楊丹

(國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心,江蘇蘇州 215163)

隨著我國在可持續發展觀的理念逐漸深入背景下,走可持續發展道路已成為必然,通過對可再生能源的充分利用不僅能夠起到保護自然資源的作用,同時也能夠起到對環境的保護作用。太陽能作為取之不盡用之不竭的純凈能源,對其進行開發利用在近些年的發展過程中愈來愈受到人們的關注。本文則主要就太陽能電池和相關的應用技術進行詳細分析,希望能夠通過此次的理論研究對實際發展有所裨益。

太陽能 應用技術 環境

1 太陽能電池的類型及工作原理分析

1.1 太陽能電池的類型分析

按照不同的標準能夠將太陽能電池分成不同的類型，按照結構對其進行分類主要能夠分為異質結電池、同質結電池、光化學電池、肖特基結電池。以異質結電池為例，它主要是通過兩種不同的半導體材料，在相接的界面上構成一個異質結的太陽能電池，倘若是兩種異質材料晶格結構相近，以及界面的晶格匹配比較完好，那么就稱為是異質面電池[1]。按照材料進行分類，就能夠分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池、非晶硅薄膜太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池。經過科學技術的發展現在已經有了新型材料的太陽能電池，例如燃料敏感化太陽能電池以及化合物半導體太陽能電池。

1.2 太陽能電池的工作原理分析

太陽能電池在工作原理方面主要是基于半導體光生伏特效應，然后將太陽能輻射能直接的轉化為電能，在晶體中的電子數目總是和核電荷數相一致，故此P型硅以及N型硅對外部來說是電中性的。將其在太陽光下進行照射，只是被加熱，在外部沒有發生任何變化，盡管是光的能量通過電子從化學鍵當中得到釋放，由此也會產生電子空穴對，而在短時間內又被捕獲，就成了電子和空穴復合。針對不同的材料太陽能電池而言，光譜相應范圍也有所不同，但在光電轉換的原理是相同的[2]。在P-N結的內建電場的作用下，N區空穴向P區進行運動，電子則是相反進行運動，最終形成太陽能電池受到光面大量負電荷積累，在電池背面有大量正電荷積累，通過導線進行連接負載就能夠有電流通過。

2 太陽能電池的制作、性能及應用技術分析

2.1 太陽能電池的制作與性能分析

太陽能電池的硅材料原料是石英砂，將其放入到電爐中用碳加以還原能夠得到冶金硅，好的冶金硅在純度上能夠達到百分之九十八到九十九。太陽能電池的制作過程主要就是：將切好的硅片表面可能有油脂及金屬屑等污染物，通過化學劑進行清洗。然后將切割的硅片表面留下切割損傷，通過表面腐蝕去除。在表面硅片基礎上能夠制作P-N結，這是比較關鍵的一個工藝，空間用太陽能電池的電極通常是采取真空蒸鍍以及光刻技術制備，制備柵線電極遮光面積小能夠提高短路電流以及轉換的效率，然后進行測試分檔[3]。

太陽能電池的標準測試溫度在二十五攝氏度，但在實際的工作溫度卻要高很多，開路電壓隨溫度的升高而降低，溫度升高一攝氏度電壓就會降低2—2．6mV，填充因子隨著溫度的升高而降低，短路電流隨著溫度的升高會在一定程度上升高。從這些方面的情況進行綜合來看，太陽能電池的轉換效率會隨溫度的升高而降低。在溫度不發生變化的情況下，光強度的增加，短路電流呈線性增大，而此時的開路電壓會呈現對數的增加。

2.2 太陽能電池的應用技術分析

太陽能電池最大功率跟蹤技術的實現應用，實質上是動態尋優的過程，通過對太陽能電池當前的輸出電壓以及電流的檢測，得到當前太陽能電池輸出功率，然后和已經儲存前一刻的功率相比較，進行舍小取大，然后再次的檢測和比較，這樣就能夠將太陽能電池動態的工作在最大的功率點上。

太陽能發電應用領域中，盡可能提高太陽能電池板的輸出功率，太陽能電池輸出特性為非線性，并受到光照強度以及環境溫度影響。其中最大功率跟蹤在太陽能電池中的應用方面，主要體現在獨立光伏發電系統上，負載所消耗的能量，均是通過太陽能電池發電系統進行提供的，所以太陽能電池方陣光照射時所產生的電力是系統中的主要能量來源[4]。

而在并網光伏發電系統方面，這一光伏系統的最大特征就是太陽能電池組件產生的直流電經過并網逆變器轉換成符合市電電網要求的交流電后直接接入公共電網。太陽能電池組件在陰雨天氣或者是晚上沒有產生電能，以及產生的電能不能滿足實際的需求負載，就可通過電網進行供電。

太陽能發電由于受到晝夜以及晴雨等諸多因素的影響，故此能夠對其進行分散進行，太陽能電池已經日益成為家用電器的能源心臟。其中太陽能電話就是以太陽能作為主要能源的無線電話，它通過頂端安裝太陽能接收板，可不斷給電池進行充電，只需要在陽光下充電幾個小時就能夠使用十多天。

近些年的太陽能電池利用在技術上不斷的得到突破，使得太陽能光電池的商業化應用要比人們預想的要快。最初的太陽能電池主要是用在人造衛星以及軍用航海等領域，在這些方面發揮著重要的作用。當前人們已經能夠對太陽能電池的光電效應和利用有了很大程度的了解，這些也是太陽能電池發展的一個重要因素。

3 結語

總而言之，隨著當前我國的經濟不斷發展，對資源的需求量會愈來愈大，加強對可再生能源以及相關技術的發展及應用對推動我國的綠色發展有著重要作用。太陽能電池的相關技術應用正是很好的新能源替代不可再生能源的典型示范，故此要能夠在這一方面的理論研究及實踐進一步的加強。

[1]張世偉.薄膜太陽能電池技術及市場發展現狀[J].科技創新與生產力,2012,(07).

[2]王恩忠.薄膜太陽電池介紹及應用發展[J].新材料產業,2013,(09).

[3]吳江宏,胡社軍,王憶,范東華,李昌明.單晶硅太陽電池表面絨面制備及其性質研究[J].化工技術與開發,2014,(08).

[4]于靜,王宇,耿魁偉.晶硅太陽電池工業生產中制絨工藝與設備設計要點[J].電子工業專用設備,2013,(04).

楊丹(1986—),女,湖北省襄陽市人,工作單位:國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心,職務:無,研究方向:太陽能跟蹤、發電。