太陽能電池及其應用技術分析

李雪濤

摘 要：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。

關鍵詞：工作原理；應用；技術分析

1 太陽能電池的工作原理

太陽能電池是一對光有響應并能將光能轉換成電力的器件。能產生光伏效應的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發電原理基本相同，以晶體為例描述光發電過程。P型晶體硅經過摻雜磷可得N型硅，形成P-N結。

當光線照射太陽能電池表面時，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發生了越遷，成為自由電子在P-N結兩側集聚形成了電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產生一定的輸出功率。這個過程的實質是：光子能量轉換成電能的過程

太陽電池能量轉換的基礎是結的光生伏特效應。當光照射到pn結上時，產生電子一空穴對，在半導體內部結附近生成的載流子沒有被復合而到達空間電荷區，受內建電場的吸引，電子流入n區，空穴流入p區，結果使n區儲存了過剩的電子，p區有過剩的空穴。它們在pn結附近形成與勢壘方向相反的光生電場。

光生電場除了部分抵消勢壘電場的作用外，還使p區帶正電，N區帶負電，在N區和P區之間的薄層就產生電動勢，這就是光生伏特效應。此時，如果將外電路短路，則外電路中就有與入射光能量成正比的光電流流過，這個電流稱作短路電流，另一方面，若將PN結兩端開路，則由于電子和空穴分別流入N區和P區，使N區的費米能級比P區的費米能級高，在這兩個費米能級之間就產生了電位差。可以測得這個值，并稱為開路電壓。由于此時結處于正向偏置，因此，上述短路光電流和二極管的正向電流相等，并由此可以決定電位差的值。

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。

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。

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

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。

參考文獻

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（作者單位：英利能源（中國）有限公司）