太陽(yáng)能電池原理及分類

在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的小單元是太陽(yáng)能電池單體。太陽(yáng)能電池單體實(shí)際上是一個(gè)PN結(jié)，PN結(jié)在光照下會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種效應(yīng)稱為光生伏*應(yīng)。當(dāng)PN結(jié)處于平衡狀態(tài)時(shí)，PN結(jié)處有一個(gè)耗盡層，耗盡層中存在著勢(shì)壘電場(chǎng)，電場(chǎng)方向由N區(qū)指向P區(qū)。當(dāng)PN結(jié)受到光照時(shí)，硅原子受光激發(fā)而產(chǎn)生電子空穴對(duì)，在勢(shì)壘電場(chǎng)的作用下，空穴向P區(qū)移動(dòng)，電子向N區(qū)移動(dòng)，從而P區(qū)就有過剩的空穴，N區(qū)就有過剩的電子，這樣便在PN結(jié)附近形成與勢(shì)壘電場(chǎng)方向相反的光生電動(dòng)勢(shì)。光生電動(dòng)勢(shì)的一部分抵消勢(shì)壘電場(chǎng)，另一部分使P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負(fù)電，從而在P區(qū)與N區(qū)之間產(chǎn)生光生伏*應(yīng)。若在太陽(yáng)能電池單體兩側(cè)引出電極并接上負(fù)載，則負(fù)載就有“光生電流”流過，從而獲得功率輸出。由上可知，太陽(yáng)能電池單體將光能轉(zhuǎn)換成電能的工作原理可概括為以下四個(gè)過程:

(l)太陽(yáng)能電池單體吸收光子，在PN結(jié)兩側(cè)產(chǎn)生稱為“光生載流子”的電子一空穴對(duì)，兩者的電性相反，電子帶負(fù)電，空穴帶正電;

(2)在太陽(yáng)能電池單體PN結(jié)光生載流子，通過擴(kuò)散作用到達(dá)空間電荷區(qū);

(3)到達(dá)空間電荷區(qū)的光生載流子被勢(shì)壘電場(chǎng)分離，電子被分離到N區(qū)，空穴被分離到P區(qū);鄭州光伏組件廠家坤德實(shí)業(yè)供應(yīng)發(fā)電設(shè)備

(4)被勢(shì)壘電場(chǎng)分離的電子和空穴分別被太陽(yáng)能電池單體的正、負(fù)極收集，若在太陽(yáng)能電池單體正負(fù)極之間接入負(fù)載，則有光生電流流過，從而獲得電能

實(shí)際中使用的太陽(yáng)能電池是若干個(gè)太陽(yáng)能電池單體經(jīng)過串并聯(lián)并封裝后形成的太陽(yáng)能電池組件，是可以單獨(dú)作為電源使用的小單元，其功率一般為幾瓦至幾十瓦、百余瓦。太陽(yáng)能電池組件再經(jīng)過串并聯(lián)組合可以形成太陽(yáng)能電池陣列，以滿足負(fù)載功率要求。

太陽(yáng)能電池多為半導(dǎo)體材料制造，種類繁多，形式各樣，下面按照太陽(yáng)能電池的材料進(jìn)行分類介紹:

(l)硅太陽(yáng)能電池:指以硅為基體材料的太陽(yáng)能電池，如單晶硅太陽(yáng)能電池、多晶硅太陽(yáng)能電池和非晶硅太陽(yáng)能電池等，多晶硅太陽(yáng)能電池又有片狀多晶硅太陽(yáng)能電池、鑄錠多晶硅太陽(yáng)能電池、筒狀多晶硅太陽(yáng)能電池和球狀多晶硅太陽(yáng)能電池等多種。硅太陽(yáng)能電池特點(diǎn)是由于硅資源豐富，可以大規(guī)模生產(chǎn)，性能穩(wěn)定且光電轉(zhuǎn)化效率高，是目前應(yīng)用多的太陽(yáng)能電池。但其制造過程復(fù)雜，成本高。目前市場(chǎng)上使用多的是單晶硅太陽(yáng)能電池，轉(zhuǎn)換率為17%左右，多晶硅轉(zhuǎn)換效率為14%左右，非晶硅電池轉(zhuǎn)化效率為6%左右。

(2)化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池:指由兩種或兩種以上元素組成的具有半導(dǎo)體特性的化合物半導(dǎo)體材料制成的太陽(yáng)能電池，如碲化鎘太陽(yáng)能電池、砷化鎵太陽(yáng)能電池、硒銦銅太陽(yáng)能電池、磷化銦太陽(yáng)能電池等。化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池具有轉(zhuǎn)換效率高，抗輻射性好，可在聚光條件下使用等特點(diǎn)，但碲化鎘太陽(yáng)能電池帶有毒性，易對(duì)環(huán)境造成污染，一般用于特定場(chǎng)合，如空間飛行器。鄭州光伏組件廠家坤德實(shí)業(yè)供應(yīng)發(fā)電設(shè)備

(3)有機(jī)半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池:指用含有一定數(shù)量的碳-碳鍵且導(dǎo)電能力介于金屬和絕緣體之間的半導(dǎo)體材料制成的太陽(yáng)能電池。該種電池雖然轉(zhuǎn)換率低，但價(jià)格便宜、輕便、易于大規(guī)模制造。鄭州光伏組件廠家坤德實(shí)業(yè)供應(yīng)發(fā)電設(shè)備

(4)薄膜太陽(yáng)能電池:指用單質(zhì)元素、無(wú)機(jī)化合物或有機(jī)材料等制作的薄膜為基體材料的太陽(yáng)能電池。目前主要有非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池、多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池、化合物半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池、納米薄膜太陽(yáng)能電池和微晶硅薄膜太陽(yáng)能電池等。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較高、成本降低(尤其是大大降低了晶體硅類太陽(yáng)能電池的硅材料用量)、且適合規(guī)模生產(chǎn)，因此薄膜太陽(yáng)能電池是未來太陽(yáng)能電池的一個(gè)重要發(fā)展方向。