太阳能电池及其应用

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1、万方数据第18卷第10期武汉科技学院学报2005年10月JOURNALOFWUHANUNIVERSITYOFSCIENCEANDENGINEERINGV01．18NO．100ct．2005太阳能电池及其应用罗雪莲，吴麟章，江小涛，王远，周明杰，刘辉(武汉科技学院光电子中心，湖北武汉430073)摘要：本文论述了太阳能电池的发展情况以及它的应用。首先介绍了它出现的原因，然后说明太阳能电池现在的市场情况．最后详细对瑟国的太阳能电池发展概况和太阳能资源进行了说明。关键词：新能源：太阳能电池：太阳能应用；我国发展概况中图分类号：TK514文献标识码：A文章编号：l009—5160(2005)一

2、()036—03随着社会的发展，煤炭、石油等不可再生资源日益减少，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。所谓新能源，必须同时符合两个条件：一是蕴藏丰富，不会枯竭；二是安全、干净，不会威胁人类和破坏弥境。目前找到的新能源主要有两种，一是太阳能，二是燃料电池。另外，风力发电也可算是辅助性的新能源。其中，最理想的新能源是太阳能。l‘太阳能与太阳能利用首先我们要知道在太阳内部进行着剧烈的由氢聚变成氦的核反应，并不断向宇宙空间辐射出巨大的能量，这能量就是我们通常所说的太阳能。太阳内部的热核反应足以维持6×1010年，相对于人类发展历史的有限年代而言，可以说是”取之不尽、用之不竭”的能源。太阳能利

3、用指太阳能的直接转化和利用。利用半导体器件的光伏效应原理把太阳辐射能转换成电能称太阳能光伏技术。把太阳辐射能转换成热能的属于太阳能热利用技术，再利用热能进行发电的称为太阳能热发电，也属于这一技术领域。太阳能的利用分为光电转换和集热两种，前者主要有太阳能电池，后者主要有太阳能热水器、太阳能温室等。其中，前景最为诱人的太阳能电池是未来主要的替代能源之一，将广泛应用于人类生活的各个领域，因而太阳能电池的开发得到广泛的关注。2太阳能电池太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的装置，是由各种具有不同电子特性的半导体材料制成的平面器件，具有强大的内部电场。内部电场在太阳光的照射

4、下，发生了电子和空穴的分离，电子和空穴分别向两个相反的方向移动，正、负电荷分别聚集而产生电动势，即在太阳能电池的正面和背面之间产生电压，接通外电路后就能输出直流电流。早在1839年，科学家们已经开始研究光生伏特效应。二十世纪50年代，太阳能利用领域出现了两项重大突破：一是1954年美国贝尔实验室研制出6％的实用型单晶硅电池，二是1955年以色列Tabor提出选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项突破既是太阳能利用进入现代发展时期的划时代标志，也是人类能源技术又一次变革的技术基础。{3太阳能电池研究在太阳能电池中，最重要的组成部分是半导体材料层，在这种材料层里能够产

5、生负载所需要的电流。太阳能电池的种类很多，其中包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、化合物半导体电池和叠层太阳能电池等。单晶硅太阳能电池是开发得最早、最快的一种太阳电池，其结构和生产工艺已定型，产品已广泛应用于空间和地面。在实验室里最高的转换效率为23％，而规模生产的单晶硅太阳能电池，其效率为15％。收稿日期：2005。05．05作者简介：罗雪莲(1978．)，女，硕士在读，研究方向：应用电子技术万方数据第lO期罗雪莲，等：太阳能电池及其应用37多晶硅太阳能电池具有独特的优势，与单晶硅比较，多晶硅半导体材料的价格比较低廉，但是由于它存在着较多的晶粒间界而有较多的弱点

6、。多晶硅太阳能电池的实验室最高转换效率为18％，工业规模生产的转换效率为10％。非晶硅薄膜太阳能电池的研究工作开始于1975年。非晶硅(a—si)属于直接转换型半导体，光的吸收率较大，较容易制造厚度小于0．5微米、面积大于l平方米的薄膜，并且易于与其他原子结合制造对近红外光高吸收的非晶硅锗(a—SiGe)集层光电池，是目前太阳能电池开发的热点之一，目前已经开发出集层结成型、连续分离成型以及激光布线成型等多种新技术，其中，10cmX10cm产品的初期转换率达12．O％，1cm2a—Si／a—SiGe集层太阳能电池的稳定后效率达10．6％，达到了目前世界最先进的水平。日本三洋电机公司开发的

7、大面积a—Si／a—SiGe集层太阳能电池(30cmx40cm)，其稳定后效率达9．5％。非晶硅薄膜太阳能电池组件的制造采用薄膜工艺，具有较多的优点，例如：沉积温度低、衬底材料价格较低廉，能够实现大面积沉积。非晶硅的可见光吸收系数比单晶硅大，是单晶硅的40倍，1微米厚的非晶硅薄膜，可以吸引大约90％有用的太阳光能。不过，非晶硅太阳能电池的稳定性较差，从而影响了它的迅速发展。美国科学家对非晶硅太阳能电池进行了深入的研究，发现非晶硅薄膜材料受到长时