太阳能电池的原理、种类与应用

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1、太阳能电池的原理、种类与应用开门八极(闵大荒男子职业技术学院，上海)摘要：本文综述了三代典型太阳能电池的原理、种类剂应用。其小第一代太阳能电池是硅太阳能电池，第二代为化合物薄膜太阳能电池，第三代以染料敏化太阳能电池为代表。关键词：太阳能电池、Si、电子跃迁、薄膜、光伏发电、染料一•太阳能电池的原理太阳能电池都是利用太阳光的激发，在两个电极上分别产生异号光载流子，进而在两个极板间形成电势差。由于太阳能电池种类存在差异，不同电池的工作原理不尽相同。1・硅太阳能电池在超纯晶体硅的禁带宽度比绝缘体小。在光照或者加热条件下，价带的电子容易激发到导带上去，而价

2、带上留下空穴。电子和空穴都是载流子，这两种能带都成了导带。这种半导体成为本征半导体。在纯硅中掺入杂质，将极大地影响其导电性。若掺入P、As、Sb、Bi,多余的电子在靠近导带出处形成扌li里的能级，容易进入导带。这类半导体的载流子是电子，成为n型半导体。反之，掺入B、Al、Ga.In,这类半导体的载流子是空穴，称为p型半导体。将两种半导体结合和在一起，产生电势差，可将太阳能转变成电能。⑴这种现象称为光生伏特效应2•化合物薄膜太阳能电池图1•化合物薄膜太阳能电池的结构图电池中的吸收层是薄膜电池的核心。它主要由为碑化稼(GaAs)、铜钢硒(CuInSc)

3、硏化镉(CdTe)等半导体构成。这种电池的原理与硅太阳能电池的原理非常类似，也涉及光电子在价带和导带之间的跃迁-GaAsCuInSe2CdTe带隙/eV1.41.11.5产业化平均效率/%29.517.18〜10表格1•几种化合物半导体的性能参数3.染料敏化太阳能电池染料敏化太阳电池(DSSC)的工作原理及工作过程包括：(1)阳光照射至UDSSC电池的光阳极上，半导体薄膜上的染料会吸收光子的能量染料分子会从基态(S。)跃迁至激发态(S),(2)染料处在不稳定的激发态变成氧化态(S),电子注入半导体的导带(CB)(3)注入到半导体导带中的c一经扩散到

4、达导电玻璃(4)处于氧化态(S+)的染料分子会与电解质屮的厂离子发生氧化还原反应，染料从氧化态变回基态(5)流经外电路的电子，到达对电极与电解质屮的,发生氧化还原反应，电解质屮的G变冋r但在前述循环反应中，同时会发生两种电子复合反应，而由复合反应产生电流会形成暗电流，其中包括(门半导体导带中的。与氧化态的染料复合(2)半导体导带(CB)屮的e一与电解质屮的Is复合二•太阳能电池的种类如上面所说，太阳能电池分为硅太阳能电池、化合物薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池三种。下面分别作详细介绍。1・硅太阳能电池（1）单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池是以高纯

5、的单晶硅棒为原料的太阳能电池。其基本结构多以P型单晶硅片为基片，其电阻率--般为3〜8Q・cm,厚度一般为200〜300pm。由于单品硅材料大多來自半导体工业退下的废次品，因此部分厂家采用的硅片厚度达到O.5〜0.7mm,而这些硅片的质量办能完全满足太阳能电池的要求，用来制作太阳能电池也能得到良好的效果，通常能达到15%以上。a・结构组件：①钢化玻璃：其作用为保护发电主体oEVA（乙烯•醋酸乙烯共聚物）：用来粘结固定钢化玻璃和发电主体（如电池片）@电池片：主要作用就是发电◎EVA：作用如上，主要粘结封装发电主体和背板。0背板：作用是密封、绝缘、防水

6、。©铝合金保护层压件：起一定的密封、支撑作用。。接线盒：保护整个发电系统，起到电流中转站的作用，如果组件短路接线盒自动断开短路电池串，防止烧坏整个系统接线盒屮最关键的是二极管的选用，根据组件内电池片的类型不同，对应的二极管也不相同。⑧硅胶：密封作用，用来密封组件与铝合金边框、组件与接线盒交界处.b・工艺流程（i）单晶硅的制取首先制取多晶硅。石英砂在电弧炉中冶炼提纯到98%并生成工业硅。为了满足高纯度的需要，必须进一步提纯。把工业硅粉碎并用无水氯化氢与之反应在一个流床反应器屮，生成拟溶解的三氯硅烷。反应温度为300度，该反应是放热的。同时形成气态混合

7、物。产生的气态混合物还需要进一步提纯，需要分解：过滤硅粉，冷凝SiHCl3,SiCS而气态出，HC1返回到反应中或排放到大气中。然后分解冷凝物siHci3?sici4,净化三氯氢硅（多级m）o净化后的三氯氢硅采用高温还原工艺，在H2气氛中还原沉积而生成多晶硅。L?cl0工工覚・HCL合战」T丄HC；］―-4▲SiCJI：&«fAA图5•上述多晶硅生产流程图对于单晶硅太阳能电池來说，硅不仅要很纯，而且必须是品体结构中基本上没有缺陷的单晶形式。工业生产这种单晶硅所用的主要方法是直拉（Czochralski）工艺。在圮埸中，将半导体多晶硅熔融，同时，加入

8、微量的期问所需的一种掺杂剂。通过线锯可将单晶硅棒切成厚度为200〜300pm的硅片。在切片的过程中，会有30%〜50%左右