太阳能电池研究与应用前景
1.太阳能光伏发电原理
1.1光伏发电的过去、现在及未来
1839年, 法国人Edmund Bequerel 发现了光伏效应，到了1954年, 贝尔实验室的Chapin, Fuller and Pearson 制备了世界上第一个效率为6%的晶体硅太阳电池。从此，航天技术和地面特殊领域的需求驱使对光伏有兴趣的学者进行着艰苦的探索，效率很快由当初的6%提高到10%，并于1958年首先在航天器上得到应用。在后来的10多年里，硅太阳电池在空间的应用不断扩大，工艺不断改进，电池设计不断改型，新的光伏材料也在不断探索之中，这是硅太阳电池发展的第一个时期。第二个时期开始于70年代初，在这个时期对太阳电池材料、结构和工艺进行了广泛的研究，背表面电场、细栅金属化、浅结表面扩散和表面织构化开始引入到电池的制造工艺中，太阳电池转换效率有了较大提高。与此同时，硅太阳电池开始在地面应用，到了70年代末，地面用太阳电池产量已超过空间电池产量，但单晶硅太阳电池高昂的成本促使科学家们把目光瞄准了其它光伏电池。其间最具影响的是1976年制成了AM1效率达10%的多晶硅太阳电池。同年，RCA’s David Sarno ff Research Center 的光伏专家D.E.Carlson 制成了世界上第一个光电转换效率为2.4%的可供实用的非晶硅太阳电池，在这个消息的鼓舞下，迅速掀起了非晶硅太阳电池的研究热潮，并且取得了很大的成绩,另外CIS/CdS、CdTe/CdS等光伏电池的研究也取得了可喜的成就。进入80年代，硅太阳电池进入快速发展的第三个时期。这个时期的主要特征是把表面钝化技术、降低接触复合效应、后处理提高载流子寿命、改进陷光效应引入到电池的制造工艺中。以各种高效电池为代表，电池效率大幅度提高，商业化生产成本进一步降低，应用不断扩大，形成了非晶硅、多晶硅和单晶硅三足鼎立之势。但基础领域的一些问题愈来愈制约着迅猛发展的实践，多线切割技术的发展使人们获得更薄的晶体硅片成为可能，原来的晶体硅太阳电池技术必须做出相应的改变。采用薄的晶体硅片，载流子的表面复合问题就突现了出来；碎片率的上升促使人们得重新设计电极的制备工艺。只有这样，才能保证得到更高的性能价格比。太阳级单晶硅电池的衰减也逐渐显示出来，多晶硅中的晶界效应限制了多晶硅光伏电池效率的进一步提高，多晶硅光伏电池并没有显示出优于单晶硅电池的成本，非晶硅光伏电池中的S—W效应及有限的市场使得首先将这一高新技术产业化的公司面临倒闭的危机。进入90年代后，光伏专家们加紧了对缺陷晶体硅中载流子行为的研究，并将高效工艺产业化，努力将这一最具发展前景的太阳电池稳步推向前进[1-3]。
光伏电池是光伏发电系统的心脏，其光电转换效率和成本对光伏发电的进程具有决定性的影响。自1941年出现了有关硅光伏电池的报道之后，科学家们就没有停止过
对进一步提高效率和廉价新材料的研究，半个世纪以来，人们为太阳电池的研究、发展和产业化付出了很大的努力。光伏技术中新技术、新工艺、新材料和新结构层出不穷，研制成功许多种太阳电池。在太阳电池的整个发展历程中，先后出现过各种不同结构的电池，从结构上看，有同质n-p结、肖特基（MS）电池、MIS电池、MINP电池、异质结电池、垂直多结等类型。其中同质结中的钝化发射区电池（PERL），钝化发射区背面整个扩散电池（PERT），刻槽埋栅电池（BCSC），背面点接触电池（PCC），深结局部背场电池（LBSF）等是高效电池的代表。目前世界上太阳电池的实验室效率最高水平：单晶硅电池24.7%（4cm2），多晶硅电池19.8%（4cm2），InGaP/GaAs双结电池30.28%（AM1），非晶硅电池14.5%（初始），12.8%（稳定），CdTe/CdS电池为15.8%，带硅电池14.6%,二氧化钛有机纳米电池10.96%[4]。
经过光伏专家们的辛勤劳动，晶体硅（包括单晶硅和多晶硅）太阳电池的工业化生产效率已从上世纪80年代的10-12%提高到目前的15-17%，单片面积也从当时的78.5cm2增加到243.36 cm2，硅片的厚度也从当时的450um降低到当前的180um,这极大地降低了光伏发电的成本，更为重要的是人们对太阳能成为未来替代能源树立了信心，一些国家和政府相继制定了光伏发电上网的补贴政策，以加快光伏发电的商业化进
程[5]。
目前，光伏市场上销售的太阳电池主要是基于片状硅的第一代太阳电池，包括单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池；基于非晶硅及多晶化合物半导体的第二代太阳电池约占市场份额不足整个光伏市场的10%，包括非晶硅、CIS、 CdTe 、纳米氧化钛染料电池及多晶硅薄膜太阳电池。在第二代太阳电池中,a-Si:H太阳电池存在衰减，CIS太阳电池在制造上存在难题，CdTe太阳电池对环境有害，纳米氧化钛染料电池的发展还不明朗，因此人们普遍认为第一代太阳电池将会在很长的一段时间里是太阳能光伏发电的主力。
历史进入二十一世纪，环境污染和能源短缺迫人们寻找可持续发展且清洁的能源发展方向，最有效的行动就是采用清洁的可再生能源技术替代常规化石燃料能源技术。从上世纪70年代地面应用开始，美国就先后制定了一系列鼓励光伏发电应用政策；1974年日本开始执行阳光计划，颁布了相应的鼓励政策。此后许多国家，先后颁布了几十种鼓励光伏发电应用的政策，包括减免税、补贴、贴息、租赁、电力配额等政策。但截至2004年以前，各种政策所发挥的作用都相当有限。如上世纪90年代初，克林顿政府提出百万屋顶计划及相应鼓励政策就收效不大，但直到德国的可再生能源法出现，人们才真正找到了科学的、行之有效的措施。上世纪90年代中后期德国对世界几种较成熟的光伏技术进行认真研究和分析。依据光伏组件30年来的成本变化规律以及规模效应，得出光伏组件成本随累计安装量呈指数下降趋势（Learning Curve），安装量每扩大一倍，成本下降20％。分析结果表明，只要通过开拓市场,扩大组件生产，晶硅电池、CdTe电池和CIGS电池等都可以使组件成本下降到1美元/W左右。上述的研究结果成为上网电价法的理论依据。
德国在实施十万屋顶计划（1999－20003）基础上，对光伏上网电价进行修订，2004年1月1日实施。修正后的上网电价更加科学、更加合理，更加容易操作。上网电价法还规定，以后每年上网电价下降5％，既符合实际，又符合上网电价法实施的目的。自2004年起，德国一跃成为世界光伏市场和光伏产业发展最快的国家，并拉动了其他国家光伏产业的发展，表1-1给出了德国的上网电价，表1-2给出了德国2008年的PV上网电价。对比表1-1和表1-2可知：《可再生能源法》是加速可再生能源发展、实现及时替代化石燃料能源的唯一保证和必要条件。
《上网电价法》的科学性、有效性和可操作性，很快被世界许多国家认同、接受和效法，目前已经有40 多个国家和地区实施了《上网电价法》，光伏市场从德国很快扩张到整个欧洲、美国、南韩国家，而且还正在向更大范围扩大[6-8]。
毫无疑问，在各个国家可再生能源法的保障下，太阳能将会成为人类的支柱能源之一，人们预测：本实际中叶前能源结构将发生根本性变革，如图1-1所示。图1-2给出了欧洲JRC预测本世纪内常规能源及新能源发展趋势。
表1-1 德国2004年的PV上网电价
上网价格/ kWh <30kWp 30-100kWp >100kWp 建筑屋顶57.4欧分54.6欧分54.0欧分
建筑幕帘62.4欧分59.6欧分59.0欧分
地面系统45.7欧分45.7欧分45.7欧分
表1-2 德国2008年的PV上网电价
上网价格/ kWh <30kWp 30-100kWp >100kWp 建筑屋顶46.75欧分44.48欧分43.99欧分
建筑幕帘 35.54欧分35.54欧分35.54欧分
地面系统35.49欧分35.49欧分35.49欧分
图1-1能源结构变化趋势
图1-2 2004年欧洲JRC预测本世纪内常规能源及新能源发展趋势
2007年世界太阳电池产量达4410 MW，近10年太阳电池的年平均增长率为42.7%，近5年的年平均增长率为51％，在原材料供应紧张的情况下，2006和2007年太阳电池的年增长率仍然分别达到50％和67%。
从资源的潜力和长远前景来看，光伏发电是很具潜力的可再生替代能源。图1-3示出了1999-2007年全球太阳电池产量的增长情况。
175
202
287401560750125618182640
4410
050010001500
2000
2500
30003500
40004500
1998199920002001200220032004200520062007总计
图1-3 1998-2007年全球太阳电池产量的增长情况
世界上一些发达国家纷纷宣布了自己的光伏发展计划，美国能源部国家光伏规划目标是到2010年光伏发电装机达到4.7GW;日本计划到2010年光伏发电装机达到5GW;欧洲提出到2010年光伏发电装机达到3GW ;再加上其它国家近年一直保持占世界光伏组件总产量10%左右的装机量,预计到2010年,世界光伏发电累计安装容量达到15GW 。
太阳能发电主要用于并网发电，在美国、日本、德国等国家，已有专业从事太阳能发电的公司，即这些公司租用土地建设并经营太阳能发电厂，他们通过将太阳能产生的电力销售给电力公司来获利（有可再生能源法保障）。一些个人也在自己的屋顶上利用太阳能发电，通过并网逆变器和大电网并网。图1-4示出了正在国外建设的家庭太阳能发电方案。
图1-4正在国外建设的家庭太阳能发电方案
我国的光伏产业自2003年以来，以超常的速度发展，年增长率达到100%-300%。
2006年我国太阳电池产量438MWp，占世界总产量2561.2MWp的17.1%，超过美国179.6MWp），成为继日本（926.9MWp）和欧洲(680.3MWp)之后的第三大太阳电池生产国，2007年我国太阳电池产量1088MWp，超过日本（920MWp）和欧洲（1062.8MWp），成为世界第一大太阳电池生产国。
在短短的四年间，我国光伏电池的产量，由2002年的仅占世界总产量的1.07%，增长到2007年的占27.2%，图1-5给出了世界各国近几年来太阳电池的生产情况，从该表中可直观地看出我国近几年的发展情况[9-12]。
图1-5 世界各国近几年来太阳电池的生产情况
表1-3给出了2007年电池产量等于和大于20MWp的生产商排名，共有35家公司表中有名，其中14家为中国公司（4家台湾公司），占35家的40％。
表1-3 2007年电池产量等于和大于20MWp的生产商排名
序号公司名称2006年2007年
产
量，
MWp
排
名
产
量，
MWp
排
名
1 Q-Cell(DE) 253.
1 2 389.
2
1
2 Sharp(JP) 434.
4 1 363.
2
3 Suntech(CH) 157.
5
4 327 3
4 Kyocera(JP) 180 3 207 4
5 Firstsolar(US+D
E)
60 13 207 4
6 Motech(TW) 102
7 196 5
7 Sanyo(JP) 155 5 165 6
8 SunPower(PH) 62.7 11 150.
7
9 Baoding
Yingli(CH) 35.0 17 142.
5
8
10 Solar
world(whole) 86.0 9 130.
9
11 Misubishi(JP) 111 6 121 10
12 Jing-Ao(CH) 25.0 20 113.
2
11
13 BP Solar(whole) 85.7 9 101.
6
12
14 Solarfun(CH) 25.0 20 88.0 13
15 Isofoton（SP）61 12 85 14
16 Schott Solar(DE
＋US)
93.0 8 80.0 15 17 CEEG
Nanjing(CH)
54.0 14 78.0 16
18 E-TON(TW) 32.5 17 72.0 17
19 ATS-Solar(CH) 25 20 55 18
20 Gintech(TW) 15.0 21 55.0 18
21 Ersolr(DE) 40 15 53 19
22 Ever-Q(DE) 15 21 49.8 20
23 United
Solar(US)
28.0 19 48.0 21
24 Scancell(NW) 37.0 16 46.0 22
25 Ningbo
Solar(CH)
30 18 45 23
26 Delsolar(TW) 20 20 45.0 23
27 Kaneka(JP) 28.0 19 40.0 24
28 Solland(NE) 18.0 21 37.0 25
29 Trina Solar(CH) 7.0 37.0 25
30 Sunways(DE) 30.0 18 36.0 26
14 35 27
31 Jiangsu
Junxin(CH)
18.0 29.1 28
32 Photovoltaic(BE
)
33 Microsol
15.0 28.0 29
Inter.(UAE)
34 交大泰阳(CH) 21 25 30
35 Photowatt 24 20 31
和产业相适应，欧美和日本等发达国家用于光伏研究的科研经费大幅增加，我国的光伏研究也日渐活跃，国家自然科学基金及“973”项目都加大了对光伏发电的支持，研究队伍也随之加强，可以预料：在大量资金和人力的投入下，光伏产业和研究必将取得长足的进展。
1.2晶体硅太阳电池原理
如图2-1(a)所示，在一块半导体中n型和p型的接触处，n区一侧的电子浓度高，形成一个要向p区扩散的正电荷区域；同样,p区一侧的空穴浓度高，形成一个要向n区扩散的负电荷区域。n区和p区交界面两侧的正、负电荷薄层区域, 称之为“空间电荷区”, 即p-n结,如图2-1(b)所示。p-n结内有一个由p-n结内部电荷产生的, 从n区指向p区的电场，叫做“内建电场”或“自建电场”。由于存在内建电场, 在空间电荷区内将产生载流子的漂移运动, 使电子由p区拉回n区，使空穴由n区拉回p区,其运动方向正好和扩散运动的方向相反。
（a） (b)
图2-1 (a) 形成P-N 结前载流子的扩散过程 (b) 空间电荷区和内建电场开始时，扩散运动占优势，空间电荷区内两侧的正负电荷逐渐增加，空间电荷区增宽，内建电场增强；随着内建电场的增强，漂移运动也随之增强，阻止扩散运动的进行，使其逐步减弱；最后，扩散的载流子数目和漂移的载流子数目相等而运动方向
相反，达到动态平衡。此时在内建电场两边，n 区的电势高，p 区的电势低，这个电势差称作p-n 结势垒，也叫内建电势差或接触电势差，用符号D V 表示。电子从n 区流向p 区, p 区相对于n 区的电势差为负值。由于p 区相对于n 区的电势为D V (取n 区电势为零)，所以p 区中所有电子都具有一个附加电势能：D qV 通常将D qV 称作势垒高度。当p-n
结加上正向偏压(即p 区接电源的正极，n 区接负极)，此时外加电压的方向与内建电场的方向相反，使空间电荷区中的电场减弱。这样就打破了扩散运动和漂移运动的相对平衡，有电子源源不断地从n 区扩散到p 区，空穴从p 区扩散到n 区，使载流子的扩散运动超过漂移运动。由于n 区电子和p 区空穴均是多子，通过p-n 结的电流(称为正向电流)很大。当p-n 结加上反向偏压(即n 区接电源的正极, p 区接负极)，此时外加电压的方向与内建电场的方向相同, 增强了空间电荷区中的电场，载流子的漂移运动超过扩散运动。这时n 区中的空穴一旦到达空间电荷区边界，就要被电场拉向p 区；p 区的电子一旦到达空间电荷区边界，也要被电场拉向n 区。它们构成p-n 结的反向电流，方向是由n 区流向p 区。由于n 区中的空穴和p 区的电子均为少子，故通过p-n 结的反向电流很快饱和, 而且很小。电流容易从p 区流向n 区，不易从相反的方向通过p-n 结,这就是p-n 结的单向导电性。
当太阳电池受到光照时，光在n 区、空间电荷区和p 区被吸收，分别产生电子空穴对。由于从太阳电池表面到体内入射光强度成指数衰减，在各处产生光生载流子的数量有差别, 沿光强衰减方向将形成光生载流子的浓度梯度, 从而产生载流子的扩散运动。n 区中产生的光生载流子到达p －n 结区n 侧边界时, 由于内建电场的方向是从n 区指向p 区，静电力立即将光生空穴拉到p 区，光生电子阻留在n 区。同理，从p 区产生的光生电子到达pn 结区p 侧边界时，立即被内建电场拉向n 区, 空穴被阻留在p 区。同样，空间电荷区中产生的光生电子空穴对则自然被内建电场分别拉向n 区和p 区。p －n 结及两边产生的光生载流子就被内建电场分离，在p 区聚集光生空穴, 在n 区聚集光生电子,使p 区带正电，n 区带负电，在p-n 结两边产生光生电动势。上述过程通常称作光生伏打效应或光伏效应。当太阳电池的两端接上负载，这些分离的电荷就形成电流，如图2-2 。
图2-2 太阳电池的发电原理图
1.3晶体硅太阳电池的结构与性能参数
1.3.1晶体硅太阳电池的结构
晶体硅太阳电池的结构如图2-3所示。先在硅片上制备适当的陷光结构，以利减小入射光在硅片表面的反射，电池的迎光面有一层减反射膜，也起减小入射光在硅片表面反射的作用，可以说：绒面和光学减反射膜是相得益彰，前电极（银浆）及背电极（铝浆）是用丝网印刷的工艺形成的，背电极同时也形成了一个高低结，磷扩散既可用链式烧结炉也可用管式扩散炉[15]。
图2-3晶体硅太阳电池的结构
1.3.2晶体硅太阳电池的性能参数
1)太阳光谱及标准测试条件
太阳是以光辐射的方式将能量输送到地球表面上的，阳光穿过地球大气层时被吸收、散射或反射，因而太阳辐照度将被削弱。这种削弱还与太阳辐射穿透大气层的厚度、太阳辐射的方向等有关，通常用大气质量(AM)来表示上述情况。在地球大气层之外，地球-太阳平均距离处，垂直于太阳光方向的单位面积上的辐射能基本为一常数。这个辐射强度称为太阳常数，或称此辐射为大气质量为零（AM0）的辐射。目前，光伏工作中采用的太阳常数值是1.353kW/m2，这个数值是由装在气球，高空飞机和宇宙飞船上的仪器的测量值加权平均而确定的。阳光能量的精确分布对于太阳电池的工作很重要，因为这些电池对于不同波长的光有不同的反应。
太阳在头顶正上方时，路程最短，太阳光线的实际路程和此最短路程之比称为光
学大气质量。太阳在头顶正上方时，光学大气质量为1，这时的辐射称为大气质量为1(AM1)辐射。当太阳和头顶正上方成一个角度θ时，大气质量由下式得出：大气质量=1/cos θ
AM 表示入射到地球上的大气的太阳直射光所通过的路程长度，定义为
00sec Z Z b b b b AM ==θ (2-1)
式中：
b 0——标准大气压
b ——测定时的大气压
Z 0——太阳天顶距离
一般情况下，b ≈ b 0，例如，AM1相当于太阳在天顶位置时的情况，AM2相当于太
阳高度角为60?时的情况，AM0则表示在宇宙空间中的分布。
在其他大气变量不变的情况下，随着大气质量的增加，到达地球的能量在所有波段都遭到衰减。在阳光的光谱分布中，吸收带附近衰减更为严重。
与地球大气层外的情况相反，地面阳光的强度和光谱成分变化都很大。因此为了对不同地点测得的不同太阳电池的性能进行有意义的比较，就必须确定一个地面标准，然后参照这个标准进行测量。（一般采用AM1.5的分布，即总功率密度为1KW/m 2 （100mW/cm 2），即接近地球表面接收到的功率密度的最大值）。
图2-4 太阳能光谱分布
太阳电池的光电转换效率和测试条件紧密相关，为了有一个统一的标准，人们规定标准测试条件（STC ）为：AM1.5；100mW/cm 2；25℃。
2)晶体硅太阳电池的性能参数
用于描述晶体硅太阳电池的性能参数有开路电压、短路电流、工作电压、工作电
流、填充因子、光电转换效率。
图2-5 晶体硅太阳电池的等效电路
晶体硅太阳电池的等效电路如图2-5所示，图中Rs 为太阳电池等效串联电阻，包括:太阳电池的基区电阻．扩散区的薄层电阻，电极接触电阻等，在运行时和负载串联在同一回路内；Rsh 为太阳电池等效并联电阻，即在太阳电池内部产生的光生电流, 有一部分通过电池的边缘漏电而损失，相当于一个泄漏电阻并联在电池的两极之间；R L 为负载电阻；I ph 为光生载流子在p-n 结内电场作用下漂移运动产生的电流，称为光生
电流；d I 为流过太阳电池二极管的电流； I sh 为流过并联电阻R sh 的电流[16]。
当流进负载R L 的电流为I ，负载的端电压为V 时，则由图2-5可得[17]: Sh S nkT IR V q ph Sh d ph R V IR e I I I I I I S )()1(/)(0+-
--=--=+ ==IV P V R V IR e I I Sh
S nkT IR V q ph S ])()1([/)(0+---+ L Sh
S nkT IR V q ph R R V IR e I I S 2/)(0])()1([+---=+ (2-2) 上式中P 就是太阳电池被照明时在负载上得到的输出功率。
图2-5太阳电池的典型负载特性曲线
图中曲线与纵坐标的交点就是太阳电池的短路电流，分析短路电流的最方便的方法是将太阳光谱划分成许多微小光谱区域，每一微小区域只有很窄的波长范围，并计算出每一微小区域光谱所对应的电流，电池的总短路电流是全光谱贡献的总和，表达式如下：
()???-=≈=∞0
03.03.00)()()(1)()(λμλμλληλλλλλλm m sc sc sc d qF R d j d j I (2-3)
式中
λ0 ——本征吸收波长极限；
R(λ)——半导体器件表面反射率；
F(λ)——太阳光谱中波长为λ～λ+d λ间隔内的光子数。
实际半导体表面的反射率与入射光的波长有关，反射率一般为30～50％。为防止表面的反射，在半导体表面沉积折射率介于半导体折射率和空气折射率之间的透明薄膜层。这个薄膜层称为减反射膜（Antireflective coating ）[18]。
设半导体、减反射膜、空气的折射率分别为n 2、n 1、n 0，减反射膜厚度为d 1，则反
射率R 为
θ
θ2cos 212cos 2212221212221r r r r r r r r R ++++= (2-4) 式中：
r 1=(n 0 - n 1)/(n 0 + n 1)
r 2=(n 1 - n 2)/(n 1 + n 2)
θ=2πn 1d 1/λ λ－波长
显然，减反射膜的厚度d 1为1/4波长时，R 为最小。即1
'
141n d λ=时， ()()2
202
12021
min ??????+-=n n n n n n R (2-5) 一般在太阳光谱的峰值波长处，使得R 变为最小，以此来决定d 1的值。
图中曲线与横坐标的交点就是太阳电池的开路电压，太阳电池的开路电压是当太阳电池处于开路状态时，对应光电流的大小产生的电动势。设I=0（开路），I ph ＝I SC ，则
()[]1ln 0+=I I q
nkT V sc oc (2-6) 在可以忽略串联、并联电阻的影响时，I SC 为与入射光强度成正比的值，在很弱的阳光
下，I SC <
00
R I I I q nkT V sc sc oc == (2-7) 其中 0
0qI nkT R =。 在很强的阳光下，I SC >>I 0，
ln I I q nkT V sc oc = (2-8) 由此可见，在较弱阳光时，硅太阳电池的开路电压随光的强度作近似直线的变化。而当有较强的阳光时，V OC 则与入射光的强度的对数成正比。
当负载从零变到无穷大时，调节负载电阻的大小到某一值时，在曲线上得到一点M ，对应的工作电流Im 和工作电压Vm 之积最大。
m m m V I P = (2-9) 我们称M 点为该太阳电池的最佳工作点，Im 为最佳工作电流，Vm 为最佳工作电压，Pm 为最大输出功率。
最大输出功率与（Voc ×Isc ）之比为填充因数(FF)，这是用以衡量太阳电池输出特性好坏的重要指标之一。 VocIsc
I V Isc V P FF m m oc m ==
(2-10) 光电转换效率EFF 为 in m m in m AP V I AP P EFF == (2-11) 其中，A 为太阳电池的总面积，Pin 为单位面积光的入射功率。通常，温度和光强等会影响太阳电池的输出性能，图2-6给出了理想情况下电池伏安特性及功率随温度和光强的变化规律。
图2-6 理想情况下电池伏安特性及功率随温度和光强的变化规律
1.4 丝网印刷晶体硅太阳电池制备工艺
目前，丝网印刷晶体硅太阳电池典型制备工艺顺序如图2-7所示[19]：
图2-7 丝网印刷晶体硅太阳电池典型制备工艺
下面就上述各工艺步骤逐一介绍。
1) 一次清洗和制绒 多线切割会在硅片表面产生损伤层，其厚度大概有10-20μm ，这一层必须要去除。 单晶硅去除损伤层用的是NaOH 溶液，其后的制绒步骤用的是NaOH ，异丙醇和硅酸钠的混合溶液。，化学反应式为： 分选测试 一次清洗 二次清洗 烧结
印刷电极 PECVD
等离子刻
边蚀
扩散
Si+2NaOH+H 2O →NaSiO 3＋2H 2↑
然后用HF 清洗，作用是去除硅表面的硅酸钠和氧化物；再用HCL 清洗，作用是去除硅片表面的金属离子,盐酸具有酸和络和剂的双重作用,氯离子能与Pt-2+,Au 3+,Ag +,Cu +,Hg 2+等金属离子形成可溶于水的络和物。
多晶硅制绒用的是硝酸和氢氟酸的混合溶液。
2) 扩散
这个工艺的目的是形成p-n 结， 在太阳电池的扩散制结工艺中一般采用液态源扩散法。如果是在p 型硅片中掺杂磷元素，液态源一般都是POCl 3，POCl 3液态源扩散方
法具有生产效率较高，PN 结均匀，平整和扩散层表面良好等优点。除了POCl 3以外，还需要有携带气体—一般使用N 2（称为小氮），相关的反应气体O 2和直接通入炉内起稀
释和控制作用的N 2（称为大氮）。
图2-7 扩散装置示意图
POCl 3在高温下（﹥600℃）分解生成五氯化磷（PCl 5）和五氧化二磷(P 2O 5),
其反应式如下：
5POCl 3→3PCl 5+P 2O 5
生成的P 2O 5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiO 2）和磷原子，其反应
式如下：
2P 2O 5+5Si=5SiO 2+4P ↓
由上面反应式可以看出，POCl 3热分解时，如果没有外来的氧（O 2）参与其分
解是不充分的，生成的PCl 5是不易分解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表
面状态。但在有外来O 2存在的情况下，PCl 5会进一步分解成P 2O 5并放出氯气（Cl 2）其反应式如下：
4PCl 5+5O 2→2P 2O 5+10Cl 2↑（过量O 2）
生成的P 2O 5又进一步与硅作用，生成SiO 2和磷原子，由此可见，在磷扩散时，
为了促使POCl 3充分的分解和避免PCl 5对硅表面的腐蚀作用，必须在通氮气的同时
通入一定流量的氧气。在有氧气存在时，POCl
3
热分解的反应式为：
POCl
3+O
2
→2P
2
O
5
+6Cl
2
↑
POCl
3分解产生的P
2
O
5
淀积在硅片的表面，P
2
O
5
与硅反应生成SiO
2
和磷原子，
并在硅片表面形成一层磷-硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散。
3) 等离子刻蚀
扩散时不论是单面扩散，还是双面都扩散，硅片的边缘都会有p-n结，这些p-n 结的存在会造成电池片的边缘短路，所以要清除。
刻蚀的原理是利用CF4分子在高能量的电子的碰撞作用下分解成多种中性基团或
离子，这些活性粒子由于扩散或在电场作用下到达SiO
2
表面，并在表面上发生化学反应。用化学式子表示为：
CF4=CFx+(4-x)F* (x≤3) Si+4F*=SiF4↑ SiO2+4F*=SiF4+O2↑反应的实质是打破C-F,Si-Si键，形成挥发性的Si-F硅卤化物。在CF4中掺入O2
是为了提高Si和SiO
2
的刻蚀速率。
图2-8 等离子刻蚀示意图
4) 二次清洗
在扩散过程中，硅片表面会形成一层含有磷元素的SiO
2
，称为磷硅玻璃。去磷硅玻璃主要是用氢氟酸（HF）和氟化铵（NH4F）的混合溶液。氢氟酸能够溶解二氧化硅是因为氢氟酸能与二氧化硅作用生成易挥发的四氟化硅气体。若氢氟酸过量，反应生成的四氟化硅会进一步与氢氟酸反应生成可溶性的络和物六氟硅酸。
总的化学反应式为：
]
[SiF
H
2HF
SiF
O
2H
SiF
4HF
SiO
6
2
4
2
4
2
→
+
+
↑
→
+
SiO 2+6HF →H 2[SiF 6]+2H 2O
这个处理过程很短，只需1-3分钟。
5) PECVD
PECVD 是Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition 的缩写，即“等离子增强化学气相沉积”。利用PECVD 来沉积一层减反射膜，它除了能降低光的反射率，增加入射率，提高太阳光的利用率以外；还对电池表面能起到很好的钝化作用，降低表面复合几率并能有效阻止外界杂质（钠离子，掩蔽金属，水蒸气等）的入侵，提高电池的稳定性[20, 21]。
PECVD 的反应过程如下：
二氧化硅、氮化硅等都是良好的减反射膜，但氮化硅膜（SiNxHy ）的钝化效果更佳，化学稳定性好，除氢氟酸和热磷酸能缓慢腐蚀外，基本不与其它酸发生反应，而且工艺更简单可控。
6) 制作电极
制作电极也是制造太阳电池的关键工序，现在生产上用的比较多的是丝网印刷技术。为了引出太阳电池的电流，必须在电池上制作正，负两个电极，以使其产生的电流可汇集流出。n +/p 型的单晶硅太阳电池的负极在上边，称为上电极或正面电极；正极在下边，称为下电极或背电极。除了上下电极外，现在的生产工艺中还包括制作背电场。制作背电场可以形成良好的欧姆接触；还可以对穿透太阳电池片的光进行反射，改善电场的光谱响应曲线；所以通过背电场可以有效地改善电池的长波响应，提高电池的效率[5]。
印刷的顺序依次是；背电极，背电场和上电极。使用的浆料分别是银铝浆，铝浆和银浆。这些浆料里面除了主要成分以外，还有其它十几种微量成分，这些微量成分的组成和比例对印刷效果有重要的影响。
7) 烧结和测试分选
印刷背电场和电极所用的都是液态浆料，为了使之与电池片形成可靠的合金接触，一般都通过烧结工艺，接着在标准测试条件（光强： 1000W/m 2；光谱：AM1.5；温度 ：25℃）对其电性能进行测试，图2-9示出了实验制备的125mm ×125mm 单晶硅太阳电池的外观。
↑+→+24335034H 12N i 43S NH SiH ℃等离子体+---+++→H SiH Si S SiH ℃6H iH 332233504等离子体+--
++→H N N NH ℃3H H 2223503等离子体
图2-9 典型的125mm×125mm单晶硅太阳电池的外观
1.5晶体硅太阳电池组件
由于单片太阳电池输出电压较低，加之未封装的电池由于环境的影响电极容易脱落，因此必须将一定数量的单片电池采用串、并联的方式密封成组件，以避免电极接触和互连线受到腐蚀，另外封装也避免了电池碎裂，封装质量的好坏决定了晶体硅太阳电池组件的使用寿命。图2-10为组件的制备工艺流程。
图2-10 组件制备工艺流程
下面对上述工余予以简要介绍：
电池片分选：电池片分选是将性能相近的单体电池组合成组件，最大限度地降低串联
损失，通常一个低功率的电池将是整个组件的输出功率降低。
单片焊接：将互连带焊接在电池的负极上。
片间互连：将已焊接好的单片电池串接起来，并进行电气检查。
排版：将已焊接好的电池串用汇流带连接起来，按照玻璃、EVA、电池、EVA及TPT的顺序放置，并引出电极。
层压：将拼接好的电池组件热压密封。
高压测试：将组件引出线短路后接到高压测试仪的正极，将组件暴露的金属部分接到高压测试仪的负极，以不大于500V/s的速率加压，直到1000 V+2倍开路电压，维持1分钟，如果开路电压小于50V，则所加电压为500V。
组件测试：在标准测试条件（AM1.5, 25℃,100mW/m2）下，对组件的电性能进行测试。
图2-11 72片125mm×125mm单晶硅太阳电池串联组件的连接关系图2-11示出了用72片125mm×125mm单晶硅太阳电池串联组件的连接关系，其典型电性能参数如下[22]：
最大输出功率：170 W；
开路电压：43.2V；
短路电流：5.12A
最佳工作电压：34.7V；
最佳工作电流：4.9A；
短路电流(Isc)温度系数：(0.065±0.015)%/ °C
开路电压(Voc)温度系数：-(160±20)mV/°C
功率的温度系数：-(0.5±0.05)%/ °C
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/965719315.html, 太阳能电池的发展历史 作者：张金晶 来源：《商情》2016年第26期 【摘要】相对于风能、地热能、生物能和潮汐能等新能源，太阳能以污染小、可利用率高、资源分布广泛和使用安全可靠等优点，成为最具有发展前景的能源之一。目前，随着太阳能电池制备技术的不断完善，其技术的开发应用已经走向商业化、大众化，特别是一些小功率、小器件的太阳能电池在一些地区都已经大量生产而且广泛使用。所以谁先开发光电转换效率高、制备成本低的太阳能电池就能在将来的市场抢占先机。 【关键词】太阳能单晶硅薄膜电池 引言：随着社会的飞速发展，能源是影响当今社会进步的重要因素，但是现阶段人类社会发展大部分还是依靠化石能源提供能量。可是化石能源分布极不均衡，并且不可再生，而且燃烧化石能源带来的环境污染、雾霾气候和温室效应严重影响到了人类社会的可持续发展。然而太阳能是一种可再生清洁能源，可以提供充足的能量供人类使用，因此开发新能源，是人类社会薪火相传，世代相传的重要保证。 此外，不可再生能源的过快消耗对当今的环境形势提出了新的挑战。例如如何解决温室效应，臭氧空洞等问题。有限的化石能源以及在开发利用不可再生能源的过程中出现的负面影响，不仅阻碍了人类经济的飞速发展，而且还严重影响到社会的可持续发展。因此，发展一种新型能源已然成为世界各国提升自己综合国力和倡导能源发展的一个重要手段。 1. 第一代太阳能电池 第一代太阳能电池是发展时间最久，制备工艺最为成熟的一代电池，一般按照研究对象我们将其可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅电池。按照应用程度来说前两者单晶硅与多晶硅在市场所占份额最多，商业前景最好。 单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池。从单晶硅太阳能电池发明开始到现在，尽管硅材料有各种问题，但仍然是目前太阳能电池的主要材料，其比例约占整个太阳电池产量的90%以上。我国北京市太阳能研究所从20世纪90年代起开始进行高效电池研究，采用倒金字塔表面织构化、发射区钝化、背场等技术，使单晶硅太阳能电池的效率达到了19.8%。多晶硅太阳能电池的研究开发成本较低，稳定性也比较好，这两大优势引起了科研工作者的注意。其光电转换效率随着制备工艺的成熟不断提高，它达到的最高的光电转换效率为21.9%，但是它的电池效率在目前的太阳能电池中仍处于一般水平。 2.第二代太阳能电池
太阳能电池发展现状综述 摘要：随着社会的发展，传统能源消耗殆尽,能源越来越收到重视。其中发展前景最为广阔的莫过于太阳能。太阳能绿色环保，因此逐渐受到了人们的普遍重视。太阳能已成为新能源领域最具活力的部分，世界各国都致力于发展太阳能。本文主要阐述了太阳能电池的发展历程，太阳能电池的种类，太阳能电池的现状以及发展前景. 关键词：太阳能电池；太阳能电池种类；发展现状； Narration on the Current Situation of Solar Battery Abstract:With the development of society, traditional energy will be used up in a short time.Eneygy are being payed more and more attention.And the solar energy is the most promising.Because of its’environmental protection,it gets widespread attention. Solar energy has become the most vibrant part among the new energy field,and all countrise tried their best to develop solar energy.This article mainly explains the development of solar battery,the types of solar battery,curent situation of solar battery and its’ prospect. Key Words:solar battery; types of solar battery; curent situation of solar battery 1引言 随着经济的发展，能源的重要性日趋凸显。但是石油、煤等不可生起源消耗殆尽，人们开始探索新的能源。太阳能取之不尽用之不竭，因此受到了人们的亲睐。在太阳能电池领域中，太阳能的光电利用是近些年来发展最快、最具活力的研究领域[1]．太阳能电池的研制和开发日益得到重视．制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础．其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生的光电子转化反应。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：①硅太阳能电池；②以无机盐如砷化镓Ⅲ一V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；③纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：①半导体材料的禁带不能太宽；②要有较高的光电转换效率；③材料本身对环境不造成污染；④材料便于工业化生产且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料[2]．这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因. 本文简要地综述了太阳能电池发展进程，太阳能电池的种类，以及发展现状，并讨论了太阳能电池的发展趋势。 2太阳能电池现状及其前景
《太阳能电池控制器的研制应用》可行性报告 一、项目发展现状及研制目的意义 最近几年，全球国际油价不断上涨，能源日趋紧张，能源问题显得日益突出，我国已经成为了全球第二大能源消耗国，仅次于美国，能源消耗GDP是日本的九倍，甚至有文章预测，十几年后我国能源消耗将超过美国，成为全球第一大能源消耗国。 我国幅员辽阔、人口众多、化石燃料中石油资源量不足，煤炭资源丰富，在能源消耗中占75%以上，不可避免地带来了一系列环境问题，发展可再生能源对改善生态环境、解决缺能地区能源和资源有效利用都有着重要意义。因此，国务院前期批准出台了《可再生能源中长期发展规划》，作为对新能源行业的全力支持，规划中指出将积极推进风力发电、太阳能发电、生物质发电等可再生能源技术的发展，以规模化建设带动产业化发展，在政策面力挺和市场前景广阔的背景下，我所提出了太阳能电池控制器研制应用项目，着重在河流航标灯、交通信号灯等行业的应用。 目前国际上在太阳能产业链（简称光伏产业链）行业走在最前的主要是日本、德国。从太阳能产业链原始的单晶硅和多晶硅的熔炼到太阳能电池的封装以及太阳能产业的应用广度，都领先于其他国家。日本则从我国进口大量的廉价硅砂原材料，提炼出太阳能电池封装所需要的高纯度单晶硅和多晶硅，再高价出售到我国（因我国目前主要是俄罗斯的设备，提炼出来的单晶硅和多晶硅纯度不高，从而影响太阳能转换成电能的效率）。 我们国内的现状是：两头在外，中间在内。即单晶硅和多晶硅大量进口，国内封装电池、产品大量出口。目前国内领先的企业是无锡尚德太阳能技术有限公司和保定天威保变电气股份有限公司。前者在美国纳斯达克交易所上市，后者在上海证券交易所上市。它们共同的特点是有自己的原材料生产基地。无锡尚德控股了河南洛阳中德原材料公司，保定天威控股了四川新光硅业原材料公司。 通过我们和无锡尚德的接触，它们主要生产原材料（单晶硅和多晶硅）和太阳能电池的封装，国内用户向其购买太阳能电池板，然后组装成太阳能应用系统。 由于太阳能是取之不尽、用之不竭的环保、清洁的绿色能源，再加上政府从政策上鼓励、激励，因此我国的阳光产业蓬蓬勃勃开展起来。全国有15个省市准备上太阳能电池原材料单晶硅和多晶硅提炼生产线，其中有我们江西新余市的江西赛维LDK太阳能高科技有限公司。据报道该公司已经提炼出来了一块硅锭样品，现正在招商引资年产1000吨单晶硅和多晶硅的生产线，争取明年在美国纳斯达克上市。 我们拟申报的太阳能电池智能控制器项目，就是该项目的一个核心。 二、项目技术可行性分析 1、项目特点： 太阳能电池板首先吸收太阳光并转换成电能，此电能需要储存或是逆变，再点亮发光器件（灯泡、发光二极管等），该过程需要一系列电气控制，而我们以前研制过的产品直流屏和高频开关电源就含有以上两项主要技术，充分掌握了直流电对蓄电池的充放电技术和直流电转变成交流电的逆变技术，同时根据用户需求和应用的不同场合，例航标灯塔、铁路公路信号系统、微波中继站和家庭公共场所的照明等，我们还可以把高频开关电源中的智能控制技术应用到该项目中，保证该项目研制成功和实施应用。 2、项目技术关键点 直流电对蓄电池的充放电技术和直流电转变在交流电的逆变技术。 3、可行性分析 我们有直流屏和高频开关电源的研制经验和技术，并有借鉴资料，特别是项目组成员有多年行业经验，对控制器技术要点、技术发展趋势和市场需求相当熟悉，有着丰富
浅谈太阳能电池的基本原理与应用 摘要：人类面临着有限常规能源和环境破坏严重的双重压力。特别是煤、石油、天然气等不可再生能源的逐渐枯竭，能源问题已经成为制约社会经济发展的重大问题，研究新能源的开发利用已是当务之急。太阳能作为一种清洁、高效、取用不尽的能源已有尽半个世纪的发展历程。并成为当前各国争相开发利用的一种新能源。太阳能光伏发电的最核心的器件是太阳能电池，太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。为全面的了解太阳能电池的相关知识，本文通过查阅大量资料与新闻信息，综述太阳能电池的发展历程与当前应用情况。重点研究太阳能电池的工作原理，基本结构，主要类型，发展现状及趋势。 关键词：太阳能电池;基本原理;材料; 晶体硅;薄膜太阳能电池;转换效率 引言：由于人类对可再生能源的不断需求。促使人们致力于开发新型能源。太阳在40min内照射带地球表面的能量可供全球目前能源消费的速度使用1年。合理的利用好太阳能将是人类解决能源问题的长期发展战略，是其中最受瞩目的研究热点之一。在太阳能的有效利用中, 太阳能的光电利用是近些年来发展最快、最具活力的研究领域. 太阳能电池的研制和开发日益得到重视. 太阳能电池是利用光电材料吸收光能后发生的光电子转移反应而进行工作的. 根据所用材料的不同, 太阳能电池主要可分为四种类型: ( 1) 硅太阳能电池; ( 2) 多元化合物薄膜太阳能电池; ( 3) 有机物太阳能电池; ( 4) 纳米晶太阳能电池.太阳能电池以硅材料为主的主要原因是其对电池材料的要求: ( 1) 半导体材料的禁带宽度不能太宽; ( 2) 要有较高的光电转换效率; ( 3) 材料本身对环境不造成污染; ( 4) 材料便于工业化生产且材料性能稳定. 随着新材料的不断开发和相关技术的发展, 以其他材料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景. 本文简要地综述了太阳能电池的原理、种类及其研究现状, 并讨论了太阳能电池的发展趋势. 1 基本原理 太阳能（Solar Energy），一般是指太阳光的辐射能量。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。 1.1 半导体的简单介绍 半导体材料指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料，这种材料在某个温度范围内随温度升高而增加电荷载流子的浓度，电阻率下降。半导体材料很多，按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。锗和硅是最常用的元素半导体；化合物半导体包括Ⅲ-Ⅴ族化合物（砷化镓、磷化镓等）、Ⅱ-Ⅵ族化合物( 硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体（镓铝砷、镓砷磷等）。除上述晶态半导体外，还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。 在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性。在光照和热辐射条件下，其导电性有明显的变化。 1.1.1关于半导体的基本概念 共价键结构：相邻的两个原子的一对最外层电子（即价电子）不但各自围绕自身所属的原子核运动，而且出现在相邻原子所属的轨道上，成为共用电子，构成共价键。自由电子的形成：在常温下，少数的价电子由于热运动获得足够的能量，挣脱共价键的束缚变成为自由电子。 空穴：价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。 载流子：运载电荷的粒子称为载流子，包括电子与空穴。 杂质半导体：通过扩散工艺，在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素，可得到杂质半导体。 P型半导体：在纯净的硅晶体中掺入三
太阳能电池的研究现状及发展 【摘要】近年来随着人们对环境的重视，对新能源的需要变得越来越大，太阳能成为新型能源将被广泛应用。黄铁矿结构的二硫化铁（FeS2）是一种具有合适的禁带宽度（Eg≈0.95eV）和较高光吸收系数（当λ≤700nm时，α=5×105cm-1）的半导体材料，而且其组成元素在地球上储量丰富、无毒，有很好的环境相容性。因此，FeS2薄膜在光电子以及太阳能电池材料等方面有潜在的应用前景，受到人们的广泛关注。本文从不同制备方法所制备出的二硫化铁薄膜的研究结果，来分析二硫化铁薄膜的研究状况。 【关键词】能源;二硫化铁;制备方法;光电性能 1.引言 太阳能电池自1954年由诺贝尔实验室和RCA公司几位杰出的科学家发明问世以来，由于地球变暖现象的日益严重，世界各国对二氧化碳的排放量均采取严格的管制，再加上石油匮乏，40年后将消耗殆尽，其价格持续攀升，这些因素都促成了对代替能源的重视与需求，也激发了太阳能产业的蓬勃发展。 太阳是一座聚合核反应器，它一刻不停地向四周空间放射出巨大的能量。它的发射功率为3.865×1026J/S（相当于烧掉1.32×1016ton标准煤释放出来的能量）。地球大气表层所接收的能量仅是其中的22亿分之一，但是地球一年接收的太阳的总能量却是现在人类消耗能源的12000倍。另外，根据文献记载太阳的质量为1.989×1030kg，根据爱因斯坦相对论（E=mc2）可以计算出太阳上氢的含量足够维持800亿年。而由地质资料得出的地球年龄远远小于这个数字。因此可以说太阳能是取之不尽、用之不竭的[1-3] 2.太阳能电池 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。 2.1 太阳能电池发展 目前，太阳能电池产品是以半导体为主要材料的光吸收材料，在器件结构上则使用P型与N型半导体所形成的PN结产生的内电场，从而分离带负电荷的电子与带正电荷的空穴而产生电压。由于晶体硅材料与器件在技术的成熟度方面领先于其他半导体材料，最早期的太阳能电池极为晶体硅制成，直到近几年晶体硅太阳能电池仍有大约90%的市场占有率。除了技术与投资门槛较低以外，不用担心硅原料匮乏等都是造成其市场占有率高的主因。 在晶体硅太阳能电池之后，大约从1980年起开始有非晶硅薄膜太阳能电池
中国太阳能光伏产业发展现状及未来发展趋势 来源:CSIA 类历史上从未有如2009 年底哥本哈根会议那样的事件,会使“节能减排”、“低碳”等字眼如此深入人心,全球经济的发展方向和导航标也已然转向了低碳经济。太阳能作为一种清洁的可再生能源,是未来低碳社会的理想能源之一,当下正越来越受到世界各国的重视。产业概况太阳能光伏产业链是由硅提纯、硅锭/硅片生产、光伏电池制作、光伏电池组件制作、应用系统五个部分组成。在整个产业链中,从硅提纯到应用系统,技术门槛越来越低,相应地,企业数量分布也越来越多,且整个光伏产业链的利润主要是集中在上游的晶体硅生产环节,上游企业的盈利能力明显优于下游。 全球太阳能光伏产业发展现状全球太阳能光伏产业发展现状CSIA 最新研究报告称,目前太阳能电池主要分为单晶硅电池、多晶硅电池和薄膜电池三种。单晶硅电池技术成熟,光电转换效率高,但其生产成本较高,技术要求高;多晶硅电池成本相对较低,技术成熟,但光电转换效率相对较低;而薄膜电池成本低,发光效率高,但目前其在技术稳定性和规模生产上均存在一定的困难。随着技术的进步,未来薄膜电池会有更好的发展前景。 在各国政府的大力支持下,太阳能光伏产业得到了快速的发展。2006 年至2009 年,太阳能光伏电池产量的年均增长率为60%。由于受到2008 年金融危机的影 响,2009 年前两个季度光伏电池产量的增长速度有所放缓,但随着2009 年下半年市场需求的复苏, 2009 年全年的太阳能电池产量达到了10431MW,比2008 年增长42.5%。 年全球太阳能电池产量点击此处查看全部新闻图片 目前太阳能光伏发电的成本大约是燃煤成本的11—18 倍,因此目前各国光伏产业的发展大多依赖政府的补贴,政府的补贴规模决定着本国的光伏产业的发展规模。目前在政府的补贴力度上,以德国、西班牙、法国、美国、日本等发达国家的支持力度最大。2008 年,西班牙推出了优厚的光伏产业补贴政策,使其国内光伏产业
太阳能电池的发展与应用 目前国际上大量使用的电池为单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池三种，这三种电池约各占1/3的市场，我国目前有7个太阳电池生产线，主要是生产单晶硅及非晶硅太阳电池，多晶硅太阳电池也有少量生产。我国生产单晶硅太阳电池的效率在12-13%，多晶硅太阳电池在10%，非晶硅太阳电池在5-6%。晶体硅太阳电池在研究上是朝着高效率化、薄片化、大面积化的方向发展。1995年我国晶体硅太阳电池组件的参考价格为45元/瓦，非晶硅太阳电池组件为25元/瓦，仍为常规能源的几倍，但在无电地区及拉线不方便的地方，已产生了良好的经济效益。 太阳能蓄电池又称光伏电池，是一种能有效地吸收太阳辐射能，并使之转变成电能的半导体器件。它可单独地作为光探测元件，例如在照像机中使用，主要是经过串联和并联，以获得所需的电压及电流来作为供电电源使用。太阳电池的外观就如一张薄的卡片或一片薄的玻璃片一样，与普通电池外观不同，它自身也不能储存电能，即没以有光时就不发电，如果晚上要用它，就要与蓄电池配合使用。 太阳电池的面积每100㎝2在强阳光下约产生1瓦的电，我们常说的1度电是1千瓦小时，也就是1千瓦这样的电池工作1小时才能产生1度电。 太阳能光伏发电，可视为迄今为止最美妙、最长寿和最可靠的发电技术。与太阳能发电相比，它另涉及半导体器件，既无运动部件，又无流动工质，因此，避免了机械维修和工质腐蚀的问题,是可再生能源和可持续发展的可靠能源。 硅太阳电池的发展，始于1954年在,美国贝尔研究所试制成功，次年便被用做电信装置的电源，1958年又被美国首次应用和于"先锋1号"人造卫星。宇宙开发极大地促进了太阳电池的开发。与此同时，地面用太阳电池的研究也在不断开展，特别是1973年的能源危机，又大大加速了地面太阳电池的发展。许多国家为开发、利用太阳能蓄电池，为阳光发电的研究投入了相当数量的资金。迄今为止翱翔于太空的成千个飞行器中，大多数都配备了太阳能蓄电池系统。第一颗人造卫星上天，是光伏技术开发利用的起点，经过近五十年的发展，它已形成一门新的光伏科学与光伏工程。无论是在宇宙飞行中的应用，还是作为地面发电系统的应用，从开发速度、技术成熟性和应用领域来看，光伏技术都是新能源中的佼佼者。 太阳电池作为有潜力的可再生能源，在地面上逐渐得到推广。太阳电池的成本及售价也在逐年下降，多年来太阳电池的产量一直以10-25%的增长率在增加。1990年世界太阳能蓄电池组件的产量70MW(兆瓦)，我国为1.2MW，主要是用在太阳光照好的边远地区。到2001年全世界太阳电池的产量达到350MW，我国太阳能蓄电池的实际产量已达到4.5MW，累计安装量已超过20MW。我国是个发展中国家，地域辽阔，有许多边远省份和经济欠发达地区。据统计目前我国尚有700万户(2800万人口)，还没有用上电，60%的有电县严重缺电。这些地区在短期内不可能靠常规电力解决用电问题，光伏发电则是解决分散农、牧民用电的理想途径，市场潜力非常巨大。
太阳能电池片生产技术的发展和趋势 LED光伏电子项目部 2009/2/22
1太阳能电池片的生产工艺 1.1太阳能电池的工作原理 典型的太阳电池本质上是一个大面积半导体二极管，它利用光伏效应原理把太阳辐射能转换成电能。当太阳光照射到太阳电池上并被吸收时,其中能量大于禁带宽度Eg的光子能把价带中电子激发到导带上去，形成自由电子,价带中留下带正电的自由空穴，即电子-空穴对，通常称它们为光生载流子。自由电子和空穴在不停的运动中扩散到pn结的空间电荷区,被该区的内建电场分离电子被扫 到电池的n型一侧，空穴被扫到电池的p型一侧，从而在电池上下两面(两极)分别形成了正负电荷积累，产生“光生电压”,即“光伏效应”（photovoltaic effect）若在电池两侧引出电极并接上负载,负载中就有“光生电流”通过，得到可利用的电能,这就是太阳电池的工作原理，如图1所示。 图1太阳电池的工作原理 光伏效应是1839年法国Becqueral第一次在化学电池中观察到的。1876年在固态硒(Se)的系统中也观察到了光伏效应,随后开发出Se/CuO光电池。硅光电池的报道出现于1941年1954年，贝尔实验室Chapin等人开发出效率为6%的单晶硅光电池，为太阳能光伏发电奠定了技术基础，成为现代太阳电池时代的划时代标志。作为能源,硅太阳电池于1958年首先在航天器上得到应用。在随后10。多年里,硅太阳电池在空间应用中不断扩大，工艺不断改进,电池设计逐步定型。70 年代初，许多新技术引入电池制造工艺,转换效率有了很大提高。与此同时,硅太阳电池开始引入地面应用，70年代末，地面太阳电池产量已经超过了空间电池产量,促使成本不断降低。80年代初，硅太阳电池发展进入快速发展时期，技术进步和研究开发使太阳电池效率进一步提高，商业化生产成本持续降低，应用不断扩大。在太阳电池的整个发展历程中,先后开发出各种不同结构的电池，如肖特基(MS)电池、MIS电池、MINP电池、异质结电池等，其中同质p2n结电池自始至终占着主导地位，其他结构电池对太阳电池的发展也产生了重要影响。在材料方面,有晶硅电池、非晶硅薄膜电池、铜铟硒(CIS)薄膜电池、碲化镉(CdTe)薄膜电池、砷化镓薄膜电池等，由于薄膜电池被认为是未来大幅度降低成本的根本出路,因此成为太阳电池研发的重点方向和主流，在技术上得到快速发展,并逐步向商业化生产过渡，多晶硅薄膜电池和Gratzel电池在90年代中后期开始成为薄膜电池的研发热点,技术发展比较迅速。 1.2太阳能电池的生产工艺
太阳能电池发展现状及存在的主要问题 晨怡热管2008-10-17 23:05:45 一、2005年国际太阳能电池产业发展情况 2005年，世界太阳能电池总产量1656MW，其中日本仍居首位，762M W，占世界总产量的46％，欧洲为464M W，占总产量的28％，美国156M W，占总产量的9％，其他274MW，占总产量的17％。 2004年全球前14位太阳能电池公司总产量达到1055MW，占当年世界总产量的88.3％，近五年来，日本Sharp公司一直领先，2004年产量达到324MW，见表1。
以2004年数据分析，各种太阳能电池中硅基太阳能电池占总产量的98％，晶体硅太阳能电池占总产量的84.6％，多晶硅太阳能电池占总量的56％，见表2。
2005年，世界光伏市场安装量1460M W，比2004年增长34％，其中德国安装最多，为837MW，比2004年增长53％，占世界总安装量的57％；欧洲为920MW，占总世界安装量的63％，日本安装量292M W，增幅为14％，占世界总安装量的20％；美国安装量为102MW，占世界总安装量的7％，其他安装量为146M W，占世界总安装量的10％。
至2005年全世界光伏系统累计安装量已超过5GW，2005年一年内投资太阳能电池制造业的资金超过10亿美元。现在，一个世界性的问题是制造太阳能的电池的硅原材料紧缺，尽管2005年全世界硅原材料供应增长了12％，但仍然供不应求，国际上长期供货合同抬价25％。持续的硅材料紧缺将对2006年太阳能电池生产产生较大的影响，预计2006年世界太阳能电池产量的增幅将不限制在10％左右。要解决硅材料的紧缺问题预计将需要5年以上的时间。 根据光伏市场需求预测，到2010年，全世界光伏市场年安装量将在3.2G到3.9GW之间，而光伏工业年收入将达到186美元到231亿美元。 日本和欧美各国都提出了各自的中长期PV发展路线图。 按日本的PV路线图（TV Roadmap 2030），到2030年PV电力将达到居民电力消耗的50％（累计安装容量约为100GW），具体的发展目标见表3和表4。
我国太阳能发展现状及其发展前景 摘要：能源是现代社会存在和发展的基石。随着全球经济社会的不断发展，能源消费也相应的持续增长，但是化石能源是不可再生的，所以，在化石能源供应日趋紧张的背景下，大规模的开发和利用可再生能源已成为未来各国能源战略中的重要组成部分。本文旨在介绍我国太阳能发展的现状及其发展方向。关键词：太阳能；清洁能源；化石能源；光伏发电；光热转换 0 引言 化石能源是千百万年前埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的，所以。随着时间的推移，化石能源的稀缺性越来越突显，且这种稀缺性也逐渐在能源商品的价格上反应出来。而且，化石能源在利用的过程中还会带来一系列的诸如温室效应，粉尘，酸雨等环境问题。而在全球的能源消费结构中化石能源的比例达到87%，在我国，化石能源的比例竟然达到了92%！[1]所以，在化石能源供应日趋紧张的背景下，大规模的开发和利用可再生能源已成为未来各国能源战略中的重要组成部分。 1. 太阳能的优点 在诸如风能，水利能，潮汐能，太阳能等各种新型清洁能源中，有很多专家学者都对太阳能青眼有加。 首先太阳能具有普遍性：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且勿须开采和运输。其次太阳能有无害害性，开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。 其次太阳能总量十分巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，而据世界能源会议统计，世界已探明可采煤炭储量共计15980亿吨，预计还可开采200年，全世界可开采的化石能源总量相当于33730亿吨原煤，所以可以说太阳能其总量属现今世界上可以开发的最大能源。 还有最重要的长久性：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。因此，太阳能的大规模开发利用是面向未来，实现可持续发展的必然选择。 2 我国太阳能资源的现状 我国土地辽阔，幅员广大，在中国广阔富饶的土地上，有着十分丰富的太阳能资源。全国各地太阳年辐射为3340MJ/m2~8400MJ/m2，中值为5852MJ/m2。从中国太阳能总量的分布来看，西部地区由于地理位置较好，太阳辐射总量很大。我国各省的太阳能资源分布如下表一所示。[2] 3 我国太阳能的发展现状 目前，我国利用太阳能的方式大多都是太阳能光热转换和光电转换两大种类，例如，太阳热水器、太阳灶、太阳房、太阳能干燥、太阳能温室、太阳能制冷与空调、太阳能发电及光伏发电系统等。 太阳能光热转换 太阳能光热转换是指将太阳光直接或通过聚光照射于集热器上，使光能直接转化为热能。目前主要用于太阳能热水器和太阳热能发电。 在光热转换方面，截至2007年底，中国太阳能热水器产量达2300万平方米，总保有量达亿平方米，占世界的55％，成为全球太阳能热水器生产和使用第一大国，且拥有完全自主知识产权，技术居国际领先水平。这种迹象表明，我国正在向太阳能时代迈进！为了促进太阳能热水系统的推广应用，国家制定
第二章太阳能电池的基本理论 2.1 半导体 半导体是导电性能介于金属与绝缘体之间的一种材料。在高纯度的半导体中材料中，电子和空穴的浓度相等，这样的半导体称为本征半导体。如果向其中加入某种杂质元素，若电子的浓度大于空穴的浓度，则称它为n型半导体，此时的电子成为多数载流子，空穴则为少数载流子。反之，可以形成p型半导体。 图2.1 半导体的能带图示意图 2.2 pn结及其能带结构 2.2.1 pn结 图2.2 （a）pn结简化结构图（b）理想均匀掺杂pn结的掺杂剖面如图2.2（b）所示，随着扩散运动的进行，在p区和n区的交界面p
2.2.2 pn 结的能带结构 当两块半导体结合形成pn 结时，按照费米能级的意义，电子将从费米能级高的n 区流向费米能级低的p 区，空穴从费米能级低的p 区流向费米能级高的n 区因此，E Fn 不断下降，E Fp 不断上升，直到E Fn = E Fp 为止。这时，pn 结中有统一的费米能级E F , pn 结处于平衡状态。其能带如图所示 图2.3 平衡pn 结的能带图(a)n 、p 型半导体能带(b)平衡pn 结能带图 事实上，E Fn 是随着n 区能带一起向下移动，E Fp 是随着p 区能带一起向上移动的。能带能移动的原因是pn 结空间电荷区存在内建电场的作用。随着内建电场（方向n→p ）的增加，空间电荷区内电势V(x)（方向n→p ）降低，而电子的势能-qV(x)由n 区向p 区升高，所以p 区的能带相对n 区上移，n 区的能带相对于p 区下移，直至费米能级处处相等时，能带才停止相对移动，pn 结达到平衡状态。 因此,pn 结中费米能级处处相等恰好标志了每一种载流子的扩散电流和漂移电流相互抵消，没有净电流通过pn 结。 这一结论也可从电流密度方程式中推出，电子电流密度和空穴电流密度分别如下： （式2-1） F n n dE J n dx =μ
太阳能电池材料的研究现状及未来发展 太阳能是人类取之不尽，用之不竭的可再生能源，它不产生任何环境污染，是清洁能源.太阳光辐射能转化电能是近些年来发展最快，最具活力的研究，人们研制和开发了不同类型的太阳能电池.太阳能电池其独特优势，超过风能、水能、地热能、核能等资源，有望成为未来电力供应主要支柱.制造太阳能电池材料的禁带宽E:应在1.1eV-13W之间，以1.5eV左右为佳，最好采用直接迁移型半导体，较高的光电转换效率(以下简称“效率”)，材料性能稳定，对环境不产生污染，易大面积制造和工业化生产. 1954年美国贝尔实验室研制了世界上第一块实用半导体太阳能电池，不久后用于人造卫星.经近半个世纪努力，人们为太阳电池的研究、发展与产业化做出巨大努力.硅太阳电池于1958年首先在航天器上得到应用.在随后10多年里，空间应用不断扩大，工艺不断改进.20世纪70年代初，硅太阳电池开始在地面应用，到70年代末地面用太阳电池产量己经超过空间电池产量，并促使成本不断降低.80年代初，硅太阳电池进入快速发展，开发的电池效率大幅度提高，商业化生产成本进一步降低，应用不断扩大.20世纪80年代中至今，薄膜太阳能电池研究迅速发展，薄膜电池被认为大幅度降低成本的根本出路，成为 今后太阳能电池研究的热点和主流，并逐步向商业化生产过渡. 1.不同材料太阳电池分类及特性简介 太阳能电池按材料可分为品体硅太阳电池、硅基薄膜太阳电池、化合物半导体薄膜太阳电池和光电化学太阳电池等儿大类.开发太阳能电池的两个关键问题就是:提高效率和降低成本. 1晶体硅太阳电池 晶体硅太阳电池是PV(Photovoltaic)市场上的主导产品，优点是技术、工艺最成熟，电池转换效率高，性能稳定，是过去20多年太阳电池研究、开发和生产主体材料.缺点是生产成本高.在硅电池研究中人们探索各种各样的电池结构和技术来改进电池性能，进一步提高效率.如发射极钝化、背面局部扩散、激光刻槽埋栅和双层减反射膜等，高效电池在这些实验和理论基础上发展起来的. 2硅基薄膜太阳电池 多晶硅(ploy-Si)薄膜和非晶硅(a-Si)薄膜太阳电池可以大幅度降低太阳电池价格.多晶硅薄膜电池优点是可在廉价的衬底材料上制备，其成本远低于晶体硅电池，效率相对较高，不久将会在PV市场上占据主导地位.非晶硅是硅和氢(约10%)的一种合金，具有以下优点:它对 厚，材料的需求量大大减少，沉积温度低(约200'C)，阳光的吸收系数高，活性层只有1m 可直接沉积在玻璃、不锈钢和塑料膜等廉价的衬底材料上，生产成本低，单片电池面积大，便于工业化大规模生产.缺点是由于非晶硅材料光学禁带宽度为1.7eV，对太阳辐射光谱的长
科学前沿讲座论文 太阳能电池 的发展前景及应用 姓名：徐壮 学号：2012221105240021 专业名称：微电子 学院名称：物理学与电子科学学院 指导教师：王浩 2015年6月20日
太阳能电池的发展前景及应用 摘要：随着能源日益紧缺和环保压力的不断增大，石油的枯竭几乎像一个咒语，给人类带来了不安。何为石油等不可再生能源的替代者？各国都开始力推可再生能源，其中开发和利用太阳能已成为可再生能源中最炙热的“新宠”，发展太阳能已是大势所趋，太阳能时代已为时不远了。就太阳能发展的前景及应用做简单阐述。 正文： 一、背景 长期以来，人们就一直在努力研究利用太阳能。我们地球所接受到的太阳能，只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右，这些能量相当于全球所需总能量的3-4万倍，可谓取之不尽，用之不竭。其次，宇宙空间没有昼夜和四季之分，也没有乌云和阴影，辐射能量十分稳定。因而发电系统相对说来比地面简单，而且在无重量、高真空的宇宙环境中，对设备构件的强度要求也不太高。再者，太阳能和石油、煤炭等矿物燃料不同，不会导致"温室效应"和全球性气候变化，也不会造成环境污染。正因为如此，太阳能的利用受到许多国家的重视，大家正在竞相开发各种光电新技术和光电新型材料，以扩大太阳能利用的应用领域。特别是在近10多年来，在石油可开采量日渐见底和生态环境日益恶化这两大危机的夹击下，我们越来越企盼着“太阳能时代”的到来。从发电、取暖、供水到各种各样的太阳能动力装置，其应用十分广泛，在某些领域，太阳能的利用已开始进入实用阶段。 二、太阳能转化为电能原理 光伏发电是利用半导体pn结（pn junction）的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池(solar cell)。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件（module），再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电的优点是较少受地域限制，因为阳光普照大地;光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输 电线路即可就地发电供电及建设同期短的优 点。 光伏发电是根据光生伏特效应原理，当P-N 结受光照时，样品对光子的本征吸收和非本征 吸收都将产生光生载流子。但能引起光伏效应 的只能是本征吸收所激发的少数载流子。因P 区产生的光生空穴，N区产生的光生电子属多 子，都被势垒阻挡而不能过结。只有P区的光 生电子和N区的光生空穴和结区的电子空穴对（少子）扩散到结电场附近时能在内建电场作用下漂移过结。光生电子被拉向N区，光生空穴被拉向P 区，即电子空穴对被内建电场分离。这导致在N区边界附近有光生电子积累，在P区边界附近有光生空穴积累。它们产生一个与热平衡P-N结的内
中国光伏发电的发展现状及趋势
中国光伏发电的发展现状及趋势 苏青峰上海联孚新能源科技有限公司 太阳能作为一种可永续利用、可再生的清洁能源，有着巨大的开发应用潜力。太阳每秒钟放射的能量大约是1.6×1023kW，其中到达地球的能量高达8×1013kW，相当于6×109t标准煤。太阳30分钟辐照地球的能量就够全世界1年的能源消耗。人类赖以生存的自然资源几乎全部转换自太阳能，人类利用太阳能的历史更是可以追溯到人类起源时代。太阳能是人类得以生存和发展所需的最基础的能源形式，从现代科技的发展来看，太阳能开发利用技术的进步有可能决定着人类未来的生活方式。 据IEA发布预测：2006年至2030年世界一次能源需求从117.3亿吨油当量增长了170.1多亿吨油当量，平均年增长45%。石油将在50年左右枯竭，天然气将在57~65年内枯竭，煤还可以供应169年。能源消耗远大于能源的供给，能源天平严重失衡，严峻的能源形势已摆在世人面前，人类正面临前所未有的能源危机。 目前，全球二氧化碳的排放量已达到300亿吨。如不加控制，将在2030年达到400亿吨，人类的生存环境面临着前所未有的挑战和危机。在已知的新能源形式中，太阳能肯定能够满足人类发展的能量需求。太阳能光伏发电的应用将能够有效降低环境污染，改善全球能源紧缺状况。当今，国家已把“节能减排、安全环保”作为“十一五”期间能源利用与发展的重点方向和目标，并列入了国家发改委“十六个重大专项”。
太阳能光伏发电技术的开发始于20世纪50年代。随着全球能源形势趋紧，太阳能光伏发电作为一种可持续的能源替代方式，于近年得到迅速发展。随着全球经济和科学技术的飞速发展，世界许多国家将光伏发电作为发展的重点，光伏产业的技术进步已经使太阳能应用成为可能，并首先在太阳能资源丰富的国家，如德国和日本，得到了大面积的推广和应用。在国际市场和国内政策的拉动下，中国的光伏产业逐渐兴起，并迅速成为后起之秀，涌现出无锡尚德、南京中电、江苏林洋、常州天合和天威英利等一大批优秀的光伏企业，带动了上下游企业的发展，中国光伏发电产业链正在形成。 随着传统能源的日益枯竭和石油价格的不断上升，以及人们对自身生存环境要求的不断提升，积极寻找新的替代能源已刻不容缓，作为无污染的清洁能源，太阳电池必将会得到迅速的发展。虽然太阳能光伏发电成本较高，但是从长远看，随着技术的进步，以及其他能源利用形式的逐渐饱和，太阳能可以在2015年之后成为主流能源利用形式，有着不可估量的发展潜力。国际经验表明，政策扶持是光伏产业发展的最主要驱动力，政府的政策导向将决定光伏产业的发展水准和市场需求，太阳能产业的发展对我们国家能源的开发和利用具有极其深远的意义。 光伏产业市场现状 在全球气候变暖、人类生态环境恶化、常规能源资源短缺并造成环境污染的形势下，太阳能光伏发电技术普遍得到各国政府的重
从1958年中国开始研制第一片晶体硅光伏电池以来，到现在已走过半个多世纪。光伏专家、上海交通大学太阳能研究所所长崔容强告诉编辑：“中国的太阳能电池也经历了从无到有、从空间到地面、由军到民、由小到大、由单品种到多品种以及光电转换效率由低到高的艰难而辉煌的历程。” 据统计，从2002年至今，中国太阳能电池产量猛增了77倍。2008年，我国太阳能电池产量约占世界总产量的三分之一，连续两年成为世界第一大太阳能电池生产国。 1839年法国物理学家贝克勒尔首次发现光伏效应；1954年美国贝尔实验室制成第一个单晶硅太阳能电池；1983年美国在加州建立了当时世界上最大的太阳能电厂……人类从来未曾停止过追逐太阳的步伐。 1969年研制完成硅太阳能电池组 1958，我国研制出了首块硅单晶 中科院院士、中科院半导体研究所研究员王占国对编辑说：“美国1957年左右拉出了首块硅单晶，我国1958年也研制出了首块硅单晶，随后，中科院物理新成立的半导体研究室正式开始研发太阳能电池。” 最初，研发出的电池主要用于空间领域。从1958年到1965年间，半导体所研制出的PN结电池效率突飞猛进，10×20mm电池效率稳定在15%，同国际水平相差不大。 1968年至1969年底，半导体所承担了为“实践1号卫星”研制和生产硅太阳能电池板的任务。在研究中，研究人员发现，P+/N硅单片太阳电池在空间中运行时会遭遇电子辐射，造成电池衰减，使电池无法长时间在空间运行。
于是，包括王占国在内的6人小组开始进行人造卫星用硅太阳电池辐照效应研究，实验过程中，由于技术不成熟、设备落后，致使王占国的右手严重电子灼伤，从此他一直饱受痛苦，直到1978年夏天进行植皮手术才有所缓解。编辑注意到，王占国院士右手手背上有一些黑色的褶皱，这正是老一辈科学家殚精竭虑献身科学的印记。 经过刻苦攻关，实验结果给研究人员带来巨大惊喜。王占国院士介绍，NP 结硅太阳电池抗电子辐照的能力比PN结硅电池大几十倍！随后，半导体所做出了将硅PN电池改为NP定型投产的决定，生产出了5690片NP结硅太阳电池，其中达到空间应用要求的成品3350片，圆满完成了“实践1号”卫星用太阳能电池板的研制、生产任务。1971年实践1号发射升空，在8年的寿命期内，太阳电池功率衰降不到15%，该项目在1978年全国科学大会上获重大成果奖。 1969年，半导体所停止了硅太阳电池研发，随后，天津18所为东方红二号、三号、四号系列地球同步轨道卫星研制生产太阳电池阵。 王占国院士说：“70年代末，我国与国际同期开展了砷化镓太阳能电池研究，该电池具有很高的光发射和光吸收系数，1999年，2×2cm2电池的转换效率达22％。” 1975年宁波、开封先后成立太阳电池厂，电池制造工艺模仿早期生产空间电池的工艺，太阳能电池的应用开始从空间降落到地面。 1998，我国太阳能产业有了第一个“吃螃蟹”的人 上世纪80年代开始，我国太阳能电池开始进入萌芽期，研发工作在各地次第展开，但进展缓慢。
《物理演示实验》结课论文题目：太阳能电池的发展与趋势 学生姓名： 学号： 专业班级： 2013年 5月25日
摘要：现代社会应是节约型的社会，而社会生活也应是节约能耗的生活。而太阳能作为一种取之不尽的新型环保能源已成为世界各国世界上能源探究工作中的一个重要课题。是我国在经济目前状况下采取的较为简单、经济、环保、可靠的节能办法。近些年，随着我国经济的飞速发展、科技水平的快速提升，太阳能技术已逐渐普及、应用到各个行业领域乃至人们的生活中，而市面上也涌现出了大量的太阳能热水器、太阳能发电设备、太阳能照明器具等产品。其中，太阳能电池的应用，不仅充分发挥了太阳能技术环保、节能、可再生的特点，同时也有效满足了当代社会发展、科技进步的需求。本文就太阳能电池新发展的新概念及新的方向作简要的分析、探讨。 关键字：太阳能新能源太阳能电池 一、引言 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，可以说是“取之不尽、用之不竭”的能源。地面上的太阳辐射能随时间、地理纬度、气候变化，实际可利用量较低，但可利用资源仍远远大于满足现在人类全部能耗及2100年后规划的能源利用量?。地球上太阳能资源一般以全年总辐射量[kJ/(m^2·年)]和全年日照总时数表示。就全球而言，美国西南部、非洲、澳大利亚、中国西藏、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大，为世界太阳能资源最丰富地区。我国陆地面积每年接收的太阳辐射总量3．3×10^3～8．4×10^6 kJ/(m^2·年)之间，相当于2．4×10^4亿t标煤，属太阳能资源丰富的国家之一。全国总面积2／3以上地区年日照时数大于2200h，日照在5×10^6kJ/(m^2·年)以上。我国西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古高原的总辐射量和日照时数均为全国最高，属太阳能资源丰富地区；除四川盆地、贵州资源稍差外，东部、南部及东北等其他地区为资源较富和中等区，所以在我国太阳能有很大的发展前景。 随着新型太阳能电池的涌现，以及传统硅电池的不断革新，新的概念已经开始在太阳能电池技术中显现，从某种意义上讲，预示着太阳能电池技术的发展趋势。通过对太阳能电池的发展背景、现状进行分析，可将太阳能电池发展的新概念、新方向归纳为薄膜电池、柔性电池、叠层电池、以及新概念太阳能电池。 二、太阳能电池概况 1、太阳能电池定义 太阳能电池就是把太阳光转化为电的一种器件，在一般的情况下（注意条件），太阳能电池 的效率随光强增加而增加的。再进一步说就是太阳能电池效率和安装地的综合气候条件有关系。2、太阳能电池的分类 不同的材料对光的吸收系数不同，禁带宽度也不同，量子效率自然也不同，电池效率自然也 不同了。一般来说，单晶硅/多晶硅对光的系数系数远小于非晶硅的，所以非晶硅太阳能电池厚度仅仅有单晶硅/多晶硅厚度的百分之一即可较好的吸收太阳光。另外理论上讲GaAs太阳能电池的极限效率要大于其他太阳能电池的极限效率，因为GaAs太阳电池的禁带宽度在1.4ev，和地面太阳光光谱能量的最值最为接近。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池3、功能高分子材料制备的太阳能电池4、纳米晶太阳能电池等。硅是最理想的太阳能电池材料，这是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。在以上电池中单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟，光电转化效率可达23.3%。随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它材料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。目前国际成本大规模生产技术的研究主要集中在多晶硅、大面积薄膜非晶硅、CdTe电池、CIS 电池的制造技术、III-V族化合物半导体高效光电池，非晶硅及结晶硅混合型薄膜光电池等方面。 三、太阳能电池发展综述 长期以来，世界各国在大力发展经济的同时，各行业领域的过度生产消耗了大量的能源，倘若继续按照此种趋势发展，在未来的五十年里，能源危机将是影响人类生活、阻碍社会进步的首要问题。目前，不同国家、地区、种类的全部能源中，能够使用的化石能源占90%以上，若是以现阶段世界各国的能源消耗状态发展到二十一世纪的中期，可供使用的能源储备、化石能源所占比例将减少近50%，之后的能源需求必将是以可再生能源、核能为主。基于此种趋势，预计到2100年，在人类所使用的能源中，可再生资源将占有30%以上。可供开发、使用的可再生能源主要有地热能、生