太阳能电池行业在国民经济中的地位
当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造业争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。中国对太阳能电池的研究起步于1958年。目前，我国已成为全球主要的太阳能电池生产国。2008年全国太阳能电池产量达到2000MW，同比增长接近100%。中国已经成功超越欧洲、日本成为世界太阳能电池生产第一大国。在产业布局上，我国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势。在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区，已经形成了各具特色的太阳能产业集群。
从能源发展的角度看，太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30％以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10％以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50％以上，太阳能光伏发电将占总电力的20％以上。这些足以显示出太阳能电池产业的发展前景及其在国民经济中的战略地位。
我国的太阳能电池产业起步较晚，特别是由于太阳能光伏发电成本仍然较高，因此国内装机增速较慢，与发达国家差距较大。不过最近国家在这方面逐年加大了投入和政策扶持力度。从国家能源战略和国民经济发展的前景预期，未来政府将会进一步加强政策引导和政策激励，推动太阳能电池产业国内市场的快速发展。太阳能电池行业在我国未来国民经济发展中将占据更为重要的地位。
太阳能电池行业的分类
太阳能电池根据构成材料的不同，主要分为晶体硅电池和薄膜电池两种。其中晶体硅太阳能电池又可以分为单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池。
单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%。在大规模应用和工业生产中仍占据较高地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难。为了节省硅材料，发展了多晶硅和薄膜电池作为单晶硅太阳能电池的替代产品。
多晶硅太阳能电池与单晶硅比较，成本低廉，而效率高于薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%，工业规模生产的转换效率为10%。因此，多晶硅电池目前在太阳能电池市场上占据主导地位。
薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。
但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。目前，太阳能电池中薄膜电池约占到13％左右。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，薄膜大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。
太阳能电池的分类
2009年国内太阳能电池行业重点政策汇总
整体看，从2006年以来受到节能减排等国家重大战略政策的影响，国家陆续出台了一系列新能源领域的扶持政策。太阳能和风电等清洁能源行业的战略地位日益提高。国家不断出台可再生能源发电补贴政策，从而促进国内光伏产业的快速发展。
此外，电子信息产业作为国家十大振兴规划产业，虽然振兴规划中并没有具体对于太阳能电池行业的扶持政策，但是提出了加快电子元器件产品升级的发展思路。并明确将薄膜太阳能电池列为重点发展产品之一。这表明国家对于太阳能电池行业的发展不仅仅是在规模上成为国际领先，更希望加快产业升级速度，在产业质量方面上成为国家战略支柱行业。
综合分析主要国家的产业政策变化，虽然西班牙和德国补贴政策有所减弱，但是总体上还是以积极推动为主。因此，从产业政策角度分析全球太阳能电池市场国际需求仍然稳步上升。
不同类别太阳能电池制造技术现状
太阳能光-电转换主要采用太阳能电池来实现。按照大类划分，目前太阳能电池主要分为晶体硅电池和薄膜电池两大类。
晶体硅太阳能电池的转换效率较高，原材料来源简单，是光伏电池的主流产品，在全球前10大太阳能电池生产商中，有9家是以生产晶体硅太阳能电池为主的。尽管晶硅太阳能电池技术相对市场占有率有下降趋势，但总体上多晶硅太阳能电池在以年增长率40%-50%的速度发展，未来市场相当可观。预计未来10年晶体硅太阳能电池所占份额尽管会因薄膜电池的发展等原因而下降，但主导地位仍不会根本改变。薄膜电池近年来发展较快。和晶体硅电池相比，薄膜电池制作成本、能耗均低于晶体硅电池。同时，薄膜电池透光性好，对于光伏建筑一体化等领域更加实用。
3.1.2薄膜电池技术现状
薄膜电池，常常被称作第二代光伏电池，包括了许多不同的技术。不同的薄膜电池主要区别在：（1）光吸收材料；（2）薄膜电池组件的基板是刚性还是柔性。目前发展的不同薄膜电池技术都有一个共同点，都大幅降低了光吸收材料的用量。薄膜电池使用不到1%的生产硅片电池的原材料，这显著降低了生产成本。薄膜电池的缺点是其转换效率比晶硅电池低很多。目前主流的薄膜电池主要包括：非晶硅电池（a-Si）、CdTe电池和CIS/CIGS 电池。
薄膜电池行业处于发展初期，但未来市场空间巨大，在BIPV等应用需求推动下将迅猛发展。此外，随着技术的快速发展，薄膜太阳能电池成本快速下降，有望先于晶体硅电池实现平价上网。
下面将分别讨论三种不同薄膜太阳能电池的技术现状。
3.1.2.1 非晶硅电池
非晶硅电池是目前发展的主流的薄膜电池技术。非晶硅材料的原子排列无序，没有形成晶体结构，包含大量的结构性和连接缺点。由于其结构不均一，晶带宽度为1.1~1.7eV，因此非晶硅在光谱的可见区，比晶体硅有更高的光学吸收系数，可以有更薄的结构，甚至可以低于1微米。
电池元件中非晶硅层的生长一般通过PECVD实现。该技术允许大面积的生长（最高达1平方米或更多）。非晶硅也可以在低温75摄氏度状态下生长，这样就允许在玻璃甚至不锈钢以及塑料等聚合体上生长而不损坏基板。使用柔性基板就可以实现电池组件与各种建筑结构结合起来。但是，PECVD 设备非常昂贵，初期的资本投入就比晶体硅高很多。
像其他薄膜电池一样，非晶硅电池的核心优势就是仅需要很薄一层非晶硅，降低了原材料的用量进而降低了生产成本。低原材料消耗结合相对较低能源消耗意味着非晶硅电池的能源回收期较短。EPBT 基本在1-1.5年之间，接近晶硅电池的一半。
非晶硅电池的主要缺点是其转换效率比晶硅电池要低且存在光衰退现象。商业生产的非晶硅电池转换效率为6-8%。非晶硅电池的制造商包括美国的United Solar，德国的Shott Solar 和
Ersol Solar，目前国内大部分介入薄膜电池的公司基本都以非晶硅薄膜电池为主。
3.1.2.2 碲化镉薄膜电池
CdTe被认为是太阳能薄膜电池最有前途的光电材料，有着最适宜的1.5eV的能带隙，很高的吸收效率。实验室中碲化镉薄膜电池可以实现16%的转换效率，商业规模生产的电池组件转换效率超过10%已经获得验证。
相比其他薄膜电池，碲化镉薄膜电池拥有以下优点：
（1）CdTe容易在基板上生长，更适合大规模生产。高度自动化生产工艺已经成功使用。
（2）CdTe电池与传统半导体相比不易受电池温度上升的影响，在高温下CdTe薄膜电池能够获得相对多的电能。在阴天、拂晓或者傍晚，半导体材料在转化散射光成电能上也比常规电池效率要高。
（3）CdTe薄膜电池拥有几乎吸收所有可见光的能带隙。能带隙能量几乎达到了单结电池的最优值，同时产生高电流密度和高电压。
CdTe作为光伏电池的材料，它的主要缺陷是重金属镉属于积性毒物，因而CdTe有毒。在运行时，这些电池组件不会产生污染物。但是，使用CdTe技术还是有环境危害和安全隐患，比如在着火或循环利用的情况下，重金属镉就会释放到大气层。目前，First Solar是CdTe薄膜电池市场的主导者，其生产成本已经达到1美元/瓦以下，在德国等光照时间较短的国家和地区有着广泛的市场。
3.1.2.3 CIS/CIGS薄膜电池
CIS（CuInSe2）有很高的吸收率，在材料的第一微米可以吸收99%的可见光，所以是很有效的光伏材料。增加少量的镓可以增加它的光吸收能带，使它更贴近太阳光谱，改善光伏电池的电压和效率。CIGS电池在实验室已经达到19%的转换率，远高于其他薄膜电池。CIGS也能通过环保和废品处理要求。CIGS的转换效率非常稳定，性能长时间不减退。
地球表层铟的储量跟银差不多，因为较为稀缺，铟的价格波动较大。接近70%的铟都用在平板显示器行业。所以，如果CIS电池的产量上升，争夺铟材料令人担忧。当然，用量也不是很大，生产2GW的CIS电池用到2004年铟产量的10%。另外，铟也可以通过退役电池组件的循环利用来获得。在稳定性上，CIS/CIGS不会出现光致衰退现象，通常在运行的第一小时转换效率略有上升，接着就显著稳定。但是，在炎热潮湿的环境下，他们的稳定性存在问题。
CIS和CIGS电池的生产商包括Global Solar，Wurth Solar，国内目前孚日股份在建CIS 薄膜电池生产线。
3.1.3 新型聚光太阳能电池技术现状
一般所说的聚光多结太阳能电池是指针对太阳光谱，在不同的波段选取不同带宽的半导体材料做成多个太阳能子电池，最后将这些子电池串联形成多结太阳能电池。其核心是采用化合物半导体电池，这些电池在锗衬底上单片集成了GaInP和GaAs薄层，每层吸收光谱中的不同部分。三结电池轻而易举地保持太阳能转换效率的最高纪录42.8%，目前研究较多的III-V 族材料体系，就是上述InGaP/GaAs/Ge 三结电池。II-VI族材料目前还处于研究阶段。
全球太阳能电池行业规模
由于全球各国能源政策逐渐向洁净能源倾斜，全球光伏产业规模增速很快。从全球累计装机规模变化看，2001年全球光伏产业仅有1762MW，但是到2008年已经增加至14534MW，
规模扩大超过10倍，年复合增长率在40％以上。而2009年初步统计全球光伏产业规模突破了20000MW。
4.1.2 中国太阳能电池行业规模
从我国的光伏产业看，装机比重不高，使得我国国内光伏产业发展速度十分有限，因此从光伏累计装机量上很难反应我国太阳能电池产业的规模。
不过我国在太阳能电池供给方面已经成为全球第一。我国太阳能电池产业更加集中在中段。而我国几大太阳能电池供应商纷纷在海外上市。无锡尚德、浙江昱辉、阿特斯、常州天合、江苏林洋、河北晶澳、中电光伏、江西赛维、保定英利新能源和江阴浚鑫等十家海外上市公司生产太阳能电池占到全国大约95％以上的产能，因此可以用这些海外上市企业的资产、收入规模总和代替我国太阳能电池行业规模，简单分析我国太阳能电池产业的规模变化。
从资产和收入规模看，我国太阳能电池产业在2006年以来取得很大进步，在2008年达到160亿美元以上的资产总和，收入也超过75亿美元。不过2008年下半年以来，随着全球金融危机的影响，我国太阳能电池产业规模增速明显减缓。截止2009年，我国太阳能电池行业资产规模在166亿美元左右，全年营业收入在74.72亿美元，和2008年相比均有小幅下降。
2006-2009中国太阳能电池行业规模变化
4.3.2.2 需求结构分析
我国的太阳能资源丰富，太阳能年辐射量高4200MJ/m2的地区占国土面积的76%。特别是从下图可以看出，在我国中西部地区具有很强的发展光伏产业的基础和潜力。
数据来源：世经未来整理
图1我国太阳能资源分布
我国从2007年开始已经成为太阳能电池的第一生产大国，但是与此同时，我国的光伏产业需求相对增长较慢，2008年以前每年光伏装机量在100MW以下。虽然2009年装机量达到150MWM，但是同时我国太阳能电池产量在2009年已经达到3500MW，国内需求量仅占当年产能的4%，大量的光伏产品依靠出口，使得我国的太阳能电池产业过度依赖海外市场。
总体看，我国本国太阳能电池供需严重不平衡。这种情况使得我国太阳能电池对于国外产业政策和汇率等因素敏感度过大，是我国太阳能电池发展的重大风险来源。
中国太阳能电池供需平衡走势
对于太阳能电池产品市场的竞争看，晶体硅电池仍然占据主流。从全球范围看晶体硅电池所占比重仍然超过85％。不过从成本角度判断，薄膜电池更有市场前景。当前太阳能电池发展的一大瓶颈就是原料成本过高，影响光伏产业的推动和发展。相比于晶体硅电池，薄膜电池硅片比重更低，原料依赖程度也低，因此成本更接近市场预期。不过，薄膜电池的转换效率和使用寿命短期内还很难和晶体硅电池竞争，这也是薄膜电池比重增速较为缓慢的主要原因。从长期趋势判断，薄膜电池比重将会不断提高。另外，从我国太阳能电池发展思路和产业政策判断，晶体硅电池原料依赖进口，国家希望大力扶持薄膜电池，从这一领域实现提示产业国际竞争力的目标。因此，从产品市场竞争角度看，薄膜电池更具潜力。
2009年薄膜太阳能电池行业发展情况分析
8.2.1 行业规模
薄膜太阳能电池，指在塑胶、玻璃或是金属基板上形成可产生光电效应的薄膜。这种薄膜厚度仅需数μm，在同一受光面积之下可较硅晶圆太阳能电池大幅减少原料的用量。薄膜太阳能电池主要由CdTe（碲化镉）、CIS（铜铟硒）/CIGS（铜铟硒镓）、硅基薄膜三类电池组成。在硅材料短缺的背景下，2007年和2008年薄膜电池经历了大发展。不断有新的项目发布或者投产，有限的设备公司订单已经排到1年以后，而且新增订单不断，除了美国First Solar，日本夏普也开始大规模投入薄膜领域，而德国的Q-CELL肖特等也大力投入薄膜事业，台湾几乎瞬间投入了超过10个薄膜项目，国内的非晶硅龙头拓日新能源顺利上市，新澳集团高调介入等等都显示薄膜正在吸引越来越多的资本和关注；薄膜自身的发电优势和低成本也将
会是下降光伏发电成本的一大主要驱动力。
与晶硅太阳能电池相比，薄膜电池具有三个优势：1、成本优势明显，特别是在多晶硅价格高涨的年份更为如此，据测算在5MW的生产规模下，非晶硅薄膜太阳能电池组件的生产成本也在2美元/瓦以下，而单线产能达到40MW-60MW甚至更高的全自动化生产线，其产品生产成本则更低。相对于平均3.5美元/瓦的国际市场销售价格而言，其利润空间可见一斑。
2、能量返回期短。转换效率为6%的非晶硅太阳能电池，其生产用电约1.9度电/瓦，由它发电后返回的时间约为1.5-2年，而多晶硅无法与之相比。
3、薄膜电池适合与建筑结合，将薄膜太阳能电池应用于城市大量的既有和待开发的建筑外立面和屋顶，避免了现有玻璃幕墙的光污染问题，能代替建材，同时发电又节能，将成为未来城市利用光伏发电的主要方向。2006年薄膜电池总产量达到249MW，占世界电池产量的10%。2007年薄膜电池产量达到470MW，占世界电池产量的12.6%。2008 年薄膜电池产量达到840MW，占世界太阳能电池比重的14％，2009年全年统计薄膜电池占到15％，达到1245MW。
数据来源： Photon International
图2薄膜太阳能产量及占太阳能电池比重变化
8.2.3 发展趋势
从薄膜电池的发展趋势看，虽然，随着多晶硅价格的下降，薄膜电池的价格优势已经逐渐缩小，2009年薄膜市场增长速度和2007、2008年相比有所减缓，而未来增速下降趋势更为明显。但是相比于晶体硅电池，薄膜电池在成本上的优势仍然成为其发展的重要动力。另外，由于其较好的透光性，在BIPV 应用上有着不可比拟的优势。也使薄膜电池需求日益增长。
总体来看，未来薄膜电池的发展将日趋平稳，所占市场比重也保持在15-20％之间。而对于不同薄膜电池的发展，虽然CIS（铜铟硒/CIGS（铜铟硒镓）电池转换效率更高，但是工艺的不稳定性和原材料的稀缺性都限制了其发展。相比而言，非晶硅电池在原料和工艺稳定性上都更具发展潜力。而CdTe电池已经逐渐被市场所认可，生产也进入了大规模量产阶段，成本仍有下降空间，未来几年市场规模也将继续扩大，不过从长期看镉的毒性限制了其发展，市场潜力不如非晶硅薄膜电池。
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
专题介绍 有机太阳能电池研究进展 X 林 鹏,张志峰,熊德平,张梦欣,王 丽 (北京交通大学光电子技术研究所,信息存储、显示与材料开放实验室,北京,100044) 摘 要:有机太阳能电池与无机太阳能电池相比,还存在许多关键性问题。为了改善有机太阳能电池的性能,各种研究工作正在进行,这些研究主要是为了寻找新的材料,优化器件结构。对电池原理、部分表征方法、效率损失机制、典型器件结构、最近的发展、以及未来的发展趋势作了简要描述。 关键词:有机太阳能电池;器件结构;给体;受体;转换效率 中图分类号:T N 383 文献标识码:A 文章编号:1005-488X(2004)01-0055-06 Progres s in Study of Organic Sola r Ce ll LIN Peng ,ZHANG Zhi -feng ,XIONG De -ping ,ZHANG Meng -xin ,WANG Li (I nstitute of O p toelectronics T echnology ,Beij ing J iaotong University ,Beijing ,100044,China )Abstr act :Compaer ed with inorganic solar cells ,organic solar cells still have many critical pr oblems.In order to improve the properties of organic solar cells,a lot of different studies have been carried on.T he main purposes of these studies are to seek new mater ials and new device structure.A brief review of the theory of photovoltaic cells,along with some aspects of their characterization ,the basic efficiency loss mechanism ,typical device structures ,and the trends in research will be presented. Key wor ds :organic photovoltaic cell;device structure;donor;acceptor ;conversion effi-ciency 前 言 进入21世纪以来,由于煤、石油、天然气等自然资源有限,已经不能满足人类发展的需要。环境污染也已经成为亟待解决的严重问题。同使用矿物燃料发电相比,太阳能发电有着不可比拟的优点。 太阳能取之不尽,太阳几分钟射向地球的能量相当 于人类一年所耗用的能量。太阳能的利用已经开始逐年增长。但目前使用的硅等太阳能电池材料,因成本太高,只能在一些特殊的场合如卫星供电、边远地区通信塔等使用。目前太阳能发电量只相当于全球总发电量的0.04%。要使太阳能发电得到大规模推广,就必须降低太阳能电池材料的成本,或 第24卷第1期2004年3月 光 电 子 技 术OPT OELECT RONIC T ECHNOLOGY Vol.24No.1 Mar.2004 X 收稿日期:2003-11-17 作者简介:林 鹏(1978-),男,硕士生。主要从事光电子技术研究。 张志峰(1977-),男,硕士生。主要从事有机电致发光(OLED)的研究工作。熊德平(1975-),男,硕士生。主要从事无机半导体材料方面的研究工作。
太阳能电池材料的发展及应用 材料研1203 Z石南起新材料（或称先进材料）是指那些新近发展或正在发展之中的具有比传统材料的性能更为优异的一类材料。新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料，具有比传统材料更为优异的性能。新材料技术则是按照人的意志，通过物理研究、材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程，创造出能满足各种需要的新型材料的技术。 随着科学技术发展，人们在传统材料的基础上，根据现代科技的研究成果，开发出新材料。新材料按组分为金属材料、无机非金属材料（如陶瓷、砷化镓半导体等）、有机高分子材料、先进复合材料四大类。按材料性能分为结构材料和功能材料。21世纪科技发展的主要方向之一是新材料的研制和应用。新材料的研究，是人类对物质性质认识和应用向更深层次的进军。 功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。 功能材料是新材料领域的核心，是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。它涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术等现代高新技术及其产业。功能材料不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，还对我国相关传统产业的改造和升级，实现跨越式发展起着重要的促进作用。 功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。世界各国均十分重视功能材料的研发与应用，它已成为世界各国新材料研究发展的热点和重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。在全球新材料研究领域中，功能材料约占85%。我国高技术 (863)计划、国家重大基础研究[973]计划、国家自然科学基金项目中均安排了许多功能材料技术项目（约占新材料领域70%比例），并取得了大量研究成果。
太阳能电池板选择
太阳能电池的最大功率 Pmax=开路电压×短路电流， 这是它们的理想功率， 而平时大家衡量太阳能电池的是额定功率 Pm。实际中额定功率是小于最大功率 的，主要是由于太阳能电池的输出效率 u 只有 70%左右。在使用中由于受光强 度的不同，所以不同时刻的功率也是不同的，根据实验数据它的实际平均功率 P=0.7Pm。如果太阳能电池要直接带动负载，并且要使负载长期稳定的工作， 则负载的额定功率为 Pr=0.7Pm。 如果按照负载的功率选择太阳能电池的功率则 电池的功率为： Pm=1.43Pr。 就是说太阳能电池的功率要是负载功率的 1.43 倍。 在选择太阳能电池的功率时,应合理选择负载的耗电功率,这样才能使发电功 率与耗电功率处于一种平衡状态。当然太阳能电池的发电功率也会受到季节、气 候、地理环境和光照时间等多方面因素的制约。
蓄电池的使用（这里仅以夏季为例,介绍太阳能电池与蓄电池在一般情况下的使用）
蓄电池是一种储存电能的容器,常被作为其它电路的“能源基地”。由于太 阳能电池所产生的电力有限，因此要尽可能的扩大“基地”的储电容量，但也不 能无限扩大，因为太阳能电池只能在白天发电，其日发电量 M＝发电功率（最 大输出功率）×有效光照时间×发电时间，由此它的日电量等于输出电流与有效 光照时间的乘积,即:C=IH(Ah)。而蓄电池的容量则使放电时间和放电电流的乘 积，因此计算公式为：C=IH(单位 Ah，就是额定 1A 的电流放电一小时)。那么 太阳能电池和蓄电池在容量和电量上使如何计算的呢？我们可以通过电功率公 式:P=IU 演化为:P=Iuh/h=CU/h。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/f09255972.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
以化合物半导体为基体制成的太阳能电池。在种类繁多的化合物半导体材料中，不乏兼备优良光电特性、高稳定性、宜于加工制造的太阳能电池材料。化合物可构成同质结太阳能电池、异质结太阳能电池和肖特基结太阳能电池。它既可制成高效或超高效太阳能电池，又可制成低成本大面积薄膜太阳能电池，从而拓宽了光电材料的研究范围，也极大地丰富了太阳能电池家族。目前，世界上光电转换效率最高的是化合物半导体太阳能电池(如砷化镓太阳能电池效率η=24%～28%)，或者是以化合物作为重要组分的太阳能电池(如砷化镓和硅叠合聚光太阳能电池效率η=32%～37%，薄膜硒铟铜/非晶硅太阳能电池效率η=14%～17%)。 在元素周期表中的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，如砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP);Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体，如硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、碲化锌(ZnTe)等，都具有直接禁带跃迁的能带结构，吸收系数大，结构比较稳定。若用Ⅰ-Ⅲ族元素取代Ⅱ-Ⅵ族化合物中的Ⅱ族元素，则得到Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族三元化合物，如硒铟铜(CuInSe)、硫铟铜(CuInS)等。对应地，用Ⅱ-Ⅳ族元素代替Ⅲ-Ⅴ族化合物中的Ⅲ族元素，则构成Ⅱ-Ⅳ-Ⅴ族三元化合物，如锌硅砷(ZnSiAs2)等。从中可以挑选禁带宽度适合于吸收不同波长的太阳光、且可制成低电阻p型或n型基体的化合物半导体来制造太阳能电池。 具有代表性的化合物半导体太阳能电池有砷化镓太阳能电池、硫化镉太阳能电池和硒铟铜太阳能电池。 砷化镓太阳能电池Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳能电池，其主要特点是： (1) GaAs的禁带宽度达1.43 eV，能有效地吸收太阳光，其理论效率达28%。 (2) GaAs是直接禁带跃迁材料，吸收系数大。吸收90%的太阳能只需5μm厚的GaAs，而硅则需厚为100μm以上才能吸收同样多的太阳能。 (3)耐高温，耐辐射，适宜于做聚光太阳能电池(聚光比可以高达1000～1735倍)，也适宜于做太空飞行器上用的太阳能电池。 砷化镓太阳能电池的主要缺点是：价格昂贵，功率/重量比小，表面复合速度大等。 自1956年砷化镓太阳能电池问世以来，已制成pn结GaAs同质结太阳能电池和GaAlAs/GaAs 异质面太阳能电池等。砷化镓还可以分别与元素半导体、其他化合物构成许多异质结构的多晶薄膜GaAs太阳能电池。砷化镓太阳能电池的结构类同于硅太阳能电池，开路电压为0.88～1.0 V，短路电流密度稍低，一般为20～30 mA/cm2。 硫化镉太阳能电池是最先问世的Ⅱ-Ⅵ族化合物太阳能电池。硫化镉的禁带宽度为2.42 eV，吸收系数大，是比较理想的异质结窗口材料，CdS-Cu2S太阳能电池的效率极限为17.8%。但在研究中发现，CdS-Cu2S电池在自然光照条件下，铜离子会在pn结中宏观迁移，因而造成输出功率下降。现在正在用CdTe和其他合适的材料来制造低成本薄膜太阳能电池。 碲化镉太阳能电池碲化镉具有稳定性好、薄膜沉积速度快、价格便宜等优点，因而碲化镉与硒铟铜同样被选为当前最有希望的两种薄膜化合物太阳能电池之一。其光电转换效率，1991年为12.5%，1995年为15.8%，2000年有可能达到18%而进入产业化生产。 硒铟铜太阳能电池性能最好的Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物太阳能电池。硒铟铜是目前已知的Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族三元化合物半导体中性能最好的光电材料，禁带宽度为1.01～1.04 eV，有直接能带结构，在异质结电池中可作为理想的基体材料。硒铟铜与硫化镉、碲化镉材料一样，可以用真空沉积法、喷涂法、丝网印刷法和悬浮电镀法制造薄膜电池。电池结构与硅薄膜电池类同。也可制成前壁型和后壁型两种。CuInSe电池的开路电压比硅的低，约为0.4～0.5 V，而短路电流密度可高达40 mA/cm2左右，是一种稳定性比较好的薄膜太阳能电池。其光电转换效率，1991年为13%，1995年为17%，2000年可达20%。
光伏电池的原理及发展现状 众所周知，太阳能是一种用之不竭、储量巨大的清洁可再生能源，每天到地球表面的辐射能量相当于数亿万桶石油燃烧的能量，太阳能开发与利用逐步成府重点发展的战略。热能和光能利用是太阳能应用的两种重要形式。光伏发电是利用光伏电池的光伏效应将太阳光的光能直接转换为电能的一种可再生、无污染的发电方式，正在全球范围内迅猛发展，其不仅要替代部分化石能源，而且未来将成为世界能源供应的主体，是世界各国可再生能源发展的重点。本文阐述了太阳能光伏电池的原理，综述了国内外光伏发电技术的发展现状及发展趋势。 光伏电池的原理及发展现状1839 年，法国的Edmond Becquerel 发现了光伏效应，即光照能使半导体材料内部的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流。光伏电池是基于半导体P- N 结接受太阳光照产生光伏效应，直接将光能转换成电能的能量转换器。1954 年，美国Bell 实验室的G．Pearson 等发明了单晶硅光伏电池，其原理如图1 所示。 图 1 中，太阳光照射到光伏电池表面，其吸收具有一定能量的光子，在内部产生处于非平衡状态的电子－空穴对;在P- N 结内建电场的作用下，电子、空穴分别被驱向N，P 区，从而在P- N 结附近形成与内建电场方向相反的光生电场;光生电场抵消P- N 结内建电场后的多余部分使P，N 区分别带正、负电，于是产生由N 区指向P 区的光生电动势; 当外接负载后，则有电流从P 区流出，经负载从N 区流入光伏电池。图2 为光伏电池等效电路，其中，Iph为与光伏电池面积、入射光辐照度成正比的光生电流（1 cm2硅光伏电池的Iph值为16 ～30 mA）;ID，Ish分别为P- N 结的正向电流、漏电流;串联电阻RS主要由电池体电阻、电极导体电阻等组成（RS一般＜1 ）;旁漏电阻Rsh 由硅片边缘不清洁或体内缺陷所致（Rsh一般为几k）;RL 为外接负载电阻，IL，UO 分别为光伏电池输出电压、电流;当负载开路（RL= ）时，UO即为开路电压Uoc，其与环境温度成反比、与电池面积无关（在100 mW/cm2的光谱辐照度下，硅光伏电池的Uoc一般为450 ～600 mV。与图2 对应的光伏电池解析模型，
为了适应亚洲可替代性能源市场的快速发展，在国际市场上一直积极进取的库卡（K UKA）系统不断创新研发和拓展其在光伏组件方面的产品种类和针对性服务。库卡系统是全球领先的柔性自动化系统供应商，其产品广泛运用于汽车制造、航空航天、能源及其他工业行业。库卡（KUKA）再次出席今年2010年5月5日至7日（上海中国）太阳能光伏展，展示其在晶圆、光伏组件等生产方面的最新研发产品和创新的解决方案，W5展厅，T5052展台。 KUKA高级线锯机–AWSM 为了满足半导体和光伏产业对高质量，高性能生产设备不断增长的需求，库卡系统提供了各种尺寸的先进绳锯机（AWSM）产品系列。3800和4800系列线锯机拥有最先进的技术及多种优点，如：对光伏、半导体产业所需的硅锭，玻璃，瓷等广泛硬质材料的加工。这些设备不仅包含了经过多年改进的标准组件，其的装配技术更具有极高的前瞻性，不仅易于维护同时也考虑到成本的有效节省。KUKA高级线锯机可切割不同线体，这满足了线条切割日益精细化、钻石线锯逐渐流行的市场需求。整合在机身上的绞线盘可灵活优化、自控制线的松紧度，因此大大提高了机械主要部件的寿命。这可减少停机和维护的时间，优化其它部件的需求，大大降低运营成本。高级线锯机铸件（锭）的载入设计符合人体工程学优点，它带有一个可随意旋转的装置，用于暂停铸件的载入。库卡不仅仅向全球提供高级线锯机和各种部件，如圆形截面切割锯和自动方锯机，同时在奥格斯堡总部，自动化专家们可提供全套为客户定制的自动化晶圆生产线、和自动化生产服务支持：如现场调试，培训，维修，服务热线。在欧洲、巴西、中国、印度和美国的库卡分公司也能提供上所述的当地化服务，确保近距离服务客户，完善以客户为导向的产品和服务。想要了解更多关于KUKA高级线锯机–AWSM的技术细节，请访问库卡自动化系统公司https://www.doczj.com/doc/f09255972.html,. 库卡高级太阳能电池焊接机–ACS600 在会上展示的另一个新产品是库卡高级太阳能电池焊接机ACS600。库卡高级太阳能电池焊接机ACS600可以加工2-3条厚度在160μ-220μ的单晶和多晶母线导电条，产量为每小
太阳能发电产业发展前景分析 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。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。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。 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。 我们对太阳能的利用大致可以分为光热转换和光电转换两种方式，其中，光电利用（光伏发电）是近些年来发展最快，也是最具经济潜力的能源开发领域。太阳能电池是光伏发电系统中的关键部分，包括硅系太阳电池（单晶硅、多晶硅、非晶硅电池）和非硅系太阳能电池等。多晶硅薄膜电池由于所使用的硅材料较少，又无效率衰退问题，并且可以在廉价衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，经济效益较好。此外，非多晶硅薄膜电池也具有极大的发展潜力。 在晶体硅太阳能电池的产业链上分布着晶硅制备、硅片生产、电池制造、组件封装四个环节。上游环节的企业掌握技术优势，具有较强的议价能力，可以通过提高产品价格将成本压力向下游传导，从而保证自身获得较高的盈利能力。非多晶硅薄膜电池可以用IC废料作为原料，成本低廉。 在各国政府的扶持下，世界太阳能电池产量快速增长，1995-2005年间，全球太阳能电池产量增长了17倍。我们预计，2010年全球太阳能电池的年产量有望较2005年的年产量增长6.3倍，整个行业的销售收入有望增长3.5倍。 我国太阳能资源非常丰富，开发利用的潜力非常大。我国太阳能发电产业的应用空间也非常广阔，可以应用于并网发电、与建材结合、解决边远地区用电困难问题等。我国政府对太阳能发电产业也给予了充分的扶持，先后出台了一系列法律、政策，有力的支持了产业的发展。 2005年后，我国太阳能发电产业有了突飞猛进的发展，无锡尚德、天威英利、新光硅业、浙江中意、赛维LDK、新疆新能源、常州天合、天津京瓷等公司纷纷进入成长期，生产规模不断扩大，技术水平不断提高，企业竞争力不断增强。 目前，各国市场均给予太阳能发电相关公司较高的估值水平，从一个侧面也反映出各国投资者对这一产业发展前景乐观的预期。我国太阳能发电产业正处在成长初期，发展前景广阔。 1\世界能源供应紧张，发展可再生能源
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
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
太阳能电池特性实验仪 能源短缺和地球生态环境污染已经成为人类面临的最大问题。本世纪初进行的世界能源储量调查显示，全球剩余煤炭只能维持约216年，石油只能维持45年，天然气只能维持61年，用于核发电的铀也只能维持71年。另一方面，煤炭、石油等矿物能源的使用，产生大量的CO 2、SO 2等温室气体，造成全球变暖，冰川融化，海平面升高，暴风雨和酸雨等自然灾害频繁发生，给人类带来无穷的烦恼。根据计算，现在全球每年排放的CO 2已经超过500亿吨。我国能源消费以煤为主，CO 2的排放量占世界的15%，仅次于美国，所以减少排放CO 2、SO 2广义地说，太阳光的辐射能、水能、风能、生物质能、潮汐能都属于太阳能,它们随着太阳和地球的活动，周而复始地循环，几十亿年内不会枯竭，因此我们把它们称为可再生能源。太阳的光辐射可以说是取之不尽、用之不竭的能源。太阳与地球的平均距离为1亿5千万公里。 在地球大气圈外，太阳辐射的功率密度为1.353kW /m 等温室气体，已经成为刻不容缓的大事。推广使用太阳辐射能、水能、风能、生物质能等可再生能源是今后的必然趋势。 2 ，称为太阳常数。到达地球表面时，部分太阳光被大气层吸收，光辐射的强度降低。在地球海平面上，正午垂直入射时，太阳辐射 的功率密度约为1kW /m 2 太阳能发电有两种方式。光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成蒸气，再驱动汽轮机发电，太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高。光—电直接转换方式是利用光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能，光—电转换的基本装置就是太阳能电池。 ，通常被作为测试太阳电池性能的标准光辐射强度。太阳光辐射的能量非常巨大，从太阳到地球的总辐射功率比目前全世界的平均消费电力还要大数十万倍。每年到达地球的辐射能相当于49000亿吨标准煤的燃烧能。太阳能不但数量巨大，用之不竭，而且是不会产生环境污染的绿色能源，所以大力推广太阳能的应用是世界性的趋势。 与传统发电方式相比，太阳能发电目前成本较高，所以通常用于远离传统电源的偏远地区，2002年，国家有关部委启动了“西部省区无电乡通电计划”，通过太阳能和小型风力发电解决西部七省区无电乡的用电问题。随着研究工作的深入与生产规模的扩大，太阳能发电的成本下降很快，而资源枯竭与环境保护导致传统电源成本上升。太阳能发电有望在不久的将来在价格上可以与传统电源竞争，太阳能应用具有光明的前景。 根据所用材料的不同，太阳能电池可分为硅太阳能电池，化合物太阳能电池，聚合物太阳能电池，有机太阳能电池等。其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。 本实验研究单晶硅，多晶硅，非晶硅3种太阳能电池的特性。 实验内容 1． 太阳能电池的暗伏安特性测量 2． 测量太阳能电池的开路电压和光强之间的关系 3． 测量太阳能电池的短路电流和光强之间的关系 4． 太阳能电池的输出特性测量
CdTe薄膜太阳能电池产业发展报告 标签：薄膜太阳电池CdTe solar 2007-10-09 12:21 一、概述 CdTe是Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体，带隙1.5eV，与太阳光谱非常匹配，最适合于光电能量转换，是一种良好的PV材料[1]，具有很高的理论效率（28%）[2]，性能很稳定，一直被光伏界看重，是技术上发展较快的一种薄膜电池。碲化镉容易沉积成大面积的薄膜，沉积速率也高。CdTe 薄膜太阳电池通常以CdS ／CdT e异质结为基础。尽管CdS和CdTe和晶格常数相差10%，但它们组成的异质结电学性能优良，制成的太阳电池的填充因子高达F F =0.75[3]。 制备CdTe多晶薄膜的多种工艺和技术已经开发出来，如近空间升华、电沉积、PVD、CVD、CBD、丝网印刷、溅射、真空蒸发等[4]。丝网印刷烧结法：由含CdTe、CdS浆料进行丝网印刷CdTe、CdS 膜，然后在600～700℃可控气氛下进行热处理1h 得大晶粒薄膜. 近空间升华法：采用玻璃作衬底，衬底温度500～600℃，沉积速率10μm/min. 真空蒸发法：将CdTe 从约700℃加热钳埚中升华，冷凝在300～400℃衬底上，典型沉积速率1nm/s. 以CdTe 吸收层，CdS 作窗口层半导体异质结电池的典型结构：减反射膜/玻璃/（SnO2:F）/CdS/P-CdTe/背电极。电池的实验室效率不断攀升，最近突16%。20世纪90年代初，CdTe电池已实现了规模化生产，但市场发展缓慢，市场份额一直徘徊在1%左右。商业化电池效率平均为 8%-10%[5]。 为了更好地、更系统地研究CdTe系太阳电池，本文简要介绍CdTe薄膜太阳能电池的国内外的研究进展与产业发展状况，以及存在的问题、制约因素等。 二、国外CdTe薄膜太阳能电池产业发展状况与趋势 CdTe薄膜太阳电池是薄膜太阳电池中发展较快的一种光伏器件。美国南佛罗里达大学于1993年用升华法在1cm2面积上做出效率为15.8 %的太阳电池[6] , 随后，日本 Matsushita Battery报道了CdTe基电池以CdTe 作吸收层,CdS 作窗口层的n-CdS/ P - CdTe 半导体异质结电池,其典型结构为MgF2/ 玻璃/ SnO2∶F/ n-CdS/ P- dTe/ 背电极,小面积电池最高转换效率16%[7]，成为当时CdTe薄膜太阳能电池的最高纪录，近年来,太阳电池的研究方向是高转换效率、低成本和高稳定性. 因此,以CdTe为代表的薄膜太阳电池倍受关注，Siemens报道了面积为3600cm2电池转换效率达到11.1％的水平。美国国家可再生能源实验室提供了Solar Cells lnc的面积为6879cm2CdTe薄膜太阳电池的测试结果，转换效率达到7.7％；Bp Solar的CdTe薄膜太阳电池，面积为4540cm2，效率为8.4％，面积为706cm2的太阳电池，转换效率达到10.1％；Goldan Photon的CdTe太阳电池，面积为3528cm2，转换效率为7.7％。详细情况如表1[7-11]。 表1 CdTe 薄膜太阳电池参数表[7-11]
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
单晶硅、多晶硅、非晶硅、薄膜太阳能电池 的工作原理及区别 硅太阳能电池的外形及基本结构如图1。其中基本材料为P型单晶硅，厚度为0.3—0.5mm左右。上表面为N+型区，构成一个PN＋结。顶区表面有栅状金属电极，硅片背面为金属底电极。上下电极分别与N＋区和P区形成欧姆接触，整个上表面还均匀覆盖着减反射膜。 当入发射光照在电池表面时，光子穿过减反射膜进入硅中，能量大于硅禁带宽度的光子在N+区，PN＋结空间电荷区和P区中激发出光生电子——空穴对。各区中的光生载流子如果在复合前能越过耗尽区，就对发光电压作出贡献。光生电子留于N＋区，光生空穴留于P区，在PN＋结的两侧形成正负电荷的积累，产生光生电压，此为光生伏打效应。当光伏电池两端接一负载后，光电池就从P 区经负载流至N＋区，负载中就有功率输出。 太阳能电池各区对不同波长光的敏感型是不同的。靠近顶区湿产生阳光电流对短波长的紫光（或紫外光）敏感，约占总光源电流的5－10％（随N＋区厚度而变），PN＋结空间电荷的光生电流对可见光敏感，约占5 ％左右。电池基体域
产生的光电流对红外光敏感，占80－90％，是光生电流的主要组成部分。 2.单晶硅太阳能电池 单晶硅太阳能电池是当前开发得最快的一种太阳能电池，它的构成和生产工艺已定型，产品已广泛用于宇宙空间和地面设施。这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求99.999％。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳能电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳能电池专用的单晶硅棒。将单晶硅棒切成片，一般片厚约0.3毫米。硅片经过成形、抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。加工太阳能电池片，首先要在硅片上掺杂和扩散，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行。这样就在硅片上形成PN结。然后采用丝网印刷法，将配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉，至此，单晶硅太阳能电池的单体片就制成了。单体片经过抽查检验，即可按所需要的规格组装成太阳能电池组件（太阳能电池板），用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流，最后用框架和封装材料
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。