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太阳能电池知识介绍什么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。
太阳能电池的原理太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，一般的半导体主要结构如下：图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。
当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，它的形成可以参照下图：图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。
而黄色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有3个电子，所以就会产生入图所示的蓝色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成P（positive）型半导体。
同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成N（negative）型半导体。
黄色的为磷原子核，红色的为多余的电子。
如下图。
N型半导体中含有较多的空穴，而P型半导体中含有较多的电子，这样，当P型和N型半导体结合在一起时，就会在接触面形成电势差，这就是PN结。
当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层)，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。
这是由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。
N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个由N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。
达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，这就是PN结。
当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P型区移动，而P型区中的电子往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流。
然后在PN结中形成电势差，这就形成了电源。
(如下图所示）由于半导体不是电的良导体，电子在通过p－n结后如果在半导体中流动，电阻非常大，损耗也就非常大。
但如果在上层全部涂上金属，阳光就不能通过，电流就不能产生，因此一般用金属网格覆盖p－n结（如图梳状电极），以增加入射光的面积。
太阳能电池的工作原理
太阳能电池是一种将太阳光直接转化为电能的装置。
它是由多个光电效应相互连接而成的半导体晶体。
典型的太阳能电池是由硅材料制成的，其中掺杂了两种不同类型的杂质。
太阳能电池的工作原理可以简述为以下几个步骤：
1. 光吸收：当太阳光照射到太阳能电池表面时，光子与半导体晶体中原子相互作用，吸收光能，并将其传递给半导体晶格的电子。
2. 电子激发：被吸收的光子能量使得半导体晶体中的电子激发到较高的能级，从而形成光生电子-空穴对。
3. 分离电荷：经过激发的电子和产生的正空穴分别在半导体晶体的n区和p区积累，并且在两个区域之间形成电势差。
4. 电流流动：由于n区和p区之间的电势差，电子和正空穴开始从n区和p区流动，形成电流。
这个电流可以在外部电路中推动电子流动，并产生实际可用的电能。
需要注意的是，太阳能电池的效率取决于吸收太阳能光谱的范围。
目前，太阳能电池的效率仍然相对较低，因此科学家一直在研究和改进太阳能电池的设计和制造方法，以提高其效率并降低制造成本，以便更广泛地应用于能源产业中。
太阳能电池存在的问题
尽管太阳能电池是一种环保、可再生的能源，但仍然存在一些问题：
1. 昂贵的成本：太阳能电池的制造成本相对较高，使得其价格较高，限制了其普及程度。
2. 依赖天气条件：太阳能电池需要阳光才能产生电能，因此在阴雨天或夜晚效能较低，需要其
他能源作为补充。
3. 大面积需求：太阳能电池的能量转化效率相对较低，需要大面积的太阳能电池板才能满足大
规模电力需求。
4. 能量储存问题：太阳能电池产生的电能往往不能直接用于供电，需要进行储存或转换。
目前
常用的储能技术仍然存在一些问题，如储能成本高、能量密度低等。
5. 稳定性和耐久性问题：太阳能电池板在长时间使用后效能会逐渐下降，需要定期维护和更换，增加了维护成本。
6. 环境污染：太阳能电池的制造过程中使用的某些化学物质可能对环境造成污染，如铅、硫酸等。
尽管存在这些问题，太阳能电池作为一种可再生能源仍然具有很高的发展潜力，可以在改善相
关技术和降低成本的基础上更广泛地应用。
一,基础知识（1）太阳能电池的发电原理太阳能电池是利用半导体材料的光电效应,将太阳能转换成电能的装置。
●半导体的光电效应所有的物质均有原子组成，原子由原子核和围绕原子核旋转的电子组成。
半导体材料在正常状态下，原子核和电子紧密结合(处于非导体状态）,但在某种外界因素的刺激下,原子核和电子的结合力降低,电子摆脱原子核的束搏,成为自由电子.光激励核核电子空穴电子●PN 结合型太阳能电池电子对太阳能电池是由P 型半导体和N 型半导体结合而成，N 型半导体中含有较多的空穴,而 P 型半导体中含有较多的电子,当 P 型和 N 型半导体结合时在结合处会形成电势当芯片在受光过程中，带正电的空穴往 P 型区移动，带负电子的电子往 N 型区移动，在接上连线和负载后，就形成电流.。
－＋－N 型PN结＋－＋＋－＋－＋－N 区－－－－－－PN 结合＋－＋＋－＋－＋－电势＋＋＋＋＋＋P 区－＋－P 型(2）太阳能电池种类硅半导体结晶类非晶类单晶硅电池多晶硅电池非晶硅电池转换效率：17％转换效率:14%转换效率:6-7％空间用民用民用3—5 族化合※在现在的太阳能电池产品中,以硅半导体材料为主，其中又以单晶硅和多晶硅为代表.由于 其原材料的广泛性，较高的转换效率和可靠性，被市场广泛接受.非晶硅在民用产品上也有 广泛的应用(如电子手表，计算器等),但是它的稳定性和转换效率劣于结晶类半导体材料. 化合物太阳能电池由于其材料的稀有性和部分材料具有公害，现阶段未被市场广泛采用。
※现在太阳能电池的主流产品的材料是半导体硅,是现代电子工业的必不可少的材料,同时 以氧化状态的硅原料是世界上第二大的储藏物质。
※京瓷公司早在上世纪的八十年代就认识到多晶硅太阳能电池的光阔前景和美好未来,率先 开启多晶硅太阳能电池的工业化生产大门。
现在已经是行业的龙头，同时多晶硅太阳能电 池也结晶类太阳能电池的主流产品(太阳能电池的 70％以上)。
（3)多晶硅太阳能电池的制造方法破锭(150mm *155mm ）切片(线切割）N 极烧结 电极 印刷 （ 正 反压芯片串，并联，形成设计需要 的 电 流（ 一片芯 片 的 电封装 工 艺组配叠片层压玻璃（防冲 EVA （缓冲) 芯片（发电) EVA(缓冲) 背垫（防湿）模拟光源,输出测试边框安装（4)太阳能电池关连的名称和含义●转换效率太阳能电池的转换效率是指电池将接收到的光能转换成电能的比率输出功率 转换效率 =100％ 太阳能电池板被照射的太阳能※标准测试状态 由于太阳能电池的输出受太阳能的辐射强度,温度等自然条件的影响，为了表述太 阳能电池的输出和评价其性能，设定在太阳能电池板的表面温度为 25 度,太阳能辐 射强度为 1000 ｗ/㎡、分光分布 AM1。
太阳能电池的基本原理及应用技巧1. 太阳能电池的基本原理1.1 直接转换式太阳能电池直接转换式太阳能电池是将太阳光直接转换为电能的一种装置。
目前最常见的一种直接转换式太阳能电池是硅晶太阳能电池。
其基本原理是利用太阳光中光子的能量将硅晶中的电子激发出来，形成电流。
当太阳光照射到硅晶太阳能电池上时，光子会与硅晶中的硅原子发生相互作用。
光子的能量将硅原子中的电子激发出来，形成电子-空穴对。
在太阳能电池的 p-n结中，电子-空穴对会被分离，电子会通过外部电路从n 区向p 区移动，形成电流。
1.2 间接转换式太阳能电池间接转换式太阳能电池是先将太阳光转换为其他形式的能量，再将这种能量转换为电能的一种装置。
一种常见的间接转换式太阳能电池是光化学太阳能电池。
其基本原理是利用太阳光激发光敏剂，产生电荷分离，形成电流。
当太阳光照射到光化学太阳能电池的光敏剂上时，光子会将光敏剂中的电子激发出来，形成电子-空穴对。
在光化学电池的电荷分离层中，电子-空穴对会被分离，电子会通过外部电路从光敏剂向电荷分离层移动，形成电流。
2. 太阳能电池的应用技巧2.1 太阳能电池组件的安装太阳能电池组件的安装是太阳能电池应用的重要环节。
在安装太阳能电池组件时，需要考虑以下几个因素：•光照条件：太阳能电池的效率受到光照条件的影响。
一般来说，太阳光越强，太阳能电池的输出功率越高。
因此，在安装太阳能电池组件时，需要选择光照条件较好的地方。
•温度：太阳能电池的效率也会受到温度的影响。
一般来说，太阳能电池在较高的温度下性能会下降。
因此，在安装太阳能电池组件时，需要考虑温度的影响，并采取相应的措施，如安装遮阳板等。
•朝向和倾斜角度：太阳能电池组件的朝向和倾斜角度也会影响其输出功率。
一般来说，太阳能电池组件的朝向应该朝向太阳，倾斜角度应该根据当地的纬度和季节进行调整。
2.2 太阳能电池系统的储能设备太阳能电池的输出功率受到光照条件的影响，因此，在夜间或光照不足的情况下，太阳能电池的输出功率会下降。
太阳能电池的分类与特点太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置，它由不同材料制成。
根据材料的不同，太阳能电池可以分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、染料敏化太阳能电池、聚合物太阳能电池等多种类型。
每种类型的太阳能电池都有其独特的特点和适用范围，下面将逐一介绍这些分类和特点。
1. 单晶硅太阳能电池：单晶硅太阳能电池是最常见的太阳能电池之一，它采用高纯度的单晶硅材料制成。
其特点包括高效率、长寿命和稳定性强。
单晶硅太阳能电池的高效率意味着单个电池的发电能力较强，因此在有限的面积内可以获得更多的电能。
此外，单晶硅太阳能电池通常具有较长的寿命，可在正常使用条件下运行20年以上。
然而，由于制造工艺较为复杂，单晶硅太阳能电池的成本较高，因此价格也相对较贵。
2. 多晶硅太阳能电池：多晶硅太阳能电池是另一种常见的太阳能电池类型，它由多晶硅材料制成。
与单晶硅太阳能电池相比，多晶硅太阳能电池的制造工艺更简单，成本也较低。
然而，多晶硅太阳能电池的效率较低，发电能力相对较弱，但仍然可以满足家庭和商业用途的基本需求。
此外，多晶硅太阳能电池的寿命较长，可持续发电15年以上。
3. 非晶硅太阳能电池：非晶硅太阳能电池是一种采用非晶硅材料制成的薄膜太阳能电池。
与单晶硅和多晶硅太阳能电池相比，非晶硅太阳能电池的制造工艺更简单，可以在较大面积的基板上快速制造。
非晶硅太阳能电池还具有较高的灵活性，可以适应不同形状的物体，因此广泛应用于卷曲表面和柔性电子设备。
然而，与其他太阳能电池相比，非晶硅太阳能电池的效率较低，需要更大的面积才能获得相同的发电能力。
4. 染料敏化太阳能电池：染料敏化太阳能电池是一种基于染料分子的太阳能电池。
它利用染料分子吸收光子，激发电子跃迁并产生电流。
相比于硅基太阳能电池，染料敏化太阳能电池具有灵活性好、制造工艺简单、成本低廉和透明度高等优势。
然而，染料敏化太阳能电池的稳定性较差，寿命较短，通常需在几年内更换。
太阳能电池及材料研究引言太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源．也是清洁能源，不产生任何的环境污染。
在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。
为此，人们研制和开发了太阳能电池。
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光电于转换反应，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-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大阳能电池；4、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，这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。
但随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它村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种类及其研究现状，并讨论了太阳能电池的发展及趋势。
1 硅系太阳能电池1.1 单晶硅太阳能电池硅系列太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。
高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成热的加工处理工艺基础上的。
现在单晶硅的电地工艺己近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。
提高转化效率主要是*单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。
在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。
该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。
并在表面把一13nm。
厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合．通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的电池转化效率超过23%，是大值可达23．3％。
Kyocera公司制备的大面积（225cm2）单电晶太阳能电池转换效率为19．44%，国内北京太阳能研究所也积极进行高效晶体硅太阳能电池的研究和开发，研制的平面高效单晶硅电池（2cm X 2cm）转换效率达到19.79%，刻槽埋栅电极晶体硅电池（5cm X 5cm）转换效率达8.6%。
单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。
为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池的替代产品，现在发展了薄膜太阳能电池，其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表。
1．2 多晶硅薄膜太阳能电池通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350～450μm的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。
因此实际消耗的硅材料更多。
为了节省材料，人们从70年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但由于生长的硅膜晶粒大小，未能制成有价值的太阳能电池。
为了获得大尺寸晶粒的薄膜，人们一直没有停止过研究，并提出了很多方法。
目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积（LPCVD）和等离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺。
此外，液相外延法（LPPE）和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜电池。
化学气相沉积主要是以SiH2Cl2、SiHCl3、Sicl4或SiH4,为反应气体,在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在加热的衬底上，衬底材料一般选用Si、SiO2、Si3N4等。
但研究发现，在非硅衬底上很难形成较大的晶粒,并且容易在晶粒间形成空隙。
解决这一问题办法是先用LPCVD在衬底上沉炽一层较薄的非晶硅层，再将这层非晶硅层退火，得到较大的晶粒，然后再在这层籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜，因此，再结晶技术无疑是很重要的一个环节，目前采用的技术主要有固相结晶法和中区熔再结晶法。
多晶硅薄膜电池除采用了再结晶工艺外，另外采用了几乎所有制备单晶硅太阳能电池的技术，这样制得的太阳能电池转换效率明显提高。
德国费莱堡太阳能研究所采用区馆再结晶技术在FZ Si衬底上制得的多晶硅电池转换效率为19％，日本三菱公司用该法制备电池，效率达16.42%。
液相外延（LPE）法的原理是通过将硅熔融在母体里，降低温度析出硅膜。
美国Astropower 公司采用LPE制备的电池效率达12．2％。
中国光电发展技术中心的陈哲良采用液相外延法在冶金级硅片上生长出硅晶粒，并设计了一种类似于晶体硅薄膜太阳能电池的新型太阳能电池，称之为“硅粒”太阳能电池，但有关性能方面的报道还未见到。
多晶硅薄膜电池由于所使用的硅远较单晶硅少，又无效率衰退问题，并且有可能在廉价衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜电池，因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。
1.3 非晶硅薄膜太阳能电池开发太阳能电池的两个关键问题就是：提高转换效率和降低成本。
由于非晶硅薄膜太阳能电池的成本低，便于大规模生产，普遍受到人们的重视并得到迅速发展，其实早在70年代初，Carlson等就已经开始了对非晶硅电池的研制工作,近几年它的研制工作得到了迅速发展,目前世界上己有许多家公司在生产该种电池产品。
非晶硅作为太阳能材料尽管是一种很好的电池材料，但由于其光学带隙为1.7eV, 使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率。
此外，其光电效率会随着光照时间的延续而衰减，即所谓的光致衰退S一W效应，使得电池性能不稳定。
解决这些问题的这径就是制备叠层太阳能电池，叠层太阳能电池是由在制备的p、i、n层单结太阳能电池上再沉积一个或多个P-i-n子电池制得的。
叠层太阳能电池提高转换效率、解决单结电池不稳定性的关键问题在于：①它把不同禁带宽度的材科组台在一起，提高了光谱的响应范围；②顶电池的i层较薄，光照产生的电场强度变化不大，保证i层中的光生载流子抽出；③底电池产生的载流子约为单电池的一半，光致衰退效应减小；④叠层太阳能电池各子电池是串联在一起的。
非晶硅薄膜太阳能电池的制备方法有很多，其中包括反应溅射法、PECVD法、LPCVD 法等，反应原料气体为H2稀释的SiH4，衬底主要为玻璃及不锈钢片，制成的非晶硅薄膜经过不同的电池工艺过程可分别制得单结电池和叠层太阳能电池。
目前非晶硅太阳能电池的研究取得两大进展：第一、三叠层结构非晶硅太阳能电池转换效率达到13％，创下新的记录；第二.三叠层太阳能电池年生产能力达5MW。
美国联合太阳能公司（VSSC）制得的单结太阳能电池最高转换效率为9．3%，三带隙三叠层电池最高转换效率为13％.上述最高转换效率是在小面积（0．25cm2）电池上取得的。
曾有文献报道单结非晶硅太阳能电池转换效率超过12．5％，日本中央研究院采用一系列新措施，制得的非晶硅电池的转换效率为13．2％。
国内关于非晶硅薄膜电池特别是叠层太阳能电池的研究并不多，南开大学的耿新华等采用工业用材料，以铝背电极制备出面积为20X20cm2、转换效率为8．28％的a－Si/a－Si叠层太阳能电池。
非晶硅太阳能电池由于具有较高的转换效率和较低的成本及重量轻等特点，有着极大的潜力。
但同时由于它的稳定性不高，直接影响了它的实际应用。
如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。
2 多元化合物薄膜太阳能电池为了寻找单晶硅电池的替代品,人们除开发了多晶硅、非晶硅薄膜太阳能电池外，又不断研制其它材料的太阳能电池。
其中主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。
上述电池中，尽管硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。
GaAs属于III-V族化合物半导体材料，其能隙为1．4eV，正好为高吸收率太阳光的值，因此，是很理想的电池材料。
GaAs等III-V化合物薄膜电池的制备主要采用MOVPE和LPE 技术，其中MOVPE方法制备GaAs薄膜电池受衬底位错、反应压力、III-V比率、总流量等诸多参数的影响。
除GaAs外，其它III-V化合物如Gasb、GaInP等电池材料也得到了开发。
1998年德国费莱堡太阳能系统研究所制得的GaAs太阳能电池转换效率为24．2％，为欧洲记录。
首次制备的GaInP电池转换效率为14．7％．见表2。
另外，该研究所还采用堆叠结构制备GaAs，Gasb电池，该电池是将两个独立的电池堆叠在一起，GaAs作为上电池，下电池用的是Gasb,所得到的电池效率达到31．1％。
铜铟硒CuInSe2简称CIC。
CIS材料的能降为1．leV，适于太阳光的光电转换,另外，CIS 薄膜太阳电池不存在光致衰退问题。
因此，CIS用作高转换效率薄膜太阳能电池材料也引起了人们的注目。
CIS电池薄膜的制备主要有真空蒸镀法和硒化法。
真空蒸镀法是采用各自的蒸发源蒸镀铜、铟和硒，硒化法是使用H2Se叠层膜硒化，但该法难以得到组成均匀的CIS。
CIS薄膜电池从80年代最初8％的转换效率发展到目前的15％左右。
日本松下电气工业公司开发的掺镓的CIS电池，其光电转换效率为15．3％（面积1cm2）。
1995年美国可再生能源研究室研制出转换效率为17．l％的CIS太阳能电池，这是迄今为止世界上该电池的最高转换效率。
预计到2000年CIS电池的转换效率将达到20％，相当于多晶硅太阳能电池。
CIS作为太阳能电池的半导体材料，具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向。
唯一的问题是材料的来源，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展又必然受到限制。
3 聚合物多层修饰电极型太阳能电池在太阳能电池中以聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制爸的研究方向。
其原理是利用不同氧化还原型聚合物的不同氧化还原电势，在导电材料（电极）表面进行多层复合，制成类似无机P－N结的单向导电装置。
其中一个电极的内层由还原电位较低的聚合物修饰，外层聚合物的还原电位较高，电子转移方向只能由内层向外层转移；另一个电极的修饰正好相反，并且第一个电极上两种聚合物的还原电位均高于后者的两种聚合物的还原电位。
当两个修饰电极放入含有光敏化剂的电解波中时．光敏化剂吸光后产生的电子转移到还原电位较低的电极上，还原电位较低电极上积累的电子不能向外层聚合物转移，只能通过外电路通过还原电位较高的电极回到电解液，因此外电路中有光电流产生。
