论文 关于太阳电池发展现状及其前景的探讨

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1、4关于太阳能电池发展现状及其前景的探讨苗锟（陕西师范大学理工科基础教学部，西安，710062）摘要：本文详细阐述了主要几类太阳能电池的原理及发展现状，从材料、工艺与转换效率等方面讨论了它们的优势和不足之处，并对太阳能电池的发展趋势进行了预测。关键词：太阳能电池；转换效率；材料人类面临着有限常规能源和环境破坏严重的双重压力，已经成为越来越值得关注的社会与环境问题。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。近年来，太阳能电池快速发展并取得了可喜的成就。太阳能电池，可视为迄今为止最美妙、最长寿和

2、最可靠的发电技术。1太阳能电池的原理所谓太阳能电池是指由光电效应或光化学效应直接把光能转化为电能的装置。太阳光照在半导体P-N结上，形成新的空穴-电子对，在P-N结电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就形成了电流，这就是光电效应太阳能电池的工作原理。2太阳能电池的优缺点太阳能的优点。太阳能作为一种新能源，它与常规能源相比有三大特点：第一：它是人类可以利用的最丰富的能源。据估计，在过去漫长的11亿年中，太阳消耗了它本身能量的2%。今后足以供给地球人类，使用几十亿年，真是取之不尽，用之不竭。第二：地球上，无

3、论何处都有太阳能，可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值。第三：太阳能是一种洁净的能源。在开发利用时，不会产生废渣、废水、废气、也没有噪音，更不会影响生态平衡。绝对不会造成污染和公害。太阳能的缺点。第一：能量密度较低，日照较好时，地面上1平方米的面积所接受的能量只有1千瓦左右。往往需要相当大的采光集热面才能满足使用要求，从而使装置占地面积大、用料多，成本增加。第二：天气影响较大，到达某一地面的太阳辐射强度，因受地区、气候、季节和昼夜变化等因素影响，时强时弱，时有时无给使用带来不少困

4、难。3太阳能电池的发展历程概述人类对太阳能在发电方面的始于1954年，第一块单晶硅电池在美国贝尔研究所试制成功，次年便被用作电信装置的电源。1958年又被美国首次应用于“先锋一号”人造卫星。宇宙开发极大促进了太阳能电池的开发。与此同时，地面用太阳能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能电池的发展。许多国家为开发、利用太阳能电池，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电池系统。无论是在宇宙飞行之中的应用，还是作为地面发电系统的应用，从开发速度

5、、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。在加工工艺方面，人们探索各种各样的电池结构和技术来改进电池性能,主要有：①4单双层减反射膜；②激光刻槽埋藏栅线技术；③绒面技术；④背点接触电极克服表面栅线遮光问题；⑤高效背反射器技术；⑥光吸收技术。据估测，到2050年，可再生能源将占总一次能源的54%，其中太阳能的比例约为13%~15%；到2100年，可再生能源将占86%，太阳能占67%。1各类太阳能电池的发展状况太阳能电池类型（按材料分）包括[1]：硅系太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极性电池、纳米

6、经化学太阳能电池。下面将分别对这4类电池从其结构特性、生产应用等方面加以叙述。4.1硅系太阳能电池[3]单晶硅太阳能电池是当前开发的最快的一种太阳能电池，以高纯的单晶硅棒为原料。其结构工艺已基本定型，产品已广泛应用与空间和地面。在实验室里最高的转换效率是28.6%，是印度物理研究所开发的一种依据内部光陷作用的高效硅太阳电池。硅太阳能电池转换效率最高，但硅的纯度要求高达99.999%，且复杂工艺和材料价格等因素只是成本较高。多晶硅太阳能电池材料多半是含有大量单晶颗粒的集合体，或用废次单晶硅料和冶金级硅材料熔化浇铸而成。实验室最高转换

7、效率是19.8%。预估，不久多晶硅太阳能电池将会在太阳能电池市场上占主导地位。多晶硅薄膜太阳电池在长波段具有高光敏性，能有效吸收可见光且光照稳定性强，是目前公认的高效率、低能耗的理想电池。实验室最高转换效率是19%，是由德国费莱堡太阳能研究所采用区域再结晶技术再Si衬底上制得的多晶硅薄膜太阳能电池。多晶硅薄膜太阳能电池发展很快，将来可望使得电池的成本能够与常规能源相竞争。非晶硅薄膜太阳能电池相对于单晶硅太阳能电池，材料消耗少、电耗低、成本低。对太阳辐射的长波区域不敏感，还存在光致衰退S-W效应，可通过制备叠层太阳能电池缓解这些问题

8、。实验室最高转化效率达21%，是Sanyo公司利用非晶硅沉积在绒面单晶硅片的两面上，制备出的100mm×100mm的电池。如能解决其稳定性等问题，则将在光复产业中占有越来越重要的地位。非晶硅电池的另一特点是它可以做在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、甚至柔性