谁了解太阳能电池？

太阳能一般是指太阳光的辐射能，现代一般用于发电。自从地球形成以来，生物主要依靠太阳提供的热和光。自古以来，人类也学会了用阳光晒干东西作为保存食物的方法，比如制盐、晒咸鱼等。然而，随着化石燃料的减少，太阳能被有意地进一步开发。太阳能的利用方式有两种:被动式利用(光热转换)和光电转换。太阳能发电是一种新的可再生能源。从广义上讲，太阳能是地球上很多能量的来源，比如风能、化学能、水的势能等等。

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历史

“光伏”一词来自希腊语，意思是光、伏特和电。它来自意大利物理学家亚历山德罗·伏打的名字。在亚历山德罗·伏打之后，“伏特”被用作电压的单位。

太阳能电池(18张)

在太阳能发展史上，早在19世纪就发现了光照射在材料上引起“点亮电”的行为。

1839年，光伏效应由法国物理学家A.E.Becquerel首先发现，“光伏”一词只在1849年出现在英语中。

1883查尔斯·弗里特成功地制备了第一块太阳能电池。查尔斯通过在一个锗半导体上覆盖一层极薄的金层，形成了半导体金属结，器件的效率只有1%。

在1930年代，照相机的曝光表广泛应用了光伏发电的原理。

1946 Russell Ohl申请了制造现代太阳能电池的专利。

1950年代，随着对半导体物理性质的逐渐了解和加工技术的进步，当美国贝尔实验室发现硅掺杂一定量的杂质后对光更加敏感的现象时，第一块太阳能电池在贝尔实验室诞生了。太阳能电池技术的时代终于到来了。

自1960年代以来，美国发射的卫星都使用太阳能电池作为能源。

在1970年代的能源危机期间，世界各国意识到了能源发展的重要性。

1973年发生石油危机，人们开始将太阳能电池的应用转向一般的民生用途。

目前，在美国、日本、以色列等国家，已经大量使用太阳能装置，并且正在向商业化的目标迈进。

在这些国家中，美国于1983年在加州建立了世界上最大的太阳能发电厂，发电量可高达16万瓦。南非、博茨瓦纳、纳米比亚等南部非洲国家也设立了项目，鼓励偏远农村地区安装低成本太阳能电池发电系统。

日本是推广太阳能发电最积极的国家。1994年，日本实施补贴奖励法，推广每户3000瓦的“并网并联太阳能光伏系统”。第一年政府补贴49%的资金，以后补贴逐年递减。“并网并联太阳能光伏能源系统”是在日照充足的情况下，太阳能电池为自身负载提供电力，如果有多余的电力，则单独储存。当发电量不足或不发电时，所需电力将由电力公司提供。到1996，日本已有2600户家庭安装了太阳能发电系统，总装机容量达800万瓦。一年后，安装了9400个，总装机容量为3200万瓦。近年来，由于环保意识的上升和政府补贴制度，估计日本国内太阳能电池的需求也将迅速增加。

在中国，太阳能发电行业也受到政府的大力鼓励和补贴。2009年3月，财政部宣布计划对太阳能光伏建筑等大型太阳能项目进行补贴。

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太阳能电池的原理

阳光照射在半导体pn结上，形成新的空穴-电子对。在pn结电场的作用下，空穴从P区流向N区，电子从N区流向P区。电路接通后，就形成了电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。太阳能绿色能源太阳能发电有两种方式，一种是光-热-电转换，一种是光-电直接转换。

光-热-电转换

(1)光-热-电转换模式利用太阳辐射产生的热能发电。一般是通过太阳能集热器将吸收的热能转化为工质蒸汽，然后驱动汽轮机发电。前一个过程是光热转换过程；后一个过程是热电转换过程，和普通火力发电一样。太阳能热发电的缺点是效率很低，成本很高。据估计，其投资至少比普通火电厂贵5 ~ 10倍。一个1000MW的太阳能热电厂需要投资20 ~ 250亿美元，1kW平均投资2000 ~ 25000。因此，目前只能小规模用于特殊场合，大规模利用在经济上不经济，无法与普通火电厂或核电站竞争。

光电直接转换

(2)光电直接转换模式这种模式是利用光电效应将太阳辐射能直接转换成电能，光电转换的基本器件是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光伏效应将太阳能直接转化为电能的器件，是一种半导体光电二极管。当太阳光照射到光电二极管上时，光电二极管会将太阳能转化为电能，产生电流。当多个电池串联或并联后，就可以成为输出功率比较大的太阳能电池阵列。太阳能电池是一种很有前途的新型电源，它有三个优点:永久、清洁和灵活。太阳能电池寿命长，只要太阳存在，一次投入就可以用很长时间。与火力发电和核能发电相比，太阳能电池不会造成环境污染；太阳能电池有大、中、小之分，从百万千瓦的中型电站到只能供一户人家使用的太阳能电池，都是其他电源无法比拟的。

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太阳能电池产业现状

目前以光电效应工作的薄膜太阳能电池是主流，以光化学效应工作的湿式太阳能电池还处于胚胎阶段。

全球太阳能电池产业现状

根据Dataquest的统计，目前世界上有136个国家正在进行普及太阳能电池的热潮，其中有95个国家正在大规模开展太阳能电池的研发工作，并积极生产各种相关的节能新产品。1998年全世界生产的太阳能电池总发电量达到100 MW，1999年达到2850 MW。根据欧洲光伏产业协会EPIA 2008年的预测，如果2007年全球装机容量为2.4GW，2020年和2030年全球年装机容量将分别达到6.9 GW、56GW和281GW，2010年全球累计装机容量为25.4GW。全球太阳能电池产量正以47%的复合年增长率增长，2008年达到6.9吉瓦。

目前，许多国家都在制定中长期太阳能发展规划，准备在21世纪大规模发展太阳能。美国能源部启动了国家光伏计划，日本启动了阳光计划。NREL光伏计划是美国国家光伏计划的重要组成部分。该计划在单晶硅及先进器件、薄膜光伏技术、PVMaT、光伏组件及系统性能、太阳能电池汽车及工程、光伏应用及市场开发五个领域开展研究工作。

美国也推出了“太阳能路灯计划”，旨在将美国一些城市的路灯改为太阳能供电。按照计划，每盏路灯每年可节电800度。日本也在实施“7万套太阳能工程”。日本要普及的太阳能住宅发电系统主要是安装在房屋屋顶的太阳能电池发电设备，家庭使用的多余电力也可以卖给电力公司。一个标准家庭可以安装一个产生3000瓦的系统。在欧洲，太阳能电池的研发被列入著名的“尤里卡”高技术计划，启动了“65438+万套工程计划”。这些以光伏电池推广应用为主要内容的“太阳能工程”，是当前推动太阳能光伏电池产业大发展的重要动力之一。

日本、韩国和欧洲八个国家最近决定合作在亚洲内陆和非洲沙漠地区建造世界上最大的太阳能发电站。他们的目标是有效利用约占全球陆地面积1/4的沙漠地区的长期日照资源，为30万用户提供1万千瓦的电力。该计划将从2001开始，历时4年完成。

目前世界光伏市场份额最大的是美国和日本。美国有世界上最大的光伏电站，功率7MW，日本也建了光伏电站，功率1mw。全球有23万台光伏设备，以色列、澳大利亚、新西兰居领先地位。

自20世纪90年代以来，全球太阳能电池行业持续发展，年增长率为15%。根据Dataquest发布的最新统计和预测报告，从65438年到0998年，美国、日本和西欧工业化国家在太阳能研发方面的总投资达到570亿美元。1999年为65438+646亿美元；2000年为700亿美元；2001年将达到820亿美元；预计2002年将超过6543.8万亿美元。

中国太阳能电池产业现状

中国非常重视太阳能电池的研发。早在七五期间，非晶硅半导体的研究就被列入了国家重大课题。在第八个五年计划和第九个五年计划期间，中国的研究和发展重点是大面积太阳能电池。2003年6月5438+00，国家发改委和科技部制定了未来五年太阳能资源发展规划。国家发改委“光明工程”将筹集10亿元用于推广太阳能发电技术应用，计划到2015年全国太阳能发电系统总装机容量达到300 MW。中国已经成为世界上最大的光伏产品生产国。在即将出台的新能源振兴规划中，2020年我国光伏发电装机容量计划达到20GW，是《可再生能源中长期规划》原定的1.8GW的10倍以上。

2002年，国家有关部委启动了“西部无电农村通电计划”，通过太阳能和小型风力发电，解决了西部七省无电农村多晶硅太阳能电池的用电问题。这个项目的启动极大地刺激了太阳能发电产业，国内建成了多条太阳能电池封装线，使太阳能电池年产量迅速提高。据专家预测，目前中国光伏市场需求为每年5 MW，从2001到2010，年需求将达到100 MW。从2011开始，中国光伏市场年需求量将大于20MW。

目前，国内太阳能单晶硅生产企业主要有洛阳单晶硅厂、河北宁晋单晶硅基地和四川峨眉半导体材料厂，其中河北宁晋单晶硅基地是全球最大的太阳能单晶硅生产基地，约占世界太阳能单晶硅市场份额的25%。

在太阳能电池材料下游市场，目前国内生产太阳能电池的公司主要有宏伟集团、无锡尚德、海润光伏、南京中电、保定英利、河北金高、杰尼新能源、苏州阿特斯、常州天合、拓日新能源、云南天达光伏科技、宁波太阳能、京瓷(天津)太阳能等公司，年总产能超过800MW。

2009年，根据龚欣提供的报告，国务院指出多晶硅产能过剩，但实际行业并不认可。科技部曾表示多晶硅并未产能过剩[1]。

浅析太阳能电池及太阳能发电前景

目前，太阳能电池的应用已从军事、航天领域进入工业、商业、农业、通讯、家用电器和公共设施等领域，特别是在偏远地区、山区、沙漠、海岛和农村，以节省昂贵的输电线路。但现阶段其成本仍然很高，需要投入几万美元才能产生1kW的电力，因此其大规模使用在经济上仍然受到限制。

但从长远来看，随着太阳能电池制造技术的提高和新型光电转换器件的发明，环境的保护以及各国对可再生清洁能源的巨大需求，太阳能电池仍将是利用太阳辐射能的可行方法，这将为人类未来大规模利用太阳能开辟广阔前景。

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太阳能电池的分类

太阳能电池分类简介

根据结晶状态，太阳能电池可分为结晶薄膜型和非晶薄膜型(以下简称a-)两大类，而前者又分为单晶型和多晶型。

按材料可分为硅薄膜、化合物半导体薄膜和有机薄膜，而化合物半导体薄膜又可分为非晶(a-Si:H、a-Si:H:F、a-SixGel-x:H等。)、III V族(GaAs、InP等。)、II VI族(Cds系)和磷化锌(Zn 3 p 2)。

根据所用材料的不同，太阳能电池还可分为:硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池，其中硅太阳能电池在应用上最为成熟和占优势。

(1)硅太阳能电池

硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池。

单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术最成熟。实验室最高转化效率为24.7%，量产最高为15%。在大规模应用和工业生产中仍占主导地位，但单晶硅成本高，很难大幅降低成本。为了节省硅材料，多晶硅薄膜和非晶硅薄膜被开发出来作为单晶硅太阳能电池的替代产品。

与单晶硅相比，多晶硅薄膜太阳能电池比非晶硅薄膜太阳能电池成本更低，效率更高。实验室最高转化效率为18%，工业规模生产转化效率为10%。因此，多晶硅薄膜电池将很快在太阳能电力市场上主导国际空间站的太阳能电池板。

非晶硅薄膜太阳能电池成本低、重量轻、转换效率高，便于大规模生产，潜力巨大。但由于其材料引起的光电效率下降效应，其稳定性不高，直接影响其实际应用。如果能进一步解决稳定性问题，提高转换率，那么非晶硅太阳能电池无疑将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

多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉、铜铟硒薄膜电池。

硫化镉和碲化镉多晶薄膜电池比非晶硅薄膜太阳能电池效率高，比单晶硅电池成本低，易于大规模生产。但由于镉有剧毒，会对环境造成严重污染，因此并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代品。

砷化镓(GaAs)ⅲ-ⅴ族化合物电池的转换效率可达28%。GaAs化合物材料具有非常理想的光学带隙，吸收效率高，抗辐射能力强，对热不敏感，适合制造高效率的单结电池。但是GaAs材料价格高，大大限制了GaAs电池的普及。

铜铟硒薄膜电池(CIS)适用于光电转换，不存在光致退化问题，转换效率与多晶硅相同。它具有价格低、性能好、工艺简单等优点，将成为未来太阳能电池发展的重要方向。唯一的问题是材料的来源。因为铟和硒是比较稀有的元素，所以这类电池的发展必然受到限制。

(3)聚合物多层修饰电极型太阳能电池

用有机聚合物代替无机材料是太阳能电池制造的一个新的研究方向。有机材料由于具有柔韧性好、易于制造、材料来源广、成本低等优点，对太阳能的大规模利用和廉价电力的提供具有重要意义。而有机材料制备太阳能电池的研究才刚刚开始，无论是使用寿命还是电池效率都无法与无机材料相比，尤其是硅电池。能否开发成具有实际意义的产品，还需要进一步的研究和探索。

(4)纳米晶体太阳能电池

纳米二氧化钛晶体化学能太阳能电池是最新研制的，其优点是成本低、工艺简单、性能稳定。其光电效率稳定在10%以上，制造成本仅为硅太阳能电池的1/5 ~ 1/10，使用寿命可达20年以上。

这种电池的研发刚刚起步，不久的将来会逐步进入市场。

(5)有机太阳能电池

有机太阳能电池是以有机材料为核心的太阳能电池。大家对有机太阳能电池不太熟悉，这是有道理的。今天，95%以上的量产太阳能电池是硅基的，剩下的不到5%的太阳能电池是由其他无机材料制成的。

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太阳能电池(组件)生产技术

包装

流水线也叫封装线，封装是太阳能电池生产的关键步骤。没有好的封装工艺，再好的电池也生产不出好的组装板。电池的包装既能保证电池的寿命，又能增强电池的抗力。产品的高质量和长寿命是赢得客户满意的关键，所以元器件板的封装质量非常重要。

流程:

1、电池检查-2、正面焊接-检查-3、背面串联-检查-4、铺设(玻璃清洗、切料、玻璃预处理、铺设)-5、层压-6、去毛刺(修边、清洗)-7、装框(涂胶、角件等。

如何保证元器件的高效率和长寿命；

1，高转换效率，高品质电池；

2.优质原料，如高交联度的EVA，高粘接强度的封装剂(中性硅树脂胶)，高透光率高强度的钢化玻璃等。

3.合理的包装工艺

4.员工严谨的工作作风；

因为太阳能电池属于高科技产品，生产过程中的一些细节，一些戴手套不戴手套，试剂涂抹不均匀，乱涂乱画等不起眼的问题，都是影响产品质量的大敌。所以，除了制定合理的生产工艺，员工认真严谨是很重要的。

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太阳能电池组装工艺简介:

这里只是简单介绍一下技术的作用，给你一个感性的认识。

1，电池测试:

由于电池芯片制造条件的随机性，生产出来的电池具有不同的性能，所以为了有效地将性能相同或相近的电池组合起来，要根据其性能参数进行分类；电池测试是通过测试电池的输出参数(电流和电压)来对电池进行分类。为了提高电池的利用率，制造出合格的电池组件。

2.正面焊接:

汇流条焊接在电池正面(负极)的主栅线上。汇流条是镀锡铜条。我们使用的焊机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。焊接的热源是红外灯(利用红外线的热效应)。焊接带的长度大约是电池侧长度的两倍。额外的焊带在背面焊接时与背面电池片的背面电极连接。

3.背面连接:

背焊是将36节电池串联起来形成一个组装串。目前我们采用的技术是手动的。电池的定位主要依靠一个有36个凹槽的薄膜板来放置电池。凹槽的尺寸对应于电池的尺寸，并且凹槽的位置已经被设计。不同规格的模块使用不同的模板。操作人员使用烙铁和焊锡丝将“前电池”的前电极(负极)焊接到“后电池”上。

4.层压铺设:

背面串联完毕，检查合格后，将组件串、玻璃、切好的EVA、玻璃纤维、背板按一定的层次铺好，准备层压。玻璃预先涂上一层底漆，增加玻璃与EVA的粘接强度。铺设时，保证电池串与玻璃等材料的相对位置，调整电池之间的距离，为层压打好基础。(铺设层次:自下而上:钢化玻璃、EVA、电池、EVA、玻璃纤维、背板)。

5.组件层压:

将放好的电池放入层压机中，通过抽真空将模块中的空气抽出，然后加热熔化EVA，将电池、玻璃和背板粘合在一起；最后，冷却提取成分。层压过程是模块生产的关键步骤，层压温度和时间根据EVA的性质确定。当我们使用快速固化EVA时，层压周期时间约为25分钟。固化温度为65438±050℃。

6.修整:

贴合时EVA会因压力而熔化固化形成毛刺，所以贴合后要剪掉。

7、框架:

类似于在玻璃上放一个框架；玻璃模块上安装铝框，增加模块强度，进一步密封电池模块，延长电池使用寿命。框架和玻璃组件之间的间隙用硅树脂填充。框架由角键连接。

8、焊接接线盒:

在组件背面的引线处焊接一个盒子，以便于电池与其他设备或电池之间的连接。

9.高压测试:

高压测试是指在模块的框架和电极引线之间施加一定的电压，测试模块的耐压和绝缘强度，以保证模块在恶劣的自然条件下(雷击等)不会损坏。).

10，组件测试:

测试的目的是校准电池的输出功率，测试其输出特性，并确定模块的质量等级。目前，标准试验条件(STC)主要用于模拟太阳光。一般来说，电池板所需的测试时间约为7-8秒。

太阳能电池阵列的设计步骤

1.计算负载的24小时消耗能力p

P=H/V

v-负载的额定电源

2.选择每天的日照时间T(H)。

3.计算太阳能电池阵的工作电流。

IP=P(1+Q)/T

Q——根据雨季富余系数，q = 0.21 ~ 1.00。

4.确定电池浮充电压VF。

镍镉(GN)和铅酸(CS)电池单体浮充电压分别为1.4 ~ 1.6V和2.2V。

5.太阳能电池温度补偿电压。

VT=2.1/430(T-25)VF

6.计算太阳能电池阵列的工作电压VP。

VP=VF+VD+VT

其中VD = 0.5 ~ 0.7

约等于VF

7.太阳能电池阵的输出功率WP是多少？平板太阳能电池板。

WP=IP×UP

8.根据硅电池板中VP和WP的组合串联表，确定标准规格的串联块数和并联组数。

太阳能电池开发市场

新型太阳能电池

目前市场上量产的单晶和多晶硅太阳能电池的平均效率约为15%，也就是说，这类太阳能电池只能将入射的太阳能转化为15%的可用电能，其余85%作为无用的热能被浪费掉。所以严格来说，现在的太阳能电池也是一种“浪费能源”。当然，理论上，只要能有效抑制太阳能电池中载流子与声子之间的能量交换，换句话说，能有效抑制载流子能带内或能带间的能量释放，就能有效避免太阳能电池中无用热能的产生，太阳能电池的效率就能大大提高，甚至可以实现超高效运转。然而，这样一个简单的理论想法，在实际技术中，可以用不同的方式实现。超高效太阳能电池(第三代太阳能电池)的技术发展不仅试图通过使用新颖的组件结构设计来突破其物理限制，还可能因为新材料的引入而达到大幅提高转换效率的目的。

薄膜太阳能电池包括非晶硅太阳能电池、CdTe和CIGS(铜印度镓硒)电池。虽然大部分量产薄膜太阳能电池的转换效率无法与晶体硅太阳能电池竞争，但其低廉的制造成本仍使其在市场上占有一席之地，未来其市场份额还将继续增长。

染料敏化太阳能电池

染料敏化太阳能电池(DSSC)是最近开发的一种全新的太阳能电池。DSsC也被称为Gr？Tzel cell，因为是Gr在1991建的？tzel等人公布的结构与普通光伏电池不同。它的基底通常是玻璃，也可以是透明的柔性聚合物箔。一层透明导电氧化物(TCO)通常由FTO(SnO2:F)制成，然后在玻璃上生长一层多孔纳米尺寸的TiO2颗粒(约10微米厚)。然后，一层染料被涂覆并附着到TiO2颗粒上。通常，钌多吡啶配合物用作染料。除了玻璃和TCO，上电极还镀了一层铂作为电解质反应的催化剂，在两个电极之间注入含有碘化物/三碘化物的电解质。虽然DSC电池的最高转换效率约为12%(理论上为29%)，但制造工艺简单，因此一般认为生产成本会大大降低，同时每度电的电费也会降低。

串联电池

叠层电池是一种新颖原始结构的电池，通过设计多层不同能隙的太阳能电池来实现优化吸收效率的结构设计。目前根据理论计算，如果在结构中放置更多层电池，电池效率会逐渐提高，甚至转换效率可以达到50%。

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透明太阳能电池

据美国物理学家组织网近日报道，来自美国能源部布鲁克海文国家实验室和洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家开发出一种新型透明薄膜，可以吸收光线并将其大面积转化为电能。这种薄膜由半导体和富勒烯制成，具有微蜂窝结构。相关研究发表在最新一期的《材料化学》杂志上，论文称这种技术可以用来开发透明的太阳能电池板，甚至可以用这种材料制作可以发电的窗户。这种材料由掺杂碳富勒烯的半导体聚合物组成。在严格控制的条件下，该材料可以从微米级的六边形结构自组装成覆盖有几毫米大小的微孔结构的平面。

负责这项研究的美国布鲁克海文国家实验室多功能纳米材料中心物理化学家米尔恰·卡特赖特(Mircea Cartwright)表示，虽然这种蜂窝薄膜是通过类似于传统聚合物材料(如聚苯乙烯)的工艺制成的，但这是首次使用半导体和富勒烯作为原料，它能够吸收光线并产生电荷。

据介绍，该材料之所以能保持外观透明，是因为聚合物链只与六边形的边缘紧密相连，而其余部分的结构相对简单，从连接点向外越来越细。这种结构具有连接的功能，同时吸收光线的能力很强，也有利于传导电流，而其他部分相对较薄，更加透明，主要起到透光的作用。

研究人员以一种非常独特的方式编织这种蜂窝薄膜:首先，在含有聚合物和富勒烯的溶液中加入一层非常薄的微米级水滴。这些水滴在与聚合物溶液接触后会自组装成一个大的阵列，当溶剂完全蒸发后，会形成一个大的六边形蜂窝状平面。此外，研究人员发现，聚合物的形成与溶剂的蒸发速率密切相关，而溶剂的蒸发速率又决定了最终材料的电荷转移速率。溶剂蒸发越慢，聚合物结构越紧密，电荷转移速度越快。

“这是一种低成本且显著的制备方法，具有从实验室到大规模商业生产应用的巨大潜力。”卡特赖特说。

通过扫描探针电子显微镜和荧光扫描显微镜，研究人员确认了新材料蜂窝结构的均匀性，并测试了不同部分(边缘、中心和节点)的光学特性和电荷产生情况。

卡特赖特说:“我们的工作让人们对蜂窝结构的光学特性有了更深入的了解。下一步，我们计划将这种材料应用于制造透明柔性太阳能电池和其他设备，以推动这种蜂窝薄膜尽快进入实用阶段。”