太陽能是是什么工作原理 詳細(xì)點(diǎn)??

【專家解說】：認(rèn)識太陽能電池
太陽能電池系一種利用太陽光直接發(fā)電的光電半導(dǎo)體薄片,它只要一照到光,瞬間就可輸出電壓及電流.而此種太陽能光電池(Solarcell)簡稱為太陽能電池,或太陽電池(在臺灣的早期翻譯書籍上直接引用日文中的漢字,其實(shí)不是battery而是cell),又可稱為太陽能晶片.在中國大陸稱為硅晶片,因?yàn)橹形?quot;硅"是矽的古字,矽為現(xiàn)代譯音字.在物理學(xué)上稱為光生伏打(Photovoltaic),簡稱PV(photo=light光線,voltaics=electricity電力).


矽(silicon)為目前通用的太陽能電池之原料代表,而在市場上又區(qū)分為:1.單結(jié)晶矽2.多結(jié)晶矽3.非結(jié)晶矽.而目前市場應(yīng)用上大多為單晶矽及非晶矽兩大類,原因是：一.單晶效率最高.二.非晶價格最便宜,且無需封裝,生產(chǎn)也最快.三.多晶的切割及下游再加工較不易,而前述兩種都較易於再切割及加工.
太陽能電池的發(fā)電能源來自於光的波長,太陽光是一種全域波長,而白熾燈的波長與日光燈的波長不同,太陽能電池以陽光或白熾燈之波長為較適用,而太陽能電子計(jì)算機(jī)上的太陽能電池是屬於"室內(nèi)型的非晶"如果長期拿到戶外曝曬,且串并聯(lián)為較大電壓及電流時,將導(dǎo)致其內(nèi)部連結(jié)組織燒斷而損壞,這是過去有人因錯用材料(以為太陽能電池只有一種),卻誤以為所有的太陽能電池都不實(shí)用的原因.

太陽能制造廠商將太陽能電池稱為cell,國內(nèi)業(yè)者則慣稱晶片,把晶片(或依設(shè)計(jì)所需要的電流進(jìn)行晶片切割后)焊上箔條導(dǎo)線再將許多焊好的晶片用箔條串聯(lián)成一組,再和EVA,tedlar與低鐵質(zhì)強(qiáng)化玻璃層層疊疊,一同放入層壓機(jī)(laminate)的機(jī)臺上做真空封裝,制成module(plane/panel)稱之為模組或稱太陽能板,將若干太陽能板組成方陣(列陣array),接配上過充放保護(hù)控制(controller)及深(循環(huán))放電蓄電池(鉛鈣)以及逆轉(zhuǎn)流器(inverter直流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣?合稱為太陽能電力系統(tǒng),又稱太陽能發(fā)電站.

一般太陽能光電商品,其太陽能輸出電流如果在300毫安(mA)以下時,都只會在太陽能板正極輸出端,接裝一個負(fù)載極微小的防逆二極體(schottkydiode消基二極體)以防止蓄電池內(nèi)的電流逆流回到太陽能板,如此就可以接上蓄電池使用.

太陽能板的規(guī)格除了外形尺寸之外,另有一些特性數(shù)據(jù),其中Voc=開路電壓,Isc=短路電流,Vmp(Vop)=最大工作電壓,Imp(Iop)=最大工作電流,VmpxImp=W瓦/(最大)功率.在太陽能商品說明書上所看到的數(shù)據(jù)均以100mW/cm2(即無云晴天中午的照度12萬LUX)及攝氏溫度25度,為測試條件(各地氣候不同,一天中符合如此條件的機(jī)會很少).所以實(shí)際上的應(yīng)用數(shù)據(jù)是達(dá)不到商品型錄上所號稱那麼高的.

太陽能電池的功能系以其轉(zhuǎn)換效率作為分等,以單結(jié)晶矽來說:商業(yè)級(印刷式)晶片從11%~15%,特殊定制品從15%~17%,太空級(蒸鍍式)晶片從16%~24%,當(dāng)然效率愈高其價格就愈貴,較高效率的晶片要預(yù)付款排隊(duì)訂購但不一定買得到,在澳洲1996年世界太陽能車競賽前,Honda就將效率達(dá)24%的晶片全部契約買斷,而21%~23%也被其他集團(tuán)高價包下,目前地面用太空級晶片只有效率17%~19%的晶片較有機(jī)會買得到,但要預(yù)約排到6~10個月之后.

值得一提的是：經(jīng)過幾年來世界太陽能車3000公里競賽的經(jīng)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)唯有太空式晶片,才能經(jīng)得起長途跋涉的顛簸震動(焊接點(diǎn)不易脫落),這就是以焊接來說:蒸鍍式晶片與印刷式晶片在移動環(huán)境(車用)使用下的效果差異.換句話說:固定式(靜止)的太陽能電池模組,可以采用較便宜的印刷式晶片.但以當(dāng)今現(xiàn)有的焊接科技而言,在移動(震動)的環(huán)境下使用太陽能電池時,目前還是以太空級(蒸鍍式)的太陽能電池較為可靠.


貳.單晶太陽能電池的生產(chǎn)介紹

拉晶：主原料為二氧化矽,在拉晶爐中成長成晶柱.
修角：早期制造太陽能電池的晶柱因無修角,直接將圓晶柱切片,所以成品為圓形晶片現(xiàn)在大多先將晶柱修角成近似四方柱形.
切片：用切片機(jī)將修成近似四方柱形的晶柱,一片片的切成薄片(像切方形火腿片),一般切到約0.4~0.5mm的厚度.
刻蝕:化學(xué)刻蝕及拋光成為0.3mm的薄片(wafer).
清洗：用純水將薄片洗凈.
擴(kuò)散及銀漿印刷：經(jīng)由擴(kuò)散爐處理后,制成N型上層及P型下層,再將晶片表面及背面分別用銀漿印刷成輸出電路,一般表面為負(fù)極,背面為正極,經(jīng)由摹擬陽光儀作功率檢測及品管分級后,即為商業(yè)成品.
蒸鍍：如將表面及背面不經(jīng)過絲網(wǎng)印刷,而改采光刻及坩鍋蒸鍍式制造抗反射層與表面的輸出導(dǎo)線,再加上其他特殊技術(shù),如此可提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率.但坩鍋的容納有限生產(chǎn)量較少,蒸鍍耗時生產(chǎn)速度較慢,其成本及售價將提高許多;太空式單晶片即采用此法.(制造常規(guī)商業(yè)級的薄片電阻約0.5~3歐姆,有些太空式的薄片電阻需低於0.01歐姆以下---馬丁格林電池E~24%,澳洲)



參.三種市場上流通的太陽能電池



單結(jié)晶矽太陽電池
SINGLECRYSTAL
多結(jié)晶矽太陽電池
POLYCRYSTAL
非結(jié)晶矽太陽電池
AMORPHOUS
目前,在美國的一位華裔李姓科學(xué)家,采用銅銦亞鹽酸(copperindiumdiselenide)制成新的太陽能電池,其轉(zhuǎn)換效率與結(jié)晶矽太陽能電池相當(dāng),而價格與重量卻下降了許多.(但是,距上市可能還要一段時間)
另外,德國ISE以矽粉制成較低價的："結(jié)晶薄膜太陽能電池"


商業(yè)市場的明日之星
單晶薄膜太陽能電池.太陽能電池實(shí)用化的最重要的問題,就是要開發(fā)出性能與價格比"能更高的晶片"，實(shí)際上太陽能電池成份中參與光電轉(zhuǎn)換的,僅是半導(dǎo)體表面上幾微米的薄薄一層。目前科學(xué)家們已經(jīng)能成功的利用外延生長技術(shù)制成p－n結(jié)合，與傳統(tǒng)晶片材料中的p－n結(jié)合相比,面積減少了很多倍。用此種p－n結(jié)合制作積體電路時可大量減小寄生電容與基片和布線間的電容，較利於高速化,又組件之間的間隔減少，也利於高密度化,組件之間沒有相互影響，更便於設(shè)計(jì)和布置。有了這些特點(diǎn)更加符合大型積體電路的高速度、與高密度的要求。
目前最常用也是最成功的制成技術(shù),是采用熱分解SiH4氣體的氣相沈積法，在藍(lán)寶石上沈積得到單晶矽薄膜,拜研究IC業(yè)界努力之賜,單晶薄膜太陽能電池搭此便車,將會加快商品化,及早問世.