太陽能電池的原理及應(yīng)用

【專家解說】：太陽能電池發(fā)電原理：

太陽能電池是一對光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)以晶體為例描述光發(fā)電過程。Ｐ型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得Ｎ型硅，形成Ｐ－Ｎ結(jié)。
當(dāng)光線照射太陽能電池表面時，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在Ｐ－Ｎ結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個過程的實質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。

晶體硅太陽能電池的制作過程：

“硅”是我們這個星球上儲藏最豐量的材料之一。自從１９世紀(jì)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了晶體硅的半導(dǎo)體特性后，它幾乎改變了一切，甚至人類的思維。２０世紀(jì)末，我們的生活中處處可見“硅”的身影和作用，晶體硅太陽能電池是近１５年來形成產(chǎn)業(yè)化最快的。生產(chǎn)過程大致可分為五個步驟：ａ、提純過程 ｂ、拉棒過程 ｃ、切片過程 ｄ、制電池過程 ｅ、封裝過程。

太陽能電池的應(yīng)用：

上世紀(jì)６０年代，科學(xué)家們就已經(jīng)將太陽電池應(yīng)用于空間技術(shù)——通信衛(wèi)星供電，上世紀(jì)末，在人類不斷自我反省的過程中，對于光伏發(fā)電這種如此清潔和直接的能源形式已愈加親切，不僅在空間應(yīng)用，在眾多領(lǐng)域中也大顯身手。如：太陽能庭院燈、太陽能發(fā)電戶用系統(tǒng)、村寨供電的獨立系統(tǒng)、光伏水泵（飲水或灌溉）、通信電源、石油輸油管道陰極保護、光纜通信泵站電源、海水淡化系統(tǒng)、城鎮(zhèn)中路標(biāo)、高速公路路標(biāo)等。歐美等先進國家將光伏發(fā)電并入城市用電系統(tǒng)及邊遠地區(qū)自然界村落供電系統(tǒng)納入發(fā)展方向。太陽電池與建筑系統(tǒng)的結(jié)合已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化趨勢。

太陽能電池基本性質(zhì)：

ａ、光電轉(zhuǎn)換效率 η％ 評估太陽能電池好壞的重要因素。
目前：實驗室 η ≈ ２４％，產(chǎn)業(yè)化：η ≈ １５％；
ｂ、單體電池電壓 Ｖ：０．４Ｖ—０．６Ｖ由材料物理特性決定；
ｃ、填充因子ＦＦ％：評估太陽電池負載能力的重要因素。 ＦＦ＝?Ｉｍ×Ｖｍ?/?Ｉｓｃ×Ｖｏｃ?
其中：Ｉｓｃ－短路電流，Ｖｏｃ－開路電壓，Ｉｍ－最佳工作電流，Ｖｍ－最佳工作電壓；
ｄ、標(biāo)準(zhǔn)光強與環(huán)境溫度地面：ＡＭ１．５光強，１０００Ｗ/ｍ２ ，ｔ ＝ ２５℃；
ｅ、溫度對電池性質(zhì)的影響，例如：在標(biāo)準(zhǔn)狀況下?ＡＭ１．５光強，ｔ＝２５℃某電池板輸出功率測得為１００Ｗｐ?如果電池溫度升高至４５℃時，則電池板輸出功率就不到１００Ｗｐ。