一文了解光伏電池

2019-08-05
來源：中國粉體網江岸

20068人閱讀

[導讀] 太陽能是一種儲量極其豐富的潔凈能源，太陽每年向地面輸送的能量高達 3×1024焦耳。太陽能電池是利用太陽光和材料相互作用直接產生電能的，是對環境無污染的可再生能源。它是人們利用可持續太陽能資源解決能源危機和環境問題的一條重要途徑。本文介紹了幾種較為普及的太陽能光伏電池。

太陽能是一種儲量極其豐富的潔凈能源，太陽每年向地面輸送的能量高達 3×10²⁴焦耳。太陽能電池是利用太陽光和材料相互作用直接產生電能的，是對環境無污染的可再生能源。它是人們利用可持續太陽能資源解決能源危機和環境問題的一條重要途徑。

太陽能的特點：

輻射廣泛性：太陽能對偏遠地區有重要意義，維護費用很小。
清潔性：太陽能發電，可減少環境污染。
分散性：太陽輻射盡管遍及全球。
間歇性：太陽能受天氣、緯度等影響，能量不穩定。

太陽能電池的工作原理

太陽能電池的原理基于半導體的光生伏特效應將太陽輻射直接轉換為電能。不同材料的太陽能電池，雖然光譜響應的范圍不同，但光電轉換原理一致。

在晶體中電子的數目總是與核電荷數相一致，所以 p 型硅和 n 型硅對外部來說是電中性的。單一的p型或n型硅在光照，僅產生溫度變化，雖然可使電子從化學鍵中釋放出來，但是短時間內便被再次捕獲。當p型材料和n型材料相接時，晶體界面位置稱為p-n結。此時界面層n型材料中的自由電子和p型材料的空穴相對應。

在p-n結的內建電場作用下，n區的空穴向p區運動，而p區的電子向 n 區運動，最后造成在太陽能電池受光面(上表面)有量負電荷(電子)積累，而在電池背光面(下表面)有大量正電荷(空穴)積累。

太陽能電池的分類

按結構分類

同質結電池：同一種半導體材料構成一個或多個 p-n 結的電池。

異質結電池：兩種不同的半導體材料構成一個異質結的太陽能電池。

肖特基結電池：金屬和半導體組成“肖特基勢壘”的電池（MS電池）。

光電化學電池：浸于電解質中的半導體電極構成的電池，又稱為液結電池。

按材料分類

硅系列太陽能電池：硅材料為基體的太陽能電池，包括單晶、多晶和非晶硅太陽能電池。

單晶硅太陽能電池

單晶硅太陽能電池轉換效率最高，技術較成熟。高性能電池建立在高質量單晶硅材料和成熟的加工處理工藝基礎上。電池制作中一般采用表面織構化、發射區鈍化、分區摻雜等技術。主要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電極單晶硅電池。

多晶硅薄膜太陽能電池

多晶硅薄膜電池使用的硅遠較單晶硅少、無效率衰退問題。且可能在廉價襯底材料上制備，其成本遠低于單晶硅電池，而效率高于非晶硅薄膜電池。

目前制備多晶硅薄膜電池多采用化學氣相沉積法，包括低壓化學氣相沉積((LPCVD)、等離子增強化學氣相沉積((PECVD)和快熱化學氣相沉積(RTCVD)工藝。此外，液相外延法((LPE)和濺射沉積法也可制備多晶硅薄膜電池。

非晶硅薄膜太陽能電池

非晶硅太陽能電池具有較高的轉換效率、較低的成本及重量輕等特點，。但由于穩定性不高直接影響實際應用。制備方法有很多，其中包括反應濺射法、PECVD 法、LPCVD 法等，不同的電池工藝過程可分別制得單結電池和疊層太陽能電池。

多元化合物薄膜太陽能電池

除硅系電池外，其他太陽能電池主要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘，碲化鎘及銅銦硒薄膜電池。

現有高效硅基太陽能電池主要采用技術：鈍化發射極電池(PERL)--p型、異質節結構太陽電池(HIT)--n型，叉指背電極接觸(IBC)電池--n型，以及在HIT和IBC電池上衍生出的HBC電池--n型等。目前工業化應用廣泛的主要有PERC電池、鋁背場(Al-BSF)電池和異質節結構太陽電池(HIT)--n型。

鋁背場(Al-BSF)太陽能電池

鋁背場電池原理：鋁背場(Al-BSF)電池是指在晶硅光伏電池P-N結制備完成后，通過在硅片的背光面沉積一層鋁膜，制備P+層，從而形成鋁背場。其既可以減少少數載流子在背面復合的概率，同時也可以作為背面的金屬電極，因此能夠提升光伏電池的轉換效率。