晶硅太陽能電池板Crystalline silicon Solar panel
　　分類　　
1、硅太陽能電池；
　　2、以無機鹽如砷化鎵III-V化合物、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的電池；
　　3、功能高分子材料制備的大陽能電池；
4、納米晶太陽能電池等。
　　分類：晶體硅電池板：多晶硅太陽能電池、單晶硅太陽能電池。
　　非晶硅電池板：薄膜太陽能電池、有機太陽能電池。
　　化學染料電池板：染料敏化太陽能電池。

　　對太陽能電池材料一般的要求
　　1、半導體材料的禁帶不能太寬；
　　2、要有較高的光電轉換效率：
　　3、材料本身對環(huán)境不造成污染；
　　4、材料便于工業(yè)化生產且材料性能穩(wěn)定。

　　太陽能發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流220V或 110V，還需要配置逆變器。各部分的作用為：
　　（一）太陽能電池板：太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價值zui高的部分。其作用是將太陽能轉化為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。太陽能電池板的質量和成本將直接決定整個系統(tǒng)的質量和成本。
　?。ǘ┨柲芸刂破鳎禾柲芸刂破鞯淖饔檬强刂普麄€系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應具備溫度補償?shù)墓δ堋Ｆ渌郊庸δ苋绻饪亻_關、時控開關都應當是控制器的可選項。
　?。ㄈ┬铍姵兀阂话銥殂U酸電池，一般有12V和24V這兩種，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。
　?。ㄋ模┠孀兤鳎涸诤芏鄨龊?，都需要提供AC220V、AC110V的交流電源。由于太陽能的直接輸出一般都是DC12V、DC24V、DC48V。為能向AC220V的電器提供電能，需要將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。在某些場合，需要使用多種電壓的負載時，也要用到DC-AC逆變器，如將24VDC的電能轉換成5VDC的電能（注意，不是簡單的降壓）。

晶硅太陽能電池板材料
　　當前，晶體硅材料（包括多晶硅和單晶硅）是zui主要的光伏材料，其*在90%以上,而且在今后相當長的一段時期也依然是太陽能電池的主流材料。多晶硅材料的生產技術長期以來掌握在美、日、德等3個國家7個公司的10家工廠手中，形成技術封鎖、市場壟斷的狀況。多晶硅的需求主要來自于半導體和太陽能電池。按純度要求不同，分為電子級和太陽能級。其中，用于電子級多晶硅占55%左右，太陽能級多晶硅占45%，隨著光伏產業(yè)的迅猛發(fā)展，太陽能電池對多晶硅需求量的增長速度高于半導體多晶硅的發(fā)展，預計到2008年太陽能多晶硅的需求量將超過電子級多晶硅。 1994年*太陽能電池的總產量只有69MW，而2004年就接近1200MW，在短短的10年里就增長了17倍。太陽能光伏產業(yè)在二十一世紀前半期將超過核電成為zui重要的基礎能源之一。

新型涂層研發(fā)成功
　　美國倫斯勒理工學院研究人員2008年開發(fā)出一種新型涂層，將其覆蓋在太陽能電池板上能使后者的陽光吸收率提高到96.2%，而普通太陽能電池板的陽光吸收率僅為70%左右。
　　新涂層主要解決了兩個技術難題，一是幫助太陽能電池板吸收幾乎全部的太陽光譜，二是使太陽能電池板吸收來自更大角度的太陽光，從而提高了太陽能電池板吸收太陽光的效率。
　　普通太陽能電池板通常只能吸收部分太陽光譜，而且通常只在吸收直射的太陽光時工作效率較高，因此很多太陽能裝置都配備自動調整系統(tǒng)，以保證太陽能電池板始終與太陽保持zui有利于吸收能量的角度。

分類

　?。?）單晶硅太陽能電池
　　單晶硅太陽能電池的光電轉換效率為15%左右，zui高的達到24%，這是目前所有種類的太陽能電池中光電轉換效率zui高的，但制作成本很大，以致于它還不能被大量廣泛和普遍地使用。由于單晶硅一般采用鋼化玻璃以及防水樹脂進行封裝，因此其堅固耐用，使用壽命一般可達15年，zui高可達25年。
　?。?）多晶硅太陽能電池
　　多晶硅太陽電池的制作工藝與單晶硅太陽電池差不多，但是多晶硅太陽能電池的光電轉換效率則要降低不少，其光電轉換效率約12%左右 （2004年7月1日日本夏普上市效率為14.8%的世界zui率多晶硅太陽能電池）。 從制作成本上來講，比單晶硅太陽能電池要便宜一些，材料制造簡便，節(jié)約電耗，總的生產成本較低，因此得到大量發(fā)展。此外，多晶硅太陽能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽能電池短。從性能價格比來講，單晶硅太陽能電池還略好。
　?。?）非晶硅太陽能電池
　　非晶硅太陽電池是1976年出現(xiàn)的新型薄膜式太陽電池，它與單晶硅和多晶硅太陽電池的制作方法*不同，工藝過程大大簡化，硅材料消耗很少，電耗更低，它的主要優(yōu)點是在弱光條件也能發(fā)電。但非晶硅太陽電池存在的主要問題是光電轉換效率偏低，目前先進水平為10%左右，且不夠穩(wěn)定，隨著時間的延長，其轉換效率衰減。
　?。?）多元化合物太陽電池
　　多元化合物太陽電池指不是用單一元素半導體材料制成的太陽電池。現(xiàn)在各國研究的品種繁多，大多數(shù)尚未工業(yè)化生產，主要有以下幾種：a） 硫化鎘太陽能電池b） 砷化鎵太陽能電池c） 銅銦硒太陽能電池（新型多元帶隙梯度Cu（In, Ga）Se2薄膜太陽能電池）
Cu（In, Ga）Se2是一種性能優(yōu)良太陽光吸收材料，具有梯度能帶間隙（導帶與價帶之間的能級差）多元的半導體材料，可以擴大太陽能吸收光譜范圍，進而提高光電轉化效率。以它為基礎可以設計出光電轉換效率比硅薄膜太陽能電池明顯提高的薄膜太陽能電池?？梢赃_到的光電轉化率為18%，而且，此類薄膜太陽能電池到目前為止，未發(fā)現(xiàn)有光輻射引致性能衰退效應（SWE），其光電轉化效率比目前商用的薄膜太陽能電池板提高約50~75%，在薄膜太陽能電池中屬于世界的zui高水平的光電轉化效率。

硅系太陽能電池
　　單晶硅太陽能電池
　　硅系列太陽能電池中，單晶硅太陽能電池轉換效率zui高， 技術也zui為成熟。高性能單晶硅電池是建立在高質量單晶硅材料和相關的成熱的加工處理工藝基礎上的。現(xiàn)在單晶硅的電池工藝己近成熟，在電池制作中，一般都采用表面織構化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術，開發(fā)的電池主要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電極單晶硅電池。提高轉化效率主要是靠單晶硅表面微結構處理和分區(qū)摻雜工藝。在此方面，德國夫朗霍費費萊堡太陽能系統(tǒng)研究所保持著世界水平。該研究所采用光刻照相技術將電池表面織構化，制成倒金字塔結構。并在表面把一13nm。厚的氧化物鈍化層與兩層減反射涂層相結合．通過改進了的電鍍過程增加柵極的寬度和高度的比率：通過以上制得的電池轉化效率超過23%，zui大值可達23．3%。Kyocera公司制備的大面積（225cm2）單電晶太陽能電池轉換效率為19．44%，國內北京太陽能研究所也積極進行晶體硅太陽能電池的研究和開發(fā)，研制的平面單晶硅電池（2cm X 2cm）轉換效率達到19.79%，刻槽埋柵電極晶體硅電池（5cm X 5cm）轉換效率達8.6%。
　　單晶硅太陽能電池轉換效率無疑是zui高的，在大規(guī)模應用和工業(yè)生產中仍占據(jù)主導地位，但由于受單晶硅材料價格及相應的繁瑣的電池工藝影響，致使單晶硅成本價格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困難的。為了節(jié)省高質量材料，尋找單晶硅電池的替代產品，現(xiàn)在發(fā)展了薄膜太陽能電池，其中多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池就是典型代表。

多晶硅薄膜太陽能電池
　　通常的晶體硅太陽能電池是在厚度350－450μm的高質量硅片上制成的，這種硅片從提拉或澆鑄的硅錠上鋸割而成。因此實際消耗的硅材料更多。為了節(jié)省材料，人們從70年代中期就開始在廉價襯底上沉積多晶硅薄膜，但由于生長的硅膜晶粒大小，未能制成有價值的太陽能電池。為了獲得大尺寸晶粒的薄膜，人們一直沒有停止過研究，并提出了很多方法。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）和等離子增強化學氣相沉積（PECVD）工藝。此外，液相外延法（LPPE）和濺射沉積法也可用來制備多晶硅薄膜電池。
　　化學氣相沉積主要是以SiH2Cl2、SiHCl3、Sicl4或SiH4,為反應氣體,在一定的保護氣氛下反應生成硅原子并沉積在加熱的襯底上，襯底材料一般選用Si、SiO2、Si3N4等。但研究發(fā)現(xiàn)，在非硅襯底上很難形成較大的晶粒,并且容易在晶粒間形成空隙。解決這一問題辦法是先用 LPCVD在襯底上沉熾一層較薄的非晶硅層，再將這層非晶硅層退火，得到較大的晶粒，然后再在這層籽晶上沉積厚的多晶硅薄膜，因此，再結晶技術無疑是很重要的一個環(huán)節(jié)，目前采用的技術主要有固相結晶法和中區(qū)熔再結晶法。多晶硅薄膜電池除采用了再結晶工藝外，另外采用了幾乎所有制備單晶硅太陽能電池的技術，這樣制得的太陽能電池轉換效率明顯提高。德國費萊堡太陽能研究所采用區(qū)館再結晶技術在FZ Si襯底上制得的多晶硅電池轉換效率為19%，日本三菱公司用該法制備電池，效率達16.42%。
　　液相外延（LPE）法的原理是通過將硅熔融在母體里，降低溫度析出硅膜。美國Astropower公司采用LPE制備的電池效率達12．2%。中國光電發(fā)展技術中心的陳哲良采用液相外延法在冶金級硅片上生長出硅晶粒，并設計了一種類似于晶體硅薄膜太陽能電池的新型太陽能電池，稱之為“硅粒”太陽能電池，但有關性能方面的報道還未見到。
　　多晶硅薄膜電池由于所使用的硅遠較單晶硅少，又無效率衰退問題，并且有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，因此，多晶硅薄膜電池不久將會在太陽能電地市場上占據(jù)主導地位。

非晶硅薄膜太陽能電池
　　開發(fā)太陽能電池的兩個關鍵問題就是：提高轉換效率和　降低成本。由于非晶硅薄膜太陽能電池的成本低，便于大規(guī)模生產，普遍受到人們的重視并得到迅速發(fā)展，其實早在70年代初，Carlson等就已經開始了對非晶硅電池的研制工作,近幾年它的研制工作得到了迅速發(fā)展,目前世界上己有許多家公司在生產該種電池產品。
　　非晶硅作為太陽能材料盡管是一種很好的電池材料，但由于其光學帶隙為1.7eV, 使得材料本身對太陽輻射光譜的長波區(qū)域不敏感，這樣一來就限制了非晶硅太陽能電池的轉換效率。此外，其光電效率會隨著光照時間的延續(xù)而衰減，即所謂的光致衰退S一W效應，使得電池性能不穩(wěn)定。解決這些問題的這徑就是制備疊層太陽能電池，疊層太陽能電池是由在制備的p、i、n層單結太陽能電池上再沉積一個或多個P-i-n子電池制得的。疊層太陽能電池提高轉換效率、解決單結電池不穩(wěn)定性的關鍵問題在于：①它把不同禁帶寬度的材科組臺在一起，提高了光譜的響應范圍；②頂電池的i層較薄，光照產生的電場強度變化不大，保證i層中的光生載流子抽出；③底電池產生的載流子約為單電池的一半，光致衰退效應減??；④疊層太陽能電池各子電池是串聯(lián)在一起的。
　　非晶硅薄膜太陽能電池的制備方法有很多，其中包括反應濺射法、PECVD法、LPCVD法等，反應原料氣體為H2稀釋的SiH4，襯底主要為玻璃及不銹鋼片，制成的非晶硅薄膜經過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。目前非晶硅太陽能電池的研究取得兩大進展：*、三疊層結構非晶硅太陽能電池轉換效率達到13%，創(chuàng)下新的記錄；第二.三疊層太陽能電池年生產能力達5MW。美國聯(lián)合太陽能公司（VSSC）制得的單結太陽能電池zui高轉換效率為9．3%，三帶隙三疊層電池zui高轉換效率為13%，見表1
　　上述zui高轉換效率是在小面積（0．25cm2）電池上取得的。曾有文獻報道單結非晶硅太陽能電池轉換效率超過12．5%，日本中央研究院采用一系列新措施，制得的非晶硅電池的轉換效率為13．2%。國內關于非晶硅薄膜電池特別是疊層太陽能電池的研究并不多，南開大學的耿新華等采用工業(yè)用材料，以鋁背電極制備出面積為20X20cm2、轉換效率為8．28%的a－Si/a－Si疊層太陽能電池。
　　非晶硅太陽能電池由于具有較高的轉換效率和較低的成本及重量輕等特點，有著極大的潛力。但同時由于它的穩(wěn)定性不高，直接影響了它的實際應用。如果能進一步解決穩(wěn)定性問題及提高轉換率問題，那么，非晶硅大陽能電池無疑是太陽能電池的主要發(fā)展產品之一。

多元化合物薄膜太陽能電池
　　為了尋找單晶硅電池的替代品,人們除開發(fā)了多晶硅、非晶硅薄膜太陽能電池外，又不斷研制其它材料的太陽能電池。其中主要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅錮硒薄膜電池等。上述電池中，盡管硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規(guī)模生產，但由于鎘有劇毒，會對環(huán)境造成嚴重的污染，因此，并不是晶體硅太陽能電池的替代。
　　砷化鎵III-V化合物及銅銦硒薄膜電池由于具有較高的轉換效率受到人們的普遍重視。GaAs屬于III-V族化合物半導體材料，其能隙為1．4eV，正好為高吸收率太陽光的值，因此，是很理想的電池材料。GaAs等III-V化合物薄膜電池的制備主要采用 MOVPE和LPE技術，其中MOVPE方法制備GaAs薄膜電池受襯底位錯、反應壓力、III-V比率、總流量等諸多參數(shù)的影響。
　　除GaAs外，其它III-V化合物如Gasb、GaInP等電池材料也得到了開發(fā)。1998年德國費萊堡太陽能系統(tǒng)研究所制得的GaAs太陽能電池轉換效率為24．2%，為歐洲記錄。制備的GaInP電池轉換效率為14．7%．見表2。另外，該研究所還采用堆疊結構制備GaAs，Gasb電池，該電池是將兩個獨立的電池堆疊在一起，GaAs作為上電池，下電池用的是Gasb,所得到的電池效率達到31．1%。
　　銅銦硒CuInSe2簡稱CIC。CIS材料的能降為1．leV，適于太陽光的光電轉換,另外，CIS薄膜太陽電池不存在光致衰退問題。因此，CIS用作高轉換效率薄膜太陽能電池材料也引起了人們的注目。
　　CIS電池薄膜的制備主要有真空蒸鍍法和硒化法。真空蒸鍍法是采用各自的蒸發(fā)源蒸鍍銅、銦和硒，硒化法是使用H2Se疊層膜硒化，但該法難以得到組成均勻的CIS。CIS薄膜電池從80年代zui初8%的轉換效率發(fā)展到目前的15%左右。日本松下電氣工業(yè)公司開發(fā)的摻鎵的CIS電池，其光電轉換效率為15．3%（面積1cm2）。1995年美國可再生能源研究室研制出轉換效率為17．l%的CIS太陽能電池，這是迄今為止世界上該電池的zui高轉換效率。預計到2000年CIS電池的轉換效率將達到20%，相當于多晶硅太陽能電池。
　　CIS作為太陽能電池的半導體材料，具有價格低廉、性能良好和工藝簡單等優(yōu)點，將成為今后發(fā)展太陽能電池的一個重要方向。*的問題是材料的來源，由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類電池的發(fā)展又必然受到限制。

聚合物多層修飾電極型太陽能電池
　　在太陽能電池中以聚合物代替無機材料是剛剛開始的一個太陽能電池制備的研究方向。其原理是利用不同氧化還原型聚合物的不同氧化還原電勢，在導電材料（電極）表面進行多層復合，制成類似無機P－N結的單向導電裝置。其中一個電極的內層由還原電位較低的聚合物修飾，外層聚合物的還原電位較高，電子轉移方向只能由內層向外層轉移；另一個電極的修飾正好相反，并且*個電極上兩種聚合物的還原電位均高于后者的兩種聚合物的還原電位。當兩個修飾電極放入含有光敏化劑的電解波中時．光敏化劑吸光后產生的電子轉移到還原電位較低的電極上，還原電位較低電極上積累的電子不能向外層聚合物轉移，只能通過外電路通過還原電位較高的電極回到電解液，因此外電路中有光電流產生。
　　由于有機材料柔性好，制作容易，材料來源廣泛，成本底等優(yōu)勢，從而對大規(guī)模利用太陽能，提供廉價電能具有重要意義。但以有機材料制備太陽能電池的研究僅僅剛開始，不論是使用壽命，還是電池效率都不能和無機材料特別是硅電池相比。能否發(fā)展成為具有實用意義的產品，還有待于進一步研究探索。

納米晶化學太陽能電池
　　在太陽能電池中硅系太陽能電池無疑是發(fā)展zui成熟的，但由于成本居高不下，遠不能滿足大規(guī)模推廣應用的要求。為此，人們一直不斷在工藝、新材料、電池薄膜化等方面進行探索，而這當中新近發(fā)展的納米TiO2晶體化學能太陽能電池受到國內外科學家的重視。
　　自瑞士Gratzel教授研制成功納米TiO2化學大陽能電池以來，國內一些單位也正在進行這方面的研究。納米晶化學太陽能電池（簡稱NPC電池）是由一種在禁帶半導體材料修飾、組裝到另一種大能隙半導體材料上形成的，窄禁帶半導體材料采用過渡金屬Ru以及Os等的有機化合物敏化染料，大能隙半導體材料為納米多晶TiO2并制成電極，此外NPC電池還選用適當?shù)难趸贿€原電解質。納米晶TiO2工作原理：染料分子吸收太陽光能躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，電子快速注入到緊鄰的TiO2導帶，染料中失去的電子則很快從電解質中得到補償，進入TiO2導帶中的電于zui終進入導電膜,然后通過外回路產生光電流。
納米晶TiO2太陽能電池的優(yōu)點在于它廉價的成本和簡單的工藝及穩(wěn)定的性能。其光電效率穩(wěn)定在10%以上，制作成本僅為硅太陽電池的1/5－1/10．壽命能達到2O年以上。但由于此類電池的研究和開發(fā)剛剛起步，估計不久的將來會逐步走上市場。　

組件測試條件
　?。?）由于太陽能組件的輸出功率取決于太陽輻照度和太陽能電池溫度等因素，因此太陽能電池組件的測量在標準條件下（STC）進行，標準條件定義為：
　　大氣質量AM1.5， 光照強度1000W/m2，溫度25℃。
　?。?）在該條件下，太陽能電池組件所輸出的zui大功率稱為峰值功率，在很多情況下，組件的峰值功率通常用太陽能模擬儀測定。影響太陽能電池組件輸出性能的主要因素有以下幾點：
　　1）負載阻抗
　　2）日照強度
　　3）溫度
　　4）陰影 [2]

應用領域
　　1.用戶太陽能電源：（1）小型電源10-100W不等，用于邊遠無電地區(qū)如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機等；（2）3-5KW家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；（3）光伏水泵：解決無電地區(qū)的深水井飲用、灌溉。
　　2. 交通領域：如航標燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標志燈、宇翔路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無線亭、無人值守道班供電等。
　　3. 通訊/通信領域：太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播/通訊/尋呼電源系統(tǒng)；農村載波光伏系統(tǒng)、小型通信機、士兵GPS供電等。
　　4. 石油、海洋、氣象領域：石油管道和水庫閘門陰極保護太陽能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺生活及應急電源、海洋檢測設備、氣象/水文觀測設備等。
　　5.家庭燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。
　　6.光伏電站：10KW-50MW獨立光伏電站、風光（柴）互補電站、各種大型停車廠充電站等。
　　7.太陽能建筑：將太陽能發(fā)電與建筑材料相結合，使得未來的大型建筑實現(xiàn)電力自給，是未來一大發(fā)展方向。
　　8.其他領域包括：（1）與汽車配套：太陽能汽車/電動車、電池充電設備、汽車空調、換氣扇、冷飲箱等；（2）太陽能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統(tǒng)；（3）海水淡化設備供電；（4）衛(wèi)星、航天器、空間太陽能電站等。

　目前美國、歐洲各國特別是德國及日本、印度等都在大力發(fā)展太陽電池應用，開始實施的"十萬屋頂"計劃、"百萬屋頂"計劃等，極大地推動了光伏市場的發(fā)展，前途十分光明。