1.什么是光伏电池
光伏电池是光伏发电系统的基本单元,主要是基于半导体的光生伏特效应将太阳能转换为电能。
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2.光伏电池工作原理
当太阳光照射到光伏电池时,光伏电池吸收了其中一部分辐射能,产生电子—空穴对。在电池内建电场的作用下,电子和空穴被分离,电子向N区移动,空穴向P区转移,使得N区带负电荷,P区带正电荷,即在PN结附近产生与内建电场方向相反的光生电压,这就是光生伏特效应
,如图所示。这时若在P区和N区分别接上金属导线,连接负载,则有“光生电流”流过负载,就有功率输出,实现了光电转换。
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3.光伏电池的类型
(1)晶体硅光电池:晶体硅光电池有单晶硅与多晶硅两大类,用P型(或n型)硅衬底,通过磷(或硼)扩散形成Pn结而制作成的,生产技术成熟,是光伏市场上的主导产品。采用埋层电极、表面钝化、强化陷光、密栅工艺、优化背电极及接触电极等技术,提高材料中的载流子收集效率,优化抗反射膜、
凹凸表面、高反射背电极等方式,光电转换效率有较大提高。单晶硅光电池面积有限,目前比较大的为
10至20cm的圆片,年产能力46MW/a。目前主要课题是继续扩大产业规模,开发带状硅光电池技术,提高材料利用率。国际公认最高效率在AM1.5条件下为24%,空间用高质量的效率在AM0条件约为13.5-18%,地面用大量生产的在AM1条件下多在11-18%之间。以定向凝固法生长的铸造多晶硅锭代替单晶硅,可降低成本,但效率较低。优化正背电极的银浆和铝浆丝网印刷,切磨抛工艺,千方百计进一步降成本,提高效率,大晶粒多晶硅光电池的转换效率最高达18.6%。
(2)非晶硅光电池:a-Si(非晶硅)光电池一般采用高频辉光放电方法使硅烷气体分解沉积而成的。由于分解沉积温度低,可在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑料片上沉积约1
m厚的薄膜,易于大面积化 (0.5m 1.0m),成本较低,多采用pin结构。为提高效率和改善稳定性,有时还制成三层pin
等多层叠层式结构,或是插入一些过渡层。其商品化产量连续增长,年产能力45MW/a,10MW生产线已投入生产,全球市场用量每月在1千万片左右,居薄膜电池首位。发展集成型a-Si光电池组
件,激光切割的使用有效面积达90%以上,小面积转换效率提高到14.6%,大面积大量生产的为8-10%,叠层结构的最高效率为21%。研发动向是改善薄膜特性,精确设计光电池结构和控制各层厚度,改善各层之间界面状态,以求得高效率和高稳定性。
(3)多晶硅光电池:p-Si(多晶硅,包括微晶)光电池没有光致衰退效应,材料质量有所下降时也不会导致光电池受影响,是国际上正掀起的前沿性研究热点。在单晶硅衬底上用液相外延制备的p-Si光电池转
换效率为15.3%,经减薄衬底,加强陷光等加工,可提高到23.7%,用CVD法制备的转换效率约为12.6-17.3%。采用廉价衬底的p-Si薄膜生长方法有PECVD和热丝法,或对a-Si:H材料膜进行后退火,达到低温固相晶化,可分别制出效率9.8%和9.2%的无退化电池。微晶硅薄膜生长与a-Si工艺相容,光电性能和稳定性很高,研究受到很大重视,但效率仅为7.7%。大面积低温p-Si膜与-Si组成叠层电池结构,是提高a-S光电池稳定性和转换效率的重要途径,可更充分利用太阳光谱,理论计算表明其效率可在28%以上,将使硅基薄膜光电池性能产生突破性进展。
(4)其它光电池:InP(磷化铟)光电池的抗辐射性能特别好,效率达17-19%,多用于空间方面。采用SiGe单晶衬底,研制出在AM0条件下效率大于20%的GaAs/Si异质结外延光电池,最高效率23.3%。Si/Ge/GaAs结构的异质外延光电池在不断开发中,控制各层厚度,适当变化结构,可使太阳光中各
种波长的光子能量都得到有效利用,GaAs基多层结构光电池效率已接近40%。
以上就是有关于光伏电池的定义、工作原理及主要类型的全面梳理,如果还想了解更多光伏电池的相关内容,敬请关注三个皮匠报告的行业知识栏目。
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