太陽能電池又稱為“太陽能芯片”或“光電池”，是一種利用太陽光直接發(fā)電的光電半導(dǎo)體薄片。它只要被滿足一定照度條件的光照到，瞬間就可輸出電壓及在有回路的情況下產(chǎn)生電流。在物理學(xué)上稱為太陽能光伏（Photovoltaic，縮寫為PV），簡稱光伏。
太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。以光電效應(yīng)工作的薄膜式太陽能電池為主流，而以光化學(xué)效應(yīng)工作的實施太陽能電池則還處于萌芽階段。
 
 

中文名	外文名	原    理	材料種類
太陽能電池	Solar Cell	光伏效應(yīng)	硅, 化合物半導(dǎo)體, 有機(jī)材料等

 
 
目錄
 
1、太陽能電池簡介
2、太陽能電池原理
3、太陽能電池分類
4、太陽能電池歷史
5、太陽能電池發(fā)展
6、太陽能電池發(fā)電成本
7、太陽能電池制造材料
8、太陽能電池工藝形式
9、太陽能電池應(yīng)用


 
太陽能電池簡介：
太陽能電池發(fā)電是根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)而運用于日常生活。黑體(太陽)輻射出不同波長(頻率)的電磁波， 如紅、紫外線，可見光等等。當(dāng)這些射線照射在不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體上，光子與導(dǎo)體或半導(dǎo)體中的自由電子作用產(chǎn)生電流。射線的波長越短，頻率越高，所具有的能量就越高
，例如紫外線所具有的能量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于紅外線。但是并非所有波長的射線的能量都能轉(zhuǎn)化為電能，值得注意的是光電效應(yīng)于射線的強(qiáng)度大小無關(guān)，只有頻率達(dá)到或超越可產(chǎn)生光電效應(yīng)的閾值時，電流才能產(chǎn)生。能夠使半導(dǎo)體產(chǎn)生光電效應(yīng)的光的最大波長同該半導(dǎo)體的禁帶寬度相關(guān)，譬如晶體硅的禁帶寬度在室溫下約為1.155eV，因此必須波長小于1100nm的光線才可以使晶體硅產(chǎn)生光電效應(yīng)。
 
太陽能電池原理：
太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置（以光電效應(yīng)工作的薄膜式太陽能電池為主流，而以光化學(xué)效應(yīng)工作的濕式太陽能電池則還處于萌芽階段），其原理是：當(dāng)太陽光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對，在p-n結(jié)電場的作用下，空穴由p區(qū)流向n區(qū)，電子由n區(qū)流向p區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。
 
太陽能電池分類：
根據(jù)材料不同：
3.1硅太陽能電池；
3.2多元化合物薄膜太陽能電池；
3.3有機(jī)物太陽能電池；
3.4納米晶太陽能電池。
 
太陽能電池歷史：
以太陽能發(fā)展的歷史來說，光照射到材料上所引起的“光起電力”行為，早在19世紀(jì)的時候就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了。 
1849年術(shù)語“光－伏”才出現(xiàn)在英語中。  
1839年，光生伏特效應(yīng)第一次由法國物理學(xué)家A.E.Becquerel發(fā)現(xiàn)。  
1883年第一塊太陽能電池由Charles Fritts制備成功。Charles用鍺半導(dǎo)體上覆上一層極薄的金層形成半導(dǎo)體金屬結(jié)，器件只有1%的效率。  
1946年Russell Ohl申請了現(xiàn)代太陽能電池的制造專利。
到了1950年代，隨著半導(dǎo)體物理性質(zhì)的逐漸了解，以及加工技術(shù)的進(jìn)步，1954年當(dāng)美國的貝爾實驗室在用半導(dǎo)體做實驗發(fā)現(xiàn)在硅中摻入一定量的雜質(zhì)后對光更加敏感這一現(xiàn)象后，第一個太陽能電池在1954年誕生在貝爾實驗室。太陽能電池技術(shù)的時代終于到來。  
1960年代開始，美國發(fā)射的人造衛(wèi)星就已經(jīng)利用太陽能電池做為能量的來源。  
1970年代能源危機(jī)時，讓世界各國察覺到能源開發(fā)的重要性。1973年發(fā)生了石油危機(jī)，人們開始把太陽能電池的應(yīng)用轉(zhuǎn)移到一般的民生用途上。
在美國、日本和以色列等國家，已經(jīng)大量使用太陽能裝置，更朝商業(yè)化的目標(biāo)前進(jìn)。在這些國家中，美國于1983年在加州建立世界上最大的太陽能電廠，它的發(fā)電量可以高達(dá)16百萬瓦特。南非、博茨瓦納、納米比亞和非洲南部的其他國家也設(shè)立專案，鼓勵偏遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村地區(qū)安裝低成本的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)。 
推行太陽能發(fā)電最積極的國家首推日本。1994年日本實施補(bǔ)助獎勵辦法，推廣每戶3,000瓦特的“市電并聯(lián)型太陽光電能系統(tǒng)”。在第一年，政府補(bǔ)助49％的經(jīng)費，以后的補(bǔ)助再逐年遞減。到了1996年，日本有2,600戶裝置太陽能發(fā)電系統(tǒng)，裝設(shè)總?cè)萘恳呀?jīng)有8百萬瓦特。一年后，已經(jīng)有9,400戶裝置，裝設(shè)的總?cè)萘恳策_(dá)到了32百萬瓦特。由于環(huán)保意識的高漲和政府補(bǔ)助金的制度，日本住家用太陽能電池的需求量，也急速增加。 
在中國，太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)亦得到政府的大力鼓勵和資助。2009年3月，財政部宣布擬對太陽能光電建筑等大型太陽能工程進(jìn)行補(bǔ)貼。[3]
2010年9月9日《大眾科學(xué)》報道，科學(xué)家利用水母身上提取的綠色熒光蛋白（GFP），該小組制作的裝置可用這些“黏黏綠”將紫外光轉(zhuǎn)化為自由電子。該科研小組制造的電池由在二氧化硅基底上被一個小縫隔開的兩個簡單的鋁電極組成，GFP置于兩電極中間并起連接作用。當(dāng)把紫外光放進(jìn)來的時候，GFP不斷將光子抓走，并產(chǎn)生電子進(jìn)入電路產(chǎn)生電流。同時，GFP非常廉價，不需要昂貴的添加劑或昂貴的加工，此外，它還能被封裝成獨立的不需要外光源的燃料電池?？茖W(xué)家相信，此能源裝置縮小后可用來驅(qū)動微小的納米設(shè)備。
 
太陽能電池發(fā)展：
太陽能電池的發(fā)展趨勢：改善太陽能電池的性能,降低制造成本以及減少大規(guī)模生產(chǎn)對環(huán)境造成的影響是未來太陽能電池發(fā)展的主要方向. 作為太陽能電池材料,其中: (1) 由于多晶硅和非晶硅薄膜電池具有較高的轉(zhuǎn)換效率和相對較低的成本,將最終取代單晶硅電池,成為市場的主導(dǎo)產(chǎn)品; (2) Ⅲ- Ⅴ族化合物及CIS 等屬于稀有元素,盡管轉(zhuǎn)換效率很高,但從材料來源看,這類太陽能電池不可能占據(jù)主導(dǎo)地位; (3) 有機(jī)太陽能電池對光的吸收效率低,從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率低; (4) 染料敏化納米TiO2 薄膜太陽能電池的研究已取得喜人成就,但還存在如敏化劑的制備成本較高等問題. 另外目前多沿用液態(tài)電解質(zhì),但液態(tài)電解質(zhì)存在易泄漏、電極易腐蝕、電池壽命短等缺陷,使得制備全固態(tài)太陽能電池成為一個必然方向. 目前,大部分全固態(tài)太陽能電池光電轉(zhuǎn)換率都不很理想. 納米晶太陽能電池以其高效、低價、無污染的巨大優(yōu)勢挑戰(zhàn)未來,我們相信,隨著科技發(fā)展以及研究推進(jìn),這種太陽能電池應(yīng)用前景廣闊無限。
數(shù)據(jù)顯示2012年，我國太陽能電池繼續(xù)保持產(chǎn)量和性價比優(yōu)勢，國際競爭力愈益增強(qiáng)。產(chǎn)量持續(xù)增大，預(yù)計2012年，我國太陽能電池產(chǎn)能將超過40GW，產(chǎn)量將超過24GW，仍將占據(jù)全球半壁江山。
隨著太陽能電池行業(yè)的不斷發(fā)展，內(nèi)業(yè)競爭也在不斷加劇，大型太陽能電池企業(yè)間并購整合與資本運作日趨頻繁，國內(nèi)優(yōu)秀的太陽能電池生產(chǎn)企業(yè)愈來愈重視對行業(yè)市場的研究，特別是對產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境和產(chǎn)品購買者的深入研究。正因為如此，一大批國內(nèi)優(yōu)秀的太陽能電池品牌迅速崛起，逐漸成為太陽能電池行業(yè)中的翹楚。
 
太陽能電池發(fā)電成本：
光伏發(fā)電成本隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不斷降低，其中光伏組件成本30年來幾乎降低了2個數(shù)量級。隨著技術(shù)進(jìn)步，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，光伏發(fā)電的成本將繼續(xù)不斷降低。     
據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計顯示，在1991年國外光伏發(fā)電價格為40-75美分/kwh,1995年為25-50美分/kwh，2000年為12-20美分/kwh,而光伏系統(tǒng)成本則分別為10-20美元/Wp、7-15美元/Wp、3-7美元/Wp。
據(jù)了解，我國太陽能電池組件目前的價格大約為3.95美元/瓦，并網(wǎng)系統(tǒng)價格為6-7美元/瓦，發(fā)電成本為0.25美元/瓦。最近完成的8兆瓦并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的前期研究表明，目前太陽光轉(zhuǎn)化成電能的轉(zhuǎn)化率不到15%，光伏發(fā)電上網(wǎng)電價4—5元/千瓦時，是目前火電成本的10倍左右。如此高的價格，無論是由用戶分?jǐn)傔€是由國家補(bǔ)貼，大規(guī)模推廣使用太陽能的阻力很大。暫時還無法同火電、風(fēng)電等競爭。     
然而世界上近期的大規(guī)模市場發(fā)展和快速的技術(shù)進(jìn)步正在使光伏系統(tǒng)設(shè)備和發(fā)電成本有效降低，預(yù)計到2010年光伏系統(tǒng)將降到3美元/瓦左右，發(fā)電成本將下降到每度0.1美元，也就是人民幣1元錢左右。     
預(yù)計到2020年太陽能發(fā)電成本將進(jìn)一步下降，為2010年的一半，到2030年預(yù)計為2020年水平的一半。
 
太陽能電池制造材料：
太陽電池的材料種類非常的多，可以有非晶硅、多晶硅、CdTe、CuInxGa(1-x)Se2等半導(dǎo)體的、或三五族、二六族的元素鏈結(jié)的材料，簡單地說，凡光照后，而產(chǎn)生電能的，就是太陽電池尋找的材料。  
太陽能光伏電池通常用晶體硅或薄膜材料制造，前者由切割、鑄錠或者鍛造的方法獲得，后者是一層薄膜附著在低價的襯背上。市場生產(chǎn)和使用的太陽能光伏電池大多數(shù)是用晶體硅材料制作的，2006年占93％左右；未來發(fā)展的重點是薄膜太陽電池，它因用材少、重量小、外表光滑、安裝方便而更具發(fā)展?jié)摿Α?br />  
太陽能電池工藝形式：
太陽電池型式上也分有，基板式或是薄膜式，基板在制程上可分拉單晶式的、或相溶后冷卻結(jié)成多晶的塊材，薄膜式是可和建筑物有較佳結(jié)合，如有曲度或可撓式、折疊型，材料上較常用非晶硅。另外還有一種有機(jī)或納米材料研發(fā)，仍屬于前瞻研發(fā)。因此，也就是不同世代的太陽電池：第一代基板硅晶(Silicon Based)、第二代為薄膜(Thin Film)、第三代新觀念研發(fā)(New Concept)、第四代復(fù)合薄膜材料。
 
太陽能電池應(yīng)用：
9.1用戶太陽能電源：
（1）小型電源10-100W不等，用于邊遠(yuǎn)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(jī)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。 
9.2交通領(lǐng)域：如航標(biāo)燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標(biāo)志燈、宇翔路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。 
9.3通訊/通信領(lǐng)域：太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、廣播/通訊/尋呼電源系統(tǒng)；農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機(jī)、士兵GPS供電等。 
9.4石油、海洋、氣象領(lǐng)域：石油管道和水庫閘門陰極保護(hù)太陽能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺生活及應(yīng)急電源、海洋檢測設(shè)備、氣象/水文觀測設(shè)備等。 
9.5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。 
9.6光伏電站：10KW-50MW獨立光伏電站、風(fēng)光（柴）互補(bǔ)電站、各種大型停車廠充電站等。 
9.7太陽能建筑：將太陽能發(fā)電與建筑材料相結(jié)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。 
9.8其他領(lǐng)域包括：
（1）與汽車配套：太陽能汽車/電動車、電池充電設(shè)備、汽車空調(diào)、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(shè)備供電；
（4）衛(wèi)星、航天器、空間太陽能電站等。