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(shí)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(yùn)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(shí)，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(duì)，在p-n結(jié)電場(chǎng)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(shí)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(qǐng)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(shí)驗(yàn)室在用半導(dǎo)體做實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在硅中摻入一定量的雜質(zhì)后對(duì)光更加敏感這一現(xiàn)象后，第一個(gè)太陽能電池在1954年誕生在貝爾實(shí)驗(yàn)室。太陽能電池技術(shù)的時(shí)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(shí)，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(lì)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(shí)施補(bǔ)助獎(jiǎng)勵(lì)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(fèi)，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(shí)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(lì)和資助。2009年3月，財(cái)政部宣布擬對(duì)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(bào)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(gè)小縫隔開的兩個(gè)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(shí)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(shí)，GFP非常廉價(jià)，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(dú)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(dòng)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(shì)：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(duì)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(duì)較低的成本,將最終取代單晶硅電池,成為市場(chǎng)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(duì)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(gè)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(jià)、無污染的巨大優(yōu)勢(shì)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(jià)比優(yōu)勢(shì)，國際競(jìng)爭(zhēng)力愈益增強(qiáng)。產(chǎn)量持續(xù)增大，預(yù)計(jì)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(jìng)爭(zhēng)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(yùn)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(duì)行業(yè)市場(chǎng)的研究，特別是對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境和產(chǎn)品購買者的深入研究。正因?yàn)槿绱耍淮笈鷩鴥?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(gè)數(shù)量級(jí)。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(jì)顯示，在1991年國外光伏發(fā)電價(jià)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(jià)格大約為3.95美元/瓦，并網(wǎng)系統(tǒng)價(jià)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(jià)4—5元/千瓦時(shí)，是目前火電成本的10倍左右。如此高的價(jià)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(shí)還無法同火電、風(fēng)電等競(jìng)爭(zhēng)。     
然而世界上近期的大規(guī)模市場(chǎng)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(jì)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(jì)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(jì)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(jià)的襯背上。市場(chǎng)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(diǎn)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(hào)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(tái)生活及應(yīng)急電源、海洋檢測(cè)設(shè)備、氣象/水文觀測(cè)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(dú)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(shí)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(dòng)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。