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生電流,。在物理學上稱為太陽能光伏（Photovoltaic,，縮寫為PV），簡稱光伏,。太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置,。以光電效應工作的晶硅太陽能電池為主流，而以光化學效應工作的薄膜電池實施太陽能電池則還處于萌芽階段,。

　　太陽能電池發(fā)電是根據(jù)愛因斯坦的光電效應而運用于日常生活,。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。當這些射線照射在不同導體或半導體上,，光子與導體或半導體中的自由電子作用產生電流,。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遠高于紅外線。但是并非所有波長的射線的能量都能轉化為電能,，值得注意的是光電效應于射線的強度大小無關,，只有頻率達到或超越可產生光電效應的閾值時，電流才能產生,。能夠使半導體產生光電效應的光的最大波長同該半導體的禁帶寬度相關,，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生光電效應,。

　　太陽電池發(fā)電是一種可再生的環(huán)保發(fā)電方式,，發(fā)電過程中不會產生二氧化碳等溫室氣體，不會對環(huán)境造成污染,。按照制作材料分為硅基半導體電池,、染料敏電池、有機材料電池等,。對于太陽電池來說最重要的參數(shù)是轉換效率,，在實驗室所研發(fā)的硅基太陽能電池中，單晶硅太陽電池的效率為25.0%,，多晶硅太陽電池的效率為20.4%,，單晶體硅薄膜太陽電池的效率為16.7%,，非晶硅薄膜太陽電池的效率為10.1%

　　太陽能電池原理：

　　簡單的說,，太陽光電的發(fā)電原理,，是利用太陽電池吸收0.4μm～1.1μm波長（針對硅晶）的太陽光，將光能直接轉變成電能輸出的一種發(fā)電方式,。

　　太陽能電池是一種可以將能量轉換的光電元件,，其基本構造是運用P型與N型半導體接合而成的。半導體最基本的材料是“硅”,，它是不導電的,，但如果在半導體中摻入不同的雜質，就可以做成P型與N型半導體,，再利用P型半導體有個電洞（P型半導體少了一個帶負電荷的電子,，可視為多了一個正電荷），與N型半導體多了一個自由電子的電位差來產生電流,，所以當太陽光照射時,，光能將硅原子中的電子激發(fā)出來，而產生電子和空穴的對流,，這些電子和空穴均會受到內建電位的影響,，分別被N型及P型半導體吸引，而聚集在兩端,。此時外部如果用電極連接起來,，形成一個回路，這就是太陽電池發(fā)電的原理,。

　　太陽能電池工作原理的基礎是半導體PN結的光生伏打效應,。

　　所謂光生伏打效應就是當物體受到光照時，物體內的電荷分布狀

　　態(tài)發(fā)生變化而產生電動勢和電流的一種效應,。當太陽光或其他光照射半導體的PN結時,，就會在PN結的兩邊出現(xiàn)電壓，叫做光生電壓,。 光生伏打效應： 當光照射到pn結上時,，產生電子--空穴對，在半導體內部P-N結附近生成的載流子沒有被復合而到達空間電荷區(qū),，受內部電場的吸引,，電子流入n區(qū)，空穴流入p區(qū),，結果使n區(qū)儲存了過剩的電子,，p區(qū)有過剩的空穴。它們在p-n結附近形成與勢壘方向相反的光生電場,。光生電場除了部分抵消勢壘電場的作用外,，還使p區(qū)帶正電，N區(qū)帶負電，在N區(qū)和P區(qū)之間的薄層就產生電動勢,，這就是光生伏特效應,。

　　當把能量加到純硅中時（比如以熱的形式），它會導致幾個電子脫離其共價鍵并離開原子,。每有一個電子離開,，就會留下一個空穴。然后,，這些電子會在晶格周圍四處游蕩,，尋找另一個空穴來安身。這些電子被稱為自由載流子,，它們可以運載電流,。將純硅與磷原子混合起來， 只需很少的能量即可使磷原子（最外層五個電子）的某個“多余”的電子逸出,，當利用磷原子摻雜時,，得到的硅被成為N型（“n”表示負電），太陽能電池只有一部分是N型,。另一部分硅摻雜的是硼,，硼的最外電子層只有三個而不是四個電子，這樣可得到P型硅,。P型硅中沒有自由電子（“p”表示正電）,，但是有自由空穴?？昭▽嶋H是電子離開造成的,，因此它們帶有相反（正）的電荷。它們像電子一樣四處移動,。電場是在N型硅和P型硅接觸的時候形成的,。在交界處，它們確實會混合形成一道屏障,，使得N側的電子越來越難以抵達P側,。最終會達到平衡狀態(tài)，這樣我們就有了一個將兩側分開的電場,。

　　這個電場相當于一個二極管,，允許（甚至推動）電子從P側流向N側，而不是相反,。 當光以光子的形式撞擊太陽能電池時,，其能量會使電子空穴對釋放出來。 每個攜帶足夠能量的光子通常會正好釋放一個電子,，從而產生一個自由的空穴,。如果這發(fā)生在離電場足夠近的位置,，或者自由電子和自由空穴正好在它的影響范圍之內，則電場會將電子送到N側,，將空穴送到P側,。這會導致電中性進一步被破壞，如果我們提供一個外部電流通路,，則電子會經過該通路，流向它們的原始側（P側）,，在那里與電場發(fā)送的空穴合并,，并在流動的過程中做功。

　　只有達到一定的能量——單位為電子伏特（eV）,，由電池材料（對于晶體硅,，約為1.1eV）決定——才能使電子逸出。我們將這個能量值稱為材料的帶隙能量,。如果光子的能量比所需的能量多,，則多余的能量會損失掉。

　　在電池頂部采用抗反射涂層,，減少硅的反射損失

　　一種提高效率的方法是使用兩層或者多層具有不同帶隙的不同材料,。帶隙較高的材料放在表面，吸收較高能量的光子,；而帶隙較低的材料放在下方,，吸收較低能量的光子。這項技術可大大提高效率,。這樣的電池稱為多接面電池,，它們可以有多個電場。 如果將外電路短路,，則外電路中就有與入射光能量成正比的光電流流過,，這個電流稱作短路電流，另一方面,，若將PN結兩端開路,，則由于電子和空穴分別流入N區(qū)和P區(qū)，使N區(qū)的費米能級比P區(qū)的費米能級高,，在這兩個費米能級之間就產生了電位差,。可以測得這個值,，并稱為開路電壓,。由于此時p-n結處于正向偏置，因此,，上述短路光電流和二極管的正向電流相等,，并由此可以決定電位差的值。

　　太陽光照在半導體p-n結上，形成新的空穴-電子對,，在p-n結內建電場的作用下,，光生空穴流向p區(qū)，光生電子流向n區(qū),，接通電路后就產生電流,。這就是光電效應太陽能電池的工作原理。

　　太陽能發(fā)電有兩種方式,，一種是光—熱—電轉換方式,，另一種是光—電直接轉換方式。

　　光—熱—電轉換

　　光—熱—電轉換方式通過利用太陽輻射產生的熱能發(fā)電,，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換成工質的蒸氣,，再驅動汽輪機發(fā)電。前一個過程是光—熱轉換過程,；后一個過程是熱—電轉換過程,，與普通的火力發(fā)電一樣。太陽能熱發(fā)電的缺點是效率很低而成本很高,，估計它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍,。一座1000MW的太陽能熱電站需要投資20～25億美元，平均1kW的投資為2000～2500美元,。因此,，只能小規(guī)模地應用于特殊的場合，而大規(guī)模利用在經濟上很不合算,，還不能與普通的火電站或核電站相競爭,。

　　光—電直接轉換

　　太陽能電池發(fā)電是根據(jù)特定材料的光電性質制成的。黑體（如太陽）輻射出不同波長（對應于不同頻率）的電磁波,， 如紅外線,、紫外線、可見光等等,。當這些射線照射在不同導體或半導體上,，光子與導體或半導體中的自由電子作用產生電流。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遠高于紅外線,。但是并非所有波長的射線的能量都能轉化為電能,，值得注意的是光電效應于射線的強度大小無關，只有頻率達到或超越可產生光電效應的閾值時,，電流才能產生,。能夠使半導體產生光電效應的光的最大波長同該半導體的禁帶寬度相關,，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生光電效應,。 太陽電池發(fā)電是一種可再生的環(huán)保發(fā)電方式,，發(fā)電過程中不會產生二氧化碳等溫室氣體，不會對環(huán)境造成污染,。按照制作材料分為硅基半導體電池,、CdTe薄膜電池、CIGS薄膜電池,、染料敏化薄膜電池,、有機材料電池等。其中硅電池又分為單晶電池,、多晶電池和無定形硅薄膜電池等。對于太陽電池來說最重要的參數(shù)是轉換效率,，在實驗室所研發(fā)的硅基太陽能電池中,，單晶硅電池效率為25.0%，多晶硅電池效率為20.4%,，CIGS薄膜電池效率達19.6%,，CdTe薄膜電池效率達16.7%，非晶硅（無定形硅）薄膜電池的效率為10.1%,。

　　太陽電池是一種可以將能量轉換的光電元件,，其基本構造是運用P型與N型半導體接合而成的。半導體最基本的材料是“硅”,，它是不導電的,，但如果在半導體中摻入不同的雜質，就可以做成P型與N型半導體,，再利用P型半導體有個空穴（P型半導體少了一個帶負電荷的電子,，可視為多了一個正電荷），與N型半導體多了一個自由電子的電位差來產生電流,，所以當太陽光照射時,，光能將硅原子中的電子激發(fā)出來，而產生電子和空穴的對流,，這些電子和空穴均會受到內建電位的影響,，分別被N型及P型半導體吸引，而聚集在兩端,。此時外部如果用電極連接起來,，形成一個回路，這就是太陽電池發(fā)電的原理,。

　　簡單的說,，太陽光電的發(fā)電原理,，是利用太陽電池吸收0.4μm～1.1μm波長（針對硅晶）的太陽光，將光能直接轉變成電能輸出的一種發(fā)電方式,。

　　太陽能電池的電池組件介紹：

　?。?）鋼化玻璃其作用為保護發(fā)電主體（如電池片），透光其選用是有要求的： 1.透光率必須高（一般91%以上）,；2.超白鋼化處理,。

　　（2） EVA 用來粘結固定鋼化玻璃和發(fā)電主體（如電池片）,，透明EVA材質的優(yōu)劣直接影響到組件的壽命,，暴露在空氣中的EVA易老化發(fā)黃，從而影響組件的透光率,，從而影響組件的發(fā)電質量除了EVA本身的質量外,，組件廠家的層壓工藝影響也是非常大的，如EVA膠連度不達標,，EVA與鋼化玻璃,、背板粘接強度不夠，都會引起EVA提早老化,，影響組件壽命,。主要粘結封裝發(fā)電主體和背板。

　?。?）電池片主要作用就是發(fā)電,，發(fā)電主體市場上主流的是晶體硅太陽電池片、薄膜太陽能電池片,，兩者各有優(yōu)劣,。晶體硅太陽能電池片，設備成本相對較低,，光電轉換效率也高,，在室外陽光下發(fā)電比較適宜，但消耗及電池片成本很高,；薄膜太陽能電池,，消耗和電池成本很低，弱光效應非常好,，在普通燈光下也能發(fā)電,，但相對設備成本較高，光電轉化效率相對晶體硅電池片一半多點,，如計算器上的太陽能電池,。

　　（4）背板作用,，密封,、絕緣,、防水（一般都用TPT、TPE等材質必須耐老化,，大部分組件廠家都是質保25年,，鋼化玻璃，鋁合金一般都沒問題,，關鍵就在與背板和硅膠是否能達到要求）,。

　　（5）鋁合金保護層壓件,，起一定的密封,、支撐作用。

　?。?）接線盒保護整個發(fā)電系統(tǒng),，起到電流中轉站的作用，如果組件短路接線盒自動斷開短路電池串,，防止燒壞整個系統(tǒng)接,，線盒中最關鍵的是二極管的選用，根據(jù)組件內電池片的類型不同,，對應的二極管也不相同,。

　?。?）硅膠密封作用,，用來密封組件與鋁合金邊框、組件與接線盒交界處有些公司使用雙面膠條,、泡棉來替代硅膠,，國內普遍使用硅膠，工藝簡單,，方便,，易操作，而且成本很低,。