太陽(yáng)能電池又稱(chēng)為“太陽(yáng)能芯片”或“光電池”，是一種利用太陽(yáng)光直接發(fā)電的光電半導體薄片。它只要被滿(mǎn)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(chēng)為太陽(yáng)能光伏（Photovoltaic，縮寫(xiě)為PV），簡(jiǎn)稱(chēng)光伏。
太陽(yáng)能電池是通過(guò)光電效應或者光化學(xué)效應直接把光能轉化成電能的裝置。以光電效應工作的薄膜式太陽(yáng)能電池為主流，而以光化學(xué)效應工作的實(shí)施太陽(yáng)能電池則還處于萌芽階段。
 
 

中文名	外文名	原    理	材料種類(lèi)
太陽(yáng)能電池	Solar Cell	光伏效應	硅, 化合物半導體, 有機材料等

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


 
太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介：
太陽(yáng)能電池發(fā)電是根據愛(ài)因斯坦的光電效應而運用于日常生活。黑體(太陽(yáng))輻射出不同波長(cháng)(頻率)的電磁波， 如紅、紫外線(xiàn)，可見(jiàn)光等等。當這些射線(xiàn)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(chǎn)生電流。射線(xiàn)的波長(cháng)越短，頻率越高，所具有的能量就越高
，例如紫外線(xiàn)所具有的能量要遠遠高于紅外線(xiàn)。但是并非所有波長(cháng)的射線(xiàn)的能量都能轉化為電能，值得注意的是光電效應于射線(xiàn)的強度大小無(wú)關(guān)，只有頻率達到或超越可產(chǎn)生光電效應的閾值時(shí)，電流才能產(chǎn)生。能夠使半導體產(chǎn)生光電效應的光的最大波長(cháng)同該半導體的禁帶寬度相關(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(cháng)小于1100nm的光線(xiàn)才可以使晶體硅產(chǎn)生光電效應。
 
太陽(yáng)能電池原理：
太陽(yáng)能電池是通過(guò)光電效應或者光化學(xué)效應直接把光能轉化成電能的裝置（以光電效應工作的薄膜式太陽(yáng)能電池為主流，而以光化學(xué)效應工作的濕式太陽(yáng)能電池則還處于萌芽階段），其原理是：當太陽(yáng)光照在半導體p-n結上，形成新的空穴-電子對，在p-n結電場(chǎng)的作用下，空穴由p區流向n區，電子由n區流向p區，接通電路后就形成電流。這就是光電效應太陽(yáng)能電池的工作原理。
 
太陽(yáng)能電池分類(lèi)：
根據材料不同：
3.1硅太陽(yáng)能電池；
3.2多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池；
3.3有機物太陽(yáng)能電池；
3.4納米晶太陽(yáng)能電池。
 
太陽(yáng)能電池歷史：
以太陽(yáng)能發(fā)展的歷史來(lái)說(shuō)，光照射到材料上所引起的“光起電力”行為，早在19世紀的時(shí)候就已經(jīng)發(fā)現了。 
1849年術(shù)語(yǔ)“光－伏”才出現在英語(yǔ)中。  
1839年，光生伏特效應第一次由法國物理學(xué)家A.E.Becquerel發(fā)現。  
1883年第一塊太陽(yáng)能電池由Charles Fritts制備成功。Charles用鍺半導體上覆上一層極薄的金層形成半導體金屬結，器件只有1%的效率。  
1946年Russell Ohl申請了現代太陽(yáng)能電池的制造專(zhuān)利。
到了1950年代，隨著(zhù)半導體物理性質(zhì)的逐漸了解，以及加工技術(shù)的進(jìn)步，1954年當美國的貝爾實(shí)驗室在用半導體做實(shí)驗發(fā)現在硅中摻入一定量的雜質(zhì)后對光更加敏感這一現象后，第一個(gè)太陽(yáng)能電池在1954年誕生在貝爾實(shí)驗室。太陽(yáng)能電池技術(shù)的時(shí)代終于到來(lái)。  
1960年代開(kāi)始，美國發(fā)射的人造衛星就已經(jīng)利用太陽(yáng)能電池做為能量的來(lái)源。  
1970年代能源危機時(shí)，讓世界各國察覺(jué)到能源開(kāi)發(fā)的重要性。1973年發(fā)生了石油危機，人們開(kāi)始把太陽(yáng)能電池的應用轉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(yáng)能裝置，更朝商業(yè)化的目標前進(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(yáng)能電廠(chǎng)，它的發(fā)電量可以高達16百萬(wàn)瓦特。南非、博茨瓦納、納米比亞和非洲南部的其他國家也設立專(zhuān)案，鼓勵偏遠的鄉村地區安裝低成本的太陽(yáng)能電池發(fā)電系統。 
推行太陽(yáng)能發(fā)電最積極的國家首推日本。1994年日本實(shí)施補助獎勵辦法，推廣每戶(hù)3,000瓦特的“市電并聯(lián)型太陽(yáng)光電能系統”。在第一年，政府補助49％的經(jīng)費，以后的補助再逐年遞減。到了1996年，日本有2,600戶(hù)裝置太陽(yáng)能發(fā)電系統，裝設總容量已經(jīng)有8百萬(wàn)瓦特。一年后，已經(jīng)有9,400戶(hù)裝置，裝設的總容量也達到了32百萬(wàn)瓦特。由于環(huán)保意識的高漲和政府補助金的制度，日本住家用太陽(yáng)能電池的需求量，也急速增加。 
在中國，太陽(yáng)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(yáng)能光電建筑等大型太陽(yáng)能工程進(jìn)行補貼。[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(kāi)的兩個(gè)簡(jiǎn)單的鋁電極組成，GFP置于兩電極中間并起連接作用。當把紫外光放進(jìn)來(lái)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(lái)驅動(dòng)微小的納米設備。
 
太陽(yáng)能電池發(fā)展：
太陽(yáng)能電池的發(fā)展趨勢：改善太陽(yáng)能電池的性能,降低制造成本以及減少大規模生產(chǎn)對環(huán)境造成的影響是未來(lái)太陽(yáng)能電池發(fā)展的主要方向. 作為太陽(yáng)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(chǎng)的主導產(chǎn)品; (2) Ⅲ- Ⅴ族化合物及CIS 等屬于稀有元素,盡管轉換效率很高,但從材料來(lái)源看,這類(lèi)太陽(yáng)能電池不可能占據主導地位; (3) 有機太陽(yáng)能電池對光的吸收效率低,從而導致轉換效率低; (4) 染料敏化納米TiO2 薄膜太陽(yáng)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(wèn)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(yáng)能電池成為一個(gè)必然方向. 目前,大部分全固態(tài)太陽(yáng)能電池光電轉換率都不很理想. 納米晶太陽(yáng)能電池以其高效、低價(jià)、無(wú)污染的巨大優(yōu)勢挑戰未來(lái),我們相信,隨著(zhù)科技發(fā)展以及研究推進(jìn),這種太陽(yáng)能電池應用前景廣闊無(wú)限。
數據顯示2012年，我國太陽(yáng)能電池繼續保持產(chǎn)量和性?xún)r(jià)比優(yōu)勢，國際競爭力愈益增強。產(chǎn)量持續增大，預計2012年，我國太陽(yáng)能電池產(chǎn)能將超過(guò)40GW，產(chǎn)量將超過(guò)24GW，仍將占據全球半壁江山。
隨著(zhù)太陽(yáng)能電池行業(yè)的不斷發(fā)展，內業(yè)競爭也在不斷加劇，大型太陽(yáng)能電池企業(yè)間并購整合與資本運作日趨頻繁，國內優(yōu)秀的太陽(yáng)能電池生產(chǎn)企業(yè)愈來(lái)愈重視對行業(yè)市場(chǎng)的研究，特別是對產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境和產(chǎn)品購買(mǎi)者的深入研究。正因為如此，一大批國內優(yōu)秀的太陽(yáng)能電池品牌迅速崛起，逐漸成為太陽(yáng)能電池行業(yè)中的翹楚。
 
太陽(yáng)能電池發(fā)電成本：
光伏發(fā)電成本隨著(zhù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不斷降低，其中光伏組件成本30年來(lái)幾乎降低了2個(gè)數量級。隨著(zhù)技術(shù)進(jìn)步，產(chǎn)業(yè)規模不斷擴大，光伏發(fā)電的成本將繼續不斷降低。     
據有關(guān)資料統計顯示，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,而光伏系統成本則分別為10-20美元/Wp、7-15美元/Wp、3-7美元/Wp。
據了解，我國太陽(yáng)能電池組件目前的價(jià)格大約為3.95美元/瓦，并網(wǎng)系統價(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)光伏系統的前期研究表明，目前太陽(yáng)光轉化成電能的轉化率不到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(wú)論是由用戶(hù)分攤還是由國家補貼，大規模推廣使用太陽(yáng)能的阻力很大。暫時(shí)還無(wú)法同火電、風(fēng)電等競爭。     
然而世界上近期的大規模市場(chǎng)發(fā)展和快速的技術(shù)進(jìn)步正在使光伏系統設備和發(fā)電成本有效降低，預計到2010年光伏系統將降到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(qián)左右。     
預計到2020年太陽(yáng)能發(fā)電成本將進(jìn)一步下降，為2010年的一半，到2030年預計為2020年水平的一半。
 
太陽(yáng)能電池制造材料：
太陽(yáng)電池的材料種類(lèi)非常的多，可以有非晶硅、多晶硅、CdTe、CuInxGa(1-x)Se2等半導體的、或三五族、二六族的元素鏈結的材料，簡(jiǎn)單地說(shuō)，凡光照后，而產(chǎn)生電能的，就是太陽(yáng)電池尋找的材料。  
太陽(yáng)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(zhù)在低價(jià)的襯背上。市場(chǎng)生產(chǎn)和使用的太陽(yáng)能光伏電池大多數是用晶體硅材料制作的，2006年占93％左右；未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)是薄膜太陽(yáng)電池，它因用材少、重量小、外表光滑、安裝方便而更具發(fā)展潛力。
 
太陽(yáng)能電池工藝形式：
太陽(yáng)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、或相溶后冷卻結成多晶的塊材，薄膜式是可和建筑物有較佳結合，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(yáng)電池：第一代基板硅晶(Silicon Based)、第二代為薄膜(Thin Film)、第三代新觀(guān)念研發(fā)(New Concept)、第四代復合薄膜材料。
 
太陽(yáng)能電池應用：
9.1用戶(hù)太陽(yáng)能電源：
（1）小型電源10-100W不等，用于邊遠無(wú)電地區如高原、海島、牧區、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；
（3）光伏水泵：解決無(wú)電地區的深水井飲用、灌溉。 
9.2交通領(lǐng)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(wú)線(xiàn)電話(huà)亭、無(wú)人值守道班供電等。 
9.3通訊/通信領(lǐng)域：太陽(yáng)能無(wú)人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播/通訊/尋呼電源系統；農村載波電話(huà)光伏系統、小型通信機、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(mén)陰極保護太陽(yáng)能電源系統、石油鉆井平臺生活及應急電源、海洋檢測設備、氣象/水文觀(guān)測設備等。 
9.5家庭燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營(yíng)燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節能燈等。 
9.6光伏電站：10KW-50MW獨立光伏電站、風(fēng)光（柴）互補電站、各種大型停車(chē)廠(chǎng)充電站等。 
9.7太陽(yáng)能建筑：將太陽(yáng)能發(fā)電與建筑材料相結合，使得未來(lái)的大型建筑實(shí)現電力自給，是未來(lái)一大發(fā)展方向。 
9.8其他領(lǐng)域包括：
（1）與汽車(chē)配套：太陽(yáng)能汽車(chē)/電動(dòng)車(chē)、電池充電設備、汽車(chē)空調、換氣扇、冷飲箱等；
（2）太陽(yáng)能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統；
（3）海水淡化設備供電；
（4）衛星、航天器、空間太陽(yáng)能電站等。