美的太阳能讲解太阳能光电转换
太阳能的光电转换是指太阳的辐射能光子通过半导体物质转变为电能的过程，称为光伏效应。太阳能电池就是利用这种效应制成的一种器件，所以也叫光伏电池。实质上它是一种物理电源，与普通化学电源的干电池、雷电他是完全不同的*太阳能电他理论上的寿命是非常长的，只要有光子照射，它就能发出电来。当然，这种光电转换不同于机械发电，它没有机械转动和磨损。
太阳能电他的工作原理是：当太阳光照射到半导体上时，其中一部分被表面反射，其余部分被半导体吸收或透过。被吸收的光子有一些转变成热能，另一些光于则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子一空穴对。这样，光能就以产生电子一—空定对的形式转变为电能*如果半导体内存在P—N结，则在P型和N型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向N区，空穴驱向P区，从而使得N区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，在P—N结附近形成与势垒电场方向相反的光生电场。光生电场的一部分除抵消势垒电场外，还使P型层带正电，N型层带负电，这样在N区与P区之间的薄层产生所谓光伏电动势。若分别在P型层和N型层焊上金属引线，接通负载，则外电路便有电流通过。如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来，就能产生一定的电压和电流，输出功率。图2．16为硅太阳电池光电转换示意图。
已知的制造太阳能电池的半导体材料有十几种，因此太阳能电池的种类也很多。目前，术上最成熟并具有商业价值的太阳能电池是硅太阳能电池。在现有的太阳能电池中，除了各种硅太阳能电他外，还有多元化合物太阳能电池、液结太阳能电池、聚光太阳能电池等。
1)硅太阳能电池
硅是地球上最丰富的元素之一。人们首先使用高纯硅制造太阳能电池，即单晶硅太阳能电他。由于高纯硅材料昂贵，所以这种太阳能电池成本过高，初期多用于空间技术作为特殊电源，供人造卫星使用。20世纪70年代开始，把硅太阳能电池转向地面应用。采用皮次单品硅或较纯的冶金硅专门生产太阳能级硅材料，以及利用多晶硅生产硅太阳能电池，均能大幅度降低太阳能电他的造价。
(1)单晶硅太阳能电池
单晶硅太阳能电他的原料为高纯度(9g．999％)的单品硅。目前大部分利用半导体器件加工时切除的头尾料或废次单品硅，经过单晶炉的复拉，生产专供太阳能电池使用的单晶硅。国外也有用较纯硅材科室接拉制太阳能级单晶硅的。制造单晶硅太阳能电池，首先将单晶硅切成约o．3mm的薄片，经过整形和抛、磨、洗等工序，然后在硅片上进行掺杂利扩散*一般掺杂物为微量的硼、磷、镑、锑等。扩散是在高温扩散妒中进行。首先在硅片浅层上形成1L—N结。然后在真空镀膜机中将此种硅片蒸镀上、下电极。为了加速电极制作过程，免除真空镀膜的大量耗电，现在已采用银浆丝网印刷法制作上电极栅线，经过烧结而成牢固的电极。最后，还要在硅片表面涂覆一层减反射膜，以防止大量光子被光滑的硅片表面反射。至此，单晶硅太阳能电他的单体就制作完毕。为适应不同用电的需要，可将这些单体电池进行串联和并联，用封装材料及框架做成不同的组件，每个组件都有电源引出线。再按用电功率的大小，将许多组件安装排列成太阳能电他阵列。目前，地面使用的单品硅太阳朗电他组件的光电转换效率一般为10％左右，空间技术使用的太阳能电池则要求在U％以上。
单片单品硅太阳能电他的外形有圆片和方片两种Pb于拉制的单晶硅棒都是圆柱状，为了切片方便，提高材料的利用率，一般地面使用的硅太阳能电池都做成图片形。考虑到组装时充分利用组件的平面面积，也有做成半圆形的。但空间使用的太阳能电池，由于面积和重量有限，必须做成方形片，以便于紧密排列。图2．17为各种单晶硅太阳能电他的外形。
(2)多晶硅太阳能电池
单晶避太阳能电他的发展非常迅速。随着电他制备和封装工艺的不断改进，在单品硅太阳能电池总成本中，硅材料所占比重已由原先的1／3上升到1／2。生产厂家希望在不降低光电转换效率的前提下，找到替代单晶硅的材料。目前，比较适用的材料就是多晶硅。多品硅太阳能电他的电性能和机械性能都与单晶硅太阳能电池基本相似，而生产成本却低于单品硅太阳能电他。20世纪80年代开始，德国、法国、美国、日本、意大利等先后投人工业化生产多品硅太阳能电池，并大幅度降低单晶硅太阳能电他的产旦。
在实验室条件下，可以制备的多品硅太阳能电他的转换效率最高可达18％。工业化生产的多晶硅太阳能电他的光电转换效率为10％左右。中国研制的多晶硅材料已试制出太阳能电池，光电转换效率8％一11％，最高可达12％。
(3)非晶硅太阳能电池
非晶硅太阳能电池又称无定形硅太阳能电池，简称*st太阳能电他，是最理想的一种廉价太阳能电池。
非晶硅太阳能电他的最大特点是薄，不同于单品硅或多晶硅太阳能电池需要以硅片为底衬，而是在玻璃或不锈钢带等材料的表面镀上一层薄薄的硅膜，其厚度只有单晶硅片的1／300。因此，可以大量节省硅材料，加之可连续化大面积生产，能耗和成本也大幅度降低。由于电他本身是薄膜型的，太阳的光可以穿透，所以还可做成墨层式的电池，以提高电池的电压。通常单晶硅太阳能电他每个单体只有o．5v左右的电压，必须几个单体串联起来，才能获得一定的电压。一个非晶硅太阳能电池就能做到几伏电压，使用比较方便。
2)多元化合物太阳能电池
多元化合物太阳能电池是指不是用单一元素半导体制成的太阳能电他，以区别于各种硅太阳能电池。目前，国内外研制的多元化合物太阳能电池品种繁多，较有代表性的有硫化钢太阳能电池和砷化豫等太阳能电他。
(1)硫化闰太阳能电池
用硫化钢材料制作的太阳能电池种类也很多，研究较多的是由硫化亚铜一硫化锅构成的异质结太阳能电池，其中尤以薄膜硫化铜太阳能电池引人注目。这种薄膜太阳能电池轻薄如纸，仅厚50—Ioo Pm，制作工艺简单，可以连续化生产，因此成本低廉。硫化锅太阳能电他的制备方法主要有两种：一种是真空镀膜法；另一种为饶结法。
真空镀腹法是先在玻璃基片上喷涂一层氧化锡透明电极，再用真空镀膜机蒸镀一层多晶硫化钢薄膜，然后用钢扩散制成P—N结，构成太阳电他。新的改进技术是以铂或塑料为基底，先镀一层锌；再蒸镀多晶硫化锦湾膜，厚约15P。；然后在氮化亚铜中浸渍，生成硫化亚铜薄膜，厚约1—5冲’；最后加上铜栅网，制成电极。
饶结法制备硫化锅太阳能电池，是以硫化阂、硫化亚铜饶结在陶瓷上，形成一个个固体电池，所以又叫陶瓷硫化镐太阳能电池。其制作过程是：硫化镐原料在750一800℃通氯条件下预饶，研磨烧结料成纫粉，然后压片成形，经850℃左右的温度饶结，制成N型陶瓷硫化锅墓片，再用化学沉积法或真空蒸发沉积镍制成负电极，而后用浸泡法形成P层，并压粘金属报线网，形成正电极，最后进行封装。一般烧结硫化铜太阳能电池比上述薄膜硫化锅太阳能电他的光电转换效宰耍高，实验室制备可达11％左右，电他的稳定性也较好。我国研制的薄膜硫化锅太阳能电他的光电转换效率达7％，烧结硫化镐太阳能电池达9．5％。
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