硅太陽能電池原理

　　太陽能電池是一種對(duì)光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如：?jiǎn)尉Ч瑁嗑Ч?，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)以晶體硅為例描述光發(fā)電過程。P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅，形成P-N結(jié)。

　　當(dāng)光線照射太陽電池表面時(shí)，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在P-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過程的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。

　　硅太陽能電池分類

　　硅太陽能電池是以硅為基體材料的太陽能電池。按硅片厚度的不同，可分為晶體硅太陽能電池和薄膜硅太陽能電池。按材料的結(jié)晶形態(tài)，晶體硅太陽能電池有單晶硅（c-Si）和多晶硅（p-Si）太陽能電池兩類；薄膜硅太陽能電池分為非晶硅（a-Si）薄膜太陽能電池、微晶硅（c-Si）太陽能電池和多晶硅（p-Si）薄膜太陽能電池三種。

　　單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。在實(shí)驗(yàn)室里最高的轉(zhuǎn)換效率為24.7%（理論最高光電轉(zhuǎn)化效率為25%），規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的效率為18%（截至2011年）。在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于單晶硅成本價(jià)格高，大幅度降低其成本很困難，為了節(jié)省硅材料，發(fā)展了多品硅薄膜和非晶硅薄膜作為單晶硅太陽能電池的替代產(chǎn)品。

　　多晶硅太陽能電池一般采用低等級(jí)的半導(dǎo)體多晶硅，或者專門為太陽能電池使用而生產(chǎn)的鑄造多晶硅等材料。與單晶硅太陽能電池相比，多晶硅太陽能電池成本較低，而且轉(zhuǎn)換效率與單晶硅太陽能電池比較接近，它是太陽能電池的主要產(chǎn)品之一。多晶硅太陽能電池硅片制造成本低，組件效率高，規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的效率已達(dá)18%左右。多晶硅太陽能電池占據(jù)主流，除取決于此類電池的優(yōu)異性能外，還在于其充足、廉價(jià)、無毒、無污染的硅原料來源，而近年來多晶硅成本的降低更將使多晶硅太陽能電池大行其道。

　　非晶硅薄膜太陽能電池成本低重量輕，便于大規(guī)模生產(chǎn)，有極大的潛力。非晶態(tài)硅，其原子結(jié)構(gòu)不像晶體硅那樣排列得有規(guī)則，而是一種不定形晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。非晶硅屬于直接帶系材料，對(duì)陽光吸收系數(shù)高，只需要1μm厚的薄膜就可以吸收80%的陽光。非晶硅薄膜太陽能電池于1976年問世，南于硅原料不足和價(jià)格上漲，促進(jìn)了高效使用硅的技術(shù)和非晶硅薄膜系太陽能電池的開發(fā)。非晶硅薄膜電池低廉的成本彌補(bǔ)了其在光電轉(zhuǎn)換效率上的不足。但是南于非晶硅缺陷較多，制備的太陽能電池效率偏低，且受制于其材料引發(fā)的光電效率衰退效應(yīng)，穩(wěn)定性不高，直接影響了它的實(shí)際應(yīng)用。

　　微晶硅（μc-Si）薄膜太陽能電池同樣由于光電效率衰退效應(yīng)致使其性能不穩(wěn)定。發(fā)展受到一定的限制。

　　多晶硅薄膜太陽能電池是近年來太陽能電池研究的熱點(diǎn)。雖然多晶硅屬于間接帶隙材料，不是理想的薄膜太陽能電池材料，但是隨著陷光技術(shù)、鈍化技術(shù)以及載流子束縛技術(shù)的不斷發(fā)展，人們完全有可能制備出高效、廉價(jià)的多晶硅薄膜太陽能電池。
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