太陽(yáng)能電池又稱為“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(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(yáng)能光伏（Photovoltaic，縮寫為PV），簡(jiǎn)稱光伏。太陽(yáng)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)工作的晶硅太陽(yáng)能電池為主流，而以光化學(xué)效應(yīng)工作的薄膜電池實(shí)施太陽(yáng)能電池則還處于萌芽階段。
太陽(yáng)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(yáng)）輻射出不同波長(zhǎng)（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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)小于1100nm的光線才可以使晶體硅產(chǎn)生光電效應(yīng)。
太陽(yáng)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(huì)產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。按照制作材料分為硅基半導(dǎo)體電池、染料敏電池、有機(jī)材料電池等。對(duì)于太陽(yáng)電池來說最重要的參數(shù)是轉(zhuǎn)換效率，在實(shí)驗(yàn)室所研發(fā)的硅基太陽(yáng)能電池中，單晶硅太陽(yáng)電池的效率為25.0%，多晶硅太陽(yáng)電池的效率為20.4%，單晶體硅薄膜太陽(yáng)電池的效率為16.7%，非晶硅薄膜太陽(yáng)電池的效率為10.1%
簡(jiǎn)單的說，太陽(yáng)光電的發(fā)電原理，是利用太陽(yáng)電池吸收0.4μm～1.1μm波長(zhǎng)（針對(duì)硅晶）的太陽(yáng)光，將光能直接轉(zhuǎn)變成電能輸出的一種發(fā)電方式。
太陽(yáng)能電池是一種可以將能量轉(zhuǎn)換的光電元件，其基本構(gòu)造是運(yùn)用P型與N型半導(dǎo)體接合而成的。半導(dǎo)體最基本的材料是“硅”，它是不導(dǎo)電的，但如果在半導(dǎo)體中摻入不同的雜質(zhì)，就可以做成P型與N型半導(dǎo)體，再利用P型半導(dǎo)體有個(gè)電洞（P型半導(dǎo)體少了一個(gè)帶負(fù)電荷的電子，可視為多了一個(gè)正電荷），與N型半導(dǎo)體多了一個(gè)自由電子的電位差來產(chǎn)生電流，所以當(dāng)太陽(yáng)光照射時(shí)，光能將硅原子中的電子激發(fā)出來，而產(chǎn)生電子和空穴的對(duì)流，這些電子和空穴均會(huì)受到內(nèi)建電位的影響，分別被N型及P型半導(dǎo)體吸引，而聚集在兩端。此時(shí)外部如果用電極連接起來，形成一個(gè)回路，這就是太陽(yáng)電池發(fā)電的原理。
太陽(yáng)能電池工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體PN結(jié)的光生伏打效應(yīng)。
所謂光生伏打效應(yīng)就是當(dāng)物體受到光照時(shí)，物體內(nèi)的電荷分布狀
態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)和電流的一種效應(yīng)。當(dāng)太陽(yáng)光或其他光照射半導(dǎo)體的PN結(jié)時(shí)，就會(huì)在PN結(jié)的兩邊出現(xiàn)電壓，叫做光生電壓。 光生伏打效應(yīng)： 當(dāng)光照射到pn結(jié)上時(shí)，產(chǎn)生電子--空穴對(duì)，在半導(dǎo)體內(nèi)部P-N結(jié)附近生成的載流子沒有被復(fù)合而到達(dá)空間電荷區(qū)，受內(nèi)部電場(chǎng)的吸引，電子流入n區(qū)，空穴流入p區(qū)，結(jié)果使n區(qū)儲(chǔ)存了過剩的電子，p區(qū)有過剩的空穴。它們?cè)趐-n結(jié)附近形成與勢(shì)壘方向相反的光生電場(chǎng)。光生電場(chǎng)除了部分抵消勢(shì)壘電場(chǎng)的作用外，還使p區(qū)帶正電，N區(qū)帶負(fù)電，在N區(qū)和P區(qū)之間的薄層就產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這就是光生伏特效應(yīng)。
當(dāng)把能量加到純硅中時(shí)（比如以熱的形式），它會(huì)導(dǎo)致幾個(gè)電子脫離其共價(jià)鍵并離開原子。每有一個(gè)電子離開，就會(huì)留下一個(gè)空穴。然后，這些電子會(huì)在晶格周圍四處游蕩，尋找另一個(gè)空穴來安身。這些電子被稱為自由載流子，它們可以運(yùn)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(gè)電子）的某個(gè)“多余”的電子逸出，當(dāng)利用磷原子摻雜時(shí)，得到的硅被成為N型（“n”表示負(fù)電），太陽(yáng)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(gè)而不是四個(gè)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▽?shí)際是電子離開造成的，因此它們帶有相反（正）的電荷。它們像電子一樣四處移動(dòng)。電場(chǎng)是在N型硅和P型硅接觸的時(shí)候形成的。在交界處，它們確實(shí)會(huì)混合形成一道屏障，使得N側(cè)的電子越來越難以抵達(dá)P側(cè)。最終會(huì)達(dá)到平衡狀態(tài)，這樣我們就有了一個(gè)將兩側(cè)分開的電場(chǎng)。
這個(gè)電場(chǎng)相當(dāng)于一個(gè)二極管，允許（甚至推動(dòng)）電子從P側(cè)流向N側(cè)，而不是相反。 當(dāng)光以光子的形式撞擊太陽(yáng)能電池時(shí)，其能量會(huì)使電子空穴對(duì)釋放出來。 每個(gè)攜帶足夠能量的光子通常會(huì)正好釋放一個(gè)電子，從而產(chǎn)生一個(gè)自由的空穴。如果這發(fā)生在離電場(chǎng)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(nèi)，則電場(chǎng)會(huì)將電子送到N側(cè)，將空穴送到P側(cè)。這會(huì)導(dǎo)致電中性進(jìn)一步被破壞，如果我們提供一個(gè)外部電流通路，則電子會(huì)經(jīng)過該通路，流向它們的原始側(cè)（P側(cè)），在那里與電場(chǎng)發(fā)送的空穴合并，并在流動(dòng)的過程中做功。
只有達(dá)到一定的能量——單位為電子伏特（eV），由電池材料（對(duì)于晶體硅，約為1.1eV）決定——才能使電子逸出。我們將這個(gè)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(huì)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(xiàng)技術(shù)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(gè)電場(chǎng)。 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(gè)電流稱作短路電流，另一方面，若將PN結(jié)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(fèi)米能級(jí)比P區(qū)的費(fèi)米能級(jí)高，在這兩個(gè)費(fèi)米能級(jí)之間就產(chǎn)生了電位差。可以測(cè)得這個(gè)值，并稱為開路電壓。由于此時(shí)p-n結(jié)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(yáng)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)內(nèi)建電場(chǎng)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(chǎn)生電流。這就是光電效應(yīng)太陽(yáng)能電池的工作原理。
太陽(yáng)能發(fā)電有兩種方式，一種是光—熱—電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光—電直接轉(zhuǎn)換方式。
光—熱—電轉(zhuǎn)換
光—熱—電轉(zhuǎn)換方式通過利用太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽(yáng)能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。前一個(gè)過程是光—熱轉(zhuǎn)換過程；后一個(gè)過程是熱—電轉(zhuǎn)換過程，與普通的火力發(fā)電一樣。太陽(yáng)能熱發(fā)電的缺點(diǎn)是效率很低而成本很高，估計(jì)它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍。一座1000MW的太陽(yáng)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(yīng)用于特殊的場(chǎng)合，而大規(guī)模利用在經(jīng)濟(jì)上很不合算，還不能與普通的火電站或核電站相競(jìng)爭(zhēng)。
光—電直接轉(zhuǎn)換
太陽(yáng)能電池發(fā)電是根據(jù)特定材料的光電性質(zhì)制成的。黑體（如太陽(yáng)）輻射出不同波長(zhǎng)（對(duì)應(yīng)于不同頻率）的電磁波， 如紅外線、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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)小于1100nm的光線才可以使晶體硅產(chǎn)生光電效應(yīng)。 太陽(yáng)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(huì)產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。按照制作材料分為硅基半導(dǎo)體電池、CdTe薄膜電池、CIGS薄膜電池、染料敏化薄膜電池、有機(jī)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(duì)于太陽(yáng)電池來說最重要的參數(shù)是轉(zhuǎn)換效率，在實(shí)驗(yàn)室所研發(fā)的硅基太陽(yáng)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(dá)19.6%，CdTe薄膜電池效率達(dá)16.7%，非晶硅（無定形硅）薄膜電池的效率為10.1%。
太陽(yáng)電池是一種可以將能量轉(zhuǎn)換的光電元件，其基本構(gòu)造是運(yùn)用P型與N型半導(dǎo)體接合而成的。半導(dǎo)體最基本的材料是“硅”，它是不導(dǎo)電的，但如果在半導(dǎo)體中摻入不同的雜質(zhì)，就可以做成P型與N型半導(dǎo)體，再利用P型半導(dǎo)體有個(gè)空穴（P型半導(dǎo)體少了一個(gè)帶負(fù)電荷的電子，可視為多了一個(gè)正電荷），與N型半導(dǎo)體多了一個(gè)自由電子的電位差來產(chǎn)生電流，所以當(dāng)太陽(yáng)光照射時(shí)，光能將硅原子中的電子激發(fā)出來，而產(chǎn)生電子和空穴的對(duì)流，這些電子和空穴均會(huì)受到內(nèi)建電位的影響，分別被N型及P型半導(dǎo)體吸引，而聚集在兩端。此時(shí)外部如果用電極連接起來，形成一個(gè)回路，這就是太陽(yáng)電池發(fā)電的原理。
簡(jiǎn)單的說，太陽(yáng)光電的發(fā)電原理，是利用太陽(yáng)電池吸收0.4μm～1.1μm波長(zhǎng)（針對(duì)硅晶）的太陽(yáng)光，將光能直接轉(zhuǎn)變成電能輸出的一種發(fā)電方式。
?。?）鋼化玻璃其作用為保護(hù)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。
?。?） EVA 用來粘結(jié)固定鋼化玻璃和發(fā)電主體（如電池片），透明EVA材質(zhì)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(zhì)量除了EVA本身的質(zhì)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(dá)標(biāo)，EVA與鋼化玻璃、背板粘接強(qiáng)度不夠，都會(huì)引起EVA提早老化，影響組件壽命。主要粘結(jié)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(chǎng)上主流的是晶體硅太陽(yáng)電池片、薄膜太陽(yáng)能電池片，兩者各有優(yōu)劣。晶體硅太陽(yáng)能電池片，設(shè)備成本相對(duì)較低，光電轉(zhuǎn)換效率也高，在室外陽(yáng)光下發(fā)電比較適宜，但消耗及電池片成本很高；薄膜太陽(yáng)能電池，消耗和電池成本很低，弱光效應(yīng)非常好，在普通燈光下也能發(fā)電，但相對(duì)設(shè)備成本較高，光電轉(zhuǎn)化效率相對(duì)晶體硅電池片一半多點(diǎn)，如計(jì)算器上的太陽(yáng)能電池。
?。?）背板作用，密封、絕緣、防水（一般都用TPT、TPE等材質(zhì)必須耐老化，大部分組件廠家都是質(zhì)保25年，鋼化玻璃，鋁合金一般都沒問題，關(guān)鍵就在與背板和硅膠是否能達(dá)到要求）。
?。?）鋁合金保護(hù)層壓件，起一定的密封、支撐作用。
?。?）接線盒保護(hù)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)，起到電流中轉(zhuǎn)站的作用，如果組件短路接線盒自動(dòng)斷開短路電池串，防止燒壞整個(gè)系統(tǒng)接，線盒中最關(guān)鍵的是二極管的選用，根據(jù)組件內(nèi)電池片的類型不同，對(duì)應(yīng)的二極管也不相同。
（7）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(guó)內(nèi)普遍使用硅膠，工藝簡(jiǎn)單，方便，易操作，而且成本很低。
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