硅太阳能电池原理说明

　　硅太阳能电池原理

　　太阳能电池是一种对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现以晶体硅为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P-N结。

　　当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。

　　硅太阳能电池分类

　　硅太阳能电池是以硅为基体材料的太阳能电池。按硅片厚度的不同，可分为晶体硅太阳能电池和薄膜硅太阳能电池。按材料的结晶形态，晶体硅太阳能电池有单晶硅（c-Si）和多晶硅（p-Si）太阳能电池两类；薄膜硅太阳能电池分为非晶硅（a-Si）薄膜太阳能电池、微晶硅（c-Si）太阳能电池和多晶硅（p-Si）薄膜太阳能电池三种。

　　单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为24.7%（理论最高光电转化效率为25%），规模生产时的效率为18%（截至2011年）。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多品硅薄膜和非晶硅薄膜作为单晶硅太阳能电池的替代产品。

　　多晶硅太阳能电池一般采用低等级的半导体多晶硅，或者专门为太阳能电池使用而生产的铸造多晶硅等材料。与单晶硅太阳能电池相比，多晶硅太阳能电池成本较低，而且转换效率与单晶硅太阳能电池比较接近，它是太阳能电池的主要产品之一。多晶硅太阳能电池硅片制造成本低，组件效率高，规模生产时的效率已达18%左右。多晶硅太阳能电池占据主流，除取决于此类电池的优异性能外，还在于其充足、廉价、无毒、无污染的硅原料来源，而近年来多晶硅成本的降低更将使多晶硅太阳能电池大行其道。

　　非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，便于大规模生产，有极大的潜力。非晶态硅，其原子结构不像晶体硅那样排列得有规则，而是一种不定形晶体结构的半导体。非晶硅属于直接带系材料，对阳光吸收系数高，只需要1μm厚的薄膜就可以吸收80%的阳光。非晶硅薄膜太阳能电池于1976年问世，南于硅原料不足和价格上涨，促进了高效使用硅的技术和非晶硅薄膜系太阳能电池的开发。非晶硅薄膜电池低廉的成本弥补了其在光电转换效率上的不足。但是南于非晶硅缺陷较多，制备的太阳能电池效率偏低，且受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。

　　微晶硅（μc-Si）薄膜太阳能电池同样由于光电效率衰退效应致使其性能不稳定。发展受到一定的限制。

　　多晶硅薄膜太阳能电池是近年来太阳能电池研究的热点。虽然多晶硅属于间接带隙材料，不是理想的薄膜太阳能电池材料，但是随着陷光技术、钝化技术以及载流子束缚技术的不断发展，人们完全有可能制备出高效、廉价的多晶硅薄膜太阳能电池。
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