一、太阳能电池及发电原理

太阳能电池是利用太阳光和材料相互作用直接产生电能的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：硅系材料（单晶硅、多晶硅、非晶硅），化合物半导体（砷化镓、硒铟铜）等，它们的发电原理基本相同。

发电原理：太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。 

二、太阳能电池材料发展历程

太阳能电池材料的发展历程可以分为以下三个阶段。

第一代太阳能电池：包括单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池，从1954年单晶硅太阳电池发明开始到现在，硅材料仍然是目前太阳能电池的主要材料，约占整个太阳能电池产量的90%。

第二化太阳能电池：是基于薄膜材料的太阳能电池，薄膜技术所需的材料较晶体硅太阳电池少得多，且易于实现大面积电池的生产，是一种有效降低成本的方法，薄膜电池主要有非晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电池、碲化镉及铜铟硒薄膜电池。

第三代太阳能电池：具有薄膜化、转换效率高、原料丰富且无毒的特性。目前还在进行概念和简单的试验研究，已经提出的第三代太阳能电池主要有叠层太阳电池、多带隙太阳电池和热载流太阳电池等。

三、太阳能电池主要分类

目前太阳能电池主要包括晶体硅电池和薄膜电池两种，它们各自的特点决定了它们在不同应用中拥有不可替代的地位。晶硅电池依旧是太阳能电池的主流，主要应用于太阳能屋顶电站、商业电站和高土地成本的城市电站，是目前技术最成熟、应用最广泛的太阳能光伏产品，占据世界光伏市场80％以上的份额，未来10年晶体硅太阳能电池所占份额尽管会因薄膜太阳能电池的发展等原因而下降，但其主导地位仍不会根本改变；薄膜电池虽然生产材料价格低廉，但一条先进的25MW生产线制造设备动辄花费近10亿元人民币，几乎20倍于同等规模晶硅电池制造设备的投资，这在一定程度上了薄膜电池生产的扩大。如果能够解决转换效率不高、制备薄膜电池所用设备价格昂贵等问题，薄膜电池会有巨大的发展空间。

1、单晶硅太阳能电池

是以高纯的单晶硅棒为原料的太阳能电池，是当前开发得最快的一种太阳能电池。它的构造和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。制造工艺：将单晶硅棒切成片，一般片厚约0.3毫米。硅片经过抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。在硅片上掺杂和扩散，形成P>N结。然后采用丝网印刷法，在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射源，单晶硅太阳能电池的单体片就制成了。单体片经过抽查检验，即可按所需要的规格组装成太阳能电池组件，最后用框架和材料进行封装。目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15％左右，实验室成果也有20％以上的。单晶硅大阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。

2、多晶硅薄膜电池

是近几年来太阳能电池研究的热点。多晶硅薄膜电池是兼具单晶硅电池的高转换效率和长寿命以及非晶硅薄膜电池的材料制备工艺相对简化等优点的新一代电池，其转换效率一般为12%左右，稍低于单晶硅太阳电池，没有明显效率衰退问题，并且有可能在廉价衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜电池，因此，多晶硅薄膜电池已经在太阳能电池市场上占据重要地位，不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。

3、非晶硅薄膜太阳能电池

由于成本低，便于大规模生产，普遍受到人们的重视并得到迅速发展，强生光电的非晶硅薄膜电池组件目前生产成本为每瓦0.85美元（包括折旧费），售价每瓦1美元。强生光电方面预计，2011年强生非晶硅薄膜太阳能组件成本有望降至每瓦0.55-0.60美元。非晶硅薄膜电池的平均转换率在6％-7％之间，最高的可到20％以上。非晶硅太阳能电池由于具有较高的转换效率和较低的成本及重量轻等特点，有着极大的潜力。但同时由于它的稳定性不高，直接影响了它的实际应用。同等发电量的非晶硅薄膜电池，较晶硅电池的占地面积要大出一倍以上，这也是非晶硅薄膜太阳能电池的瓶颈之一。

4、多元化合物薄膜太阳能电池

为了寻找单晶硅电池的替代品,人们除开发了多晶硅、非晶硅薄膜太阳能电池外，又不断研制其它材料的太阳能电池。其中主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。上述电池中，尽管硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。

5、聚合物多层修饰电极型太阳能电池

在太阳能电池中以聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制造的研究方向。由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本底等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研究探索。

6、纳米晶TiO2太阳能电池

优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在10％以上，制作成本仅为硅太阳电池的1/5－1/10．寿命能达到2O年以上。但由于此类电池的研究和开发刚刚起步，估计不久的将来会逐步走上市场。

四、太阳能电池组件

太阳能电池组件由进口（或国产）单晶（或多晶）硅太阳能电池片串并联，用钢化玻璃、EVA及TPT热压密封而成，周边加装铝合金边框，具有抗风、抗冰雹能力强、安装方便等特性。

太阳能电池板组件构成

1、钢化玻璃

　　低铁钢化玻璃（又称白玻璃），厚度3.2毫米，在太阳电池光谱响应的波长范围内（320-1100NM）透光率达90%以上，对于大于1200NM的红外光有较高的反射率。此玻璃同时耐紫外光线的辐照，透光率不下降。 

　　钢化性能符合国标GB9963-88或者封装后的组件抗冲击性能达到国标GB9535-88地面用硅太阳能电池环境试验方法中规定的性能指标。 

2、EVA

　　EVA是一种热融胶粘剂，厚度在0.4毫米-0.6毫米之间，表面平整，厚度均匀，内含交联剂。常温下无黏性且具抗黏性，经过一定调价热压便发生熔融粘接与交联固化，并变的完全透明。固化后的EVA能承受大气变化且具有弹性，它将电池片“上盖下垫”，将其包封，并和上层保护材料-玻璃，下层保护材料背板（TPT，BBF等），利用真空层压技术合为一体。另一方面，它和玻璃粘和后能提高玻璃的透光率，起着增透的作用，并对太阳能电池板的输出有增益作用。 

3、太阳能电池片

　　太阳能电池片是光电转换的最小单元，尺寸一般为125*125或156*156。太阳能电池片的工作电压约为0.5V，一般不能单独作为电源使用。将太阳能电池片进行串并联封装后，就成为太阳能电池板，其功率一般为几瓦到几十瓦，一百瓦到两百瓦以上，可以单独作为电源使用。 

4、背板

背板就是电池板背面的保护材料，一般有TPT，BBF，DNP等等。这些保护材料具有良好的抗环境侵蚀能力，绝缘能力并且可以和EVA良好粘接。太阳电池的背面覆盖物-氟塑料膜为白色，对阳光起反射作用，因此对电池板的效率略有提高，并因其具有较高的红外发射率，还可以降低电池板的工作温度，也有利于电池板的效率。当然，氟塑料膜首先具有太阳电池封装所要求的耐老化、耐腐蚀、不透气等基本要求。 

5、接线盒

　　接线盒一般由ABS制成，并加有防老化和抗紫外辐射剂，能确保电池版纳在室外使用25年以上不出现老化破裂现象。接线柱由外镀镍层的高导电解铜制成，可以确保电气导通及电气连接的可靠。接线盒用硅胶粘接在背板表面。 

6、铝合金边框

边框采用硬制铝合金制成，表面氧化层厚度大于10微米，可以保证在室外环境长达25年以上的使用，不会被腐蚀，牢固耐用。

五、太阳能电池及组件生产工艺

（一）太阳能电池

流程：1、装片 2、制绒、清洗 3、喷涂掺杂 4、烘干 5、扩散 6、去麟玻璃 7、镀膜 8、丝网印刷 9、烧结 10、激光边缘隔离 11、测试分类 

（二）太阳能电池组件

封装：组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键，所以组件板的封装质量非常重要。 

流程：1、电池检测 2、正面焊接—检验 3、背面串接—检验 4、敷设（玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设） 5、层压 6、去毛边（去边、清洗） 7、装边框（涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶） 8、焊接接线盒 9、高压测试 10、组件测试—外观检验 11、包装入库 

六、太阳能电池应用

目前,太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、 通信、家用电器以及公用设施等部门，广泛应用于太阳能照明、灯具、户用供电、公路交通、建筑及光伏电站等领域。尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用，以节省造价很贵的输电线路。下载本文