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自从1893年法国科学家贝克雷尔(Becqurcl)发现光丝伏打效应以来，到1954研美国贝尔实验室的科学家们成功研发出以P-N结为基本结构的r\tl体硅太阳电池，并率先在太空卫星技术中加以有效应用。至今，光伏发电从理论到实际生产、应用技术，都得到了长足的发展，所以太阳能的光一电转换，通常也被称为太阳能光伏发电。光一伏技术今天已经发展成一个庞大的学科体系，同时造就出一个新兴的产业链。能把太阳光辐射直接转换为电能，采用的是一种硅基半导体器件。当我们将两种导电性质不同的P(N)型半导体和N (P)型半导体作为基础材料在P型基底上用扩散法将更薄的一层N型材料复合到它的表面，并在两者接触的界面上形成一个相互渗透的P-N结之后，这种复合而成的晶体硅半导体材料，当N面受到太阳光线照射时，半导体硅材料中的原子在高能量光子的激发下，在P-N结界而两侧自然形成空电荷分布，并在这种空间电荷区的作用下P-N结两侧的P区和N区分别产生空穴一电子对，电子被驱向N区空穴则被转移到p区；从而在P-N结的两端产生光电动势，形成了带电的电场，此时，如果在P-N结的两侧分别用导线引出电极连接负载电阻，便会有电流通过，同时把能量传递给负载电阻。这就是光生伏打电池将高能太阳光板辐射转换为电能的基本工作原理。 每组太阳电池的最佳负载电阻阻值(即所谓光伏转换效率)，由电池材料的质量、电池板的面积、太阳光辐射能量(短波波段)光子的照射强度以及太阳电池板的温度等因素决定。在太阳光全波段光谱的照射下，每组太阳电池的光电转换效率，都存在一个负的温度系数即短路电流(将太阳电池短路，所得到的电流为短路电流)会随光强增加而略有增加，而开路电压(当短路电流与正向电流之和为0时的电压称为"开路电压。)则随光强的增加而有明显的下降。或者说，每块太阳电池的光电转换效率，即输出功率都会随着P-N结温度的升高，开路电压的下降而下降，所以在对太阳能光一电转换系统进行工程设计时，在其他因素不变的情况下，如何降低太阳电池板的运行温度或者说，怎样保持太阳电池板能够长时间的稳定在最佳L作温度下发电，也是一个不可忽视的技术难题。 按太阳电池生产技术的成熟度来区分，太阳电池从最初品种单一的第一代单晶硅、多ih'l硅系列的晶体健电池延伸出非晶硅的第二代薄膜太阳电池[包括铜锣硒(CIS)、碲化镉(CtlTe)、双结叠层和三结叠层太阳电池、砷化镓太阳电池和纳米二氧化钛染料敏化太阳电池等]第三代的新概念有机电池(包括热光伏电池、量子阱及量千点的超晶格太阳电池、中间带太同1电池、上转换太阳电池、下转换太阳电池、热载流子太阳电池以及碰撞离化太阳电池等一系列新型电池等)，已经形成了一个完整的产品系列，目前，第一代晶体健太阳电池已进人大规模产业化生产阶段；第二代太阳电池则正处于产业化的前期，部分种类刚实现量产，技术成熟度还有待进一步提高第三代高效太阳电池，其中大部分还只停留在概念及理论设计阶段，这一代高效电池的产业化还有待科学家从理论到实践的进一步探索。 单晶硅太阳电池光电转换的实验室效率，从20世纪50年代的6%，直到1997年澳大利亚新南威尔士大学澳籍华裔科学家赵建华所创造的24.7%的高纪录，至今仍未被打破多晶硅电池的实验室效率也达20.3%晶体硅商用电池的效率平均提高到13%-17%非晶硅薄膜电池的实验室效率达到13%左右商用电池的效率也普遍提升到8%～12%。碲化镉(CdTe)达16.4%铜铟硒(CIS)达19.5%。 (责任编辑：中建太阳能) |
