太陽(yáng)能電池及其應(yīng)用技術(shù)分析

楊丹

(國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心,江蘇蘇州 215163)

太陽(yáng)能電池及其應(yīng)用技術(shù)分析

楊丹

(國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心,江蘇蘇州 215163)

隨著我國(guó)在可持續(xù)發(fā)展觀的理念逐漸深入背景下,走可持續(xù)發(fā)展道路已成為必然,通過(guò)對(duì)可再生能源的充分利用不僅能夠起到保護(hù)自然資源的作用,同時(shí)也能夠起到對(duì)環(huán)境的保護(hù)作用。太陽(yáng)能作為取之不盡用之不竭的純凈能源,對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用在近些年的發(fā)展過(guò)程中愈來(lái)愈受到人們的關(guān)注。本文則主要就太陽(yáng)能電池和相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析,希望能夠通過(guò)此次的理論研究對(duì)實(shí)際發(fā)展有所裨益。

太陽(yáng)能 應(yīng)用技術(shù) 環(huán)境

1 太陽(yáng)能電池的類型及工作原理分析

1.1 太陽(yáng)能電池的類型分析

按照不同的標(biāo)準(zhǔn)能夠?qū)⑻?yáng)能電池分成不同的類型，按照結(jié)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行分類主要能夠分為異質(zhì)結(jié)電池、同質(zhì)結(jié)電池、光化學(xué)電池、肖特基結(jié)電池。以異質(zhì)結(jié)電池為例，它主要是通過(guò)兩種不同的半導(dǎo)體材料，在相接的界面上構(gòu)成一個(gè)異質(zhì)結(jié)的太陽(yáng)能電池，倘若是兩種異質(zhì)材料晶格結(jié)構(gòu)相近，以及界面的晶格匹配比較完好，那么就稱為是異質(zhì)面電池[1]。按照材料進(jìn)行分類，就能夠分為單晶硅太陽(yáng)能電池、多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池、非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池、多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池。經(jīng)過(guò)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)在已經(jīng)有了新型材料的太陽(yáng)能電池，例如燃料敏感化太陽(yáng)能電池以及化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池。

1.2 太陽(yáng)能電池的工作原理分析

太陽(yáng)能電池在工作原理方面主要是基于半導(dǎo)體光生伏特效應(yīng)，然后將太陽(yáng)能輻射能直接的轉(zhuǎn)化為電能，在晶體中的電子數(shù)目總是和核電荷數(shù)相一致，故此P型硅以及N型硅對(duì)外部來(lái)說(shuō)是電中性的。將其在太陽(yáng)光下進(jìn)行照射，只是被加熱，在外部沒(méi)有發(fā)生任何變化，盡管是光的能量通過(guò)電子從化學(xué)鍵當(dāng)中得到釋放，由此也會(huì)產(chǎn)生電子空穴對(duì)，而在短時(shí)間內(nèi)又被捕獲，就成了電子和空穴復(fù)合。針對(duì)不同的材料太陽(yáng)能電池而言，光譜相應(yīng)范圍也有所不同，但在光電轉(zhuǎn)換的原理是相同的[2]。在P-N結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，N區(qū)空穴向P區(qū)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，電子則是相反進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，最終形成太陽(yáng)能電池受到光面大量負(fù)電荷積累，在電池背面有大量正電荷積累，通過(guò)導(dǎo)線進(jìn)行連接負(fù)載就能夠有電流通過(guò)。

2 太陽(yáng)能電池的制作、性能及應(yīng)用技術(shù)分析

2.1 太陽(yáng)能電池的制作與性能分析

太陽(yáng)能電池的硅材料原料是石英砂，將其放入到電爐中用碳加以還原能夠得到冶金硅，好的冶金硅在純度上能夠達(dá)到百分之九十八到九十九。太陽(yáng)能電池的制作過(guò)程主要就是：將切好的硅片表面可能有油脂及金屬屑等污染物，通過(guò)化學(xué)劑進(jìn)行清洗。然后將切割的硅片表面留下切割損傷，通過(guò)表面腐蝕去除。在表面硅片基礎(chǔ)上能夠制作P-N結(jié)，這是比較關(guān)鍵的一個(gè)工藝，空間用太陽(yáng)能電池的電極通常是采取真空蒸鍍以及光刻技術(shù)制備，制備柵線電極遮光面積小能夠提高短路電流以及轉(zhuǎn)換的效率，然后進(jìn)行測(cè)試分檔[3]。

太陽(yáng)能電池的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試溫度在二十五攝氏度，但在實(shí)際的工作溫度卻要高很多，開(kāi)路電壓隨溫度的升高而降低，溫度升高一攝氏度電壓就會(huì)降低2—2．6mV，填充因子隨著溫度的升高而降低，短路電流隨著溫度的升高會(huì)在一定程度上升高。從這些方面的情況進(jìn)行綜合來(lái)看，太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率會(huì)隨溫度的升高而降低。在溫度不發(fā)生變化的情況下，光強(qiáng)度的增加，短路電流呈線性增大，而此時(shí)的開(kāi)路電壓會(huì)呈現(xiàn)對(duì)數(shù)的增加。

2.2 太陽(yáng)能電池的應(yīng)用技術(shù)分析

太陽(yáng)能電池最大功率跟蹤技術(shù)的實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，實(shí)質(zhì)上是動(dòng)態(tài)尋優(yōu)的過(guò)程，通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能電池當(dāng)前的輸出電壓以及電流的檢測(cè)，得到當(dāng)前太陽(yáng)能電池輸出功率，然后和已經(jīng)儲(chǔ)存前一刻的功率相比較，進(jìn)行舍小取大，然后再次的檢測(cè)和比較，這樣就能夠?qū)⑻?yáng)能電池動(dòng)態(tài)的工作在最大的功率點(diǎn)上。

太陽(yáng)能發(fā)電應(yīng)用領(lǐng)域中，盡可能提高太陽(yáng)能電池板的輸出功率，太陽(yáng)能電池輸出特性為非線性，并受到光照強(qiáng)度以及環(huán)境溫度影響。其中最大功率跟蹤在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用方面，主要體現(xiàn)在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)上，負(fù)載所消耗的能量，均是通過(guò)太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行提供的，所以太陽(yáng)能電池方陣光照射時(shí)所產(chǎn)生的電力是系統(tǒng)中的主要能量來(lái)源[4]。

而在并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)方面，這一光伏系統(tǒng)的最大特征就是太陽(yáng)能電池組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過(guò)并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電后直接接入公共電網(wǎng)。太陽(yáng)能電池組件在陰雨天氣或者是晚上沒(méi)有產(chǎn)生電能，以及產(chǎn)生的電能不能滿足實(shí)際的需求負(fù)載，就可通過(guò)電網(wǎng)進(jìn)行供電。

太陽(yáng)能發(fā)電由于受到晝夜以及晴雨等諸多因素的影響，故此能夠?qū)ζ溥M(jìn)行分散進(jìn)行，太陽(yáng)能電池已經(jīng)日益成為家用電器的能源心臟。其中太陽(yáng)能電話就是以太陽(yáng)能作為主要能源的無(wú)線電話，它通過(guò)頂端安裝太陽(yáng)能接收板，可不斷給電池進(jìn)行充電，只需要在陽(yáng)光下充電幾個(gè)小時(shí)就能夠使用十多天。

近些年的太陽(yáng)能電池利用在技術(shù)上不斷的得到突破，使得太陽(yáng)能光電池的商業(yè)化應(yīng)用要比人們預(yù)想的要快。最初的太陽(yáng)能電池主要是用在人造衛(wèi)星以及軍用航海等領(lǐng)域，在這些方面發(fā)揮著重要的作用。當(dāng)前人們已經(jīng)能夠?qū)μ?yáng)能電池的光電效應(yīng)和利用有了很大程度的了解，這些也是太陽(yáng)能電池發(fā)展的一個(gè)重要因素。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著當(dāng)前我國(guó)的經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，對(duì)資源的需求量會(huì)愈來(lái)愈大，加強(qiáng)對(duì)可再生能源以及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用對(duì)推動(dòng)我國(guó)的綠色發(fā)展有著重要作用。太陽(yáng)能電池的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用正是很好的新能源替代不可再生能源的典型示范，故此要能夠在這一方面的理論研究及實(shí)踐進(jìn)一步的加強(qiáng)。

[1]張世偉.薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)及市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀[J].科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力,2012,(07).

[2]王恩忠.薄膜太陽(yáng)電池介紹及應(yīng)用發(fā)展[J].新材料產(chǎn)業(yè),2013,(09).

[3]吳江宏,胡社軍,王憶,范東華,李昌明.單晶硅太陽(yáng)電池表面絨面制備及其性質(zhì)研究[J].化工技術(shù)與開(kāi)發(fā),2014,(08).

[4]于靜,王宇,耿魁偉.晶硅太陽(yáng)電池工業(yè)生產(chǎn)中制絨工藝與設(shè)備設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].電子工業(yè)專用設(shè)備,2013,(04).

楊丹(1986—),女,湖北省襄陽(yáng)市人,工作單位:國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心,職務(wù):無(wú),研究方向:太陽(yáng)能跟蹤、發(fā)電。