太陽能電池及其應用技術(shù)分析

李雪濤

摘 要：隨著當前我國的經(jīng)濟不斷發(fā)展，對資源的需求量會愈來愈大，加強對可再生能源以及相關技術(shù)的發(fā)展及應用對推動我國的綠色發(fā)展有著重要作用。太陽能電池的相關技術(shù)應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踐進一步的加強。

關鍵詞：工作原理；應用；技術(shù)分析

1 太陽能電池的工作原理

太陽能電池是一對光有響應并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同，以晶體為例描述光發(fā)電過程。P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅，形成P-N結(jié)。

當光線照射太陽能電池表面時，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在P-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個過程的實質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程

太陽電池能量轉(zhuǎn)換的基礎是結(jié)的光生伏特效應。當光照射到pn結(jié)上時，產(chǎn)生電子一空穴對，在半導體內(nèi)部結(jié)附近生成的載流子沒有被復合而到達空間電荷區(qū)，受內(nèi)建電場的吸引，電子流入n區(qū)，空穴流入p區(qū)，結(jié)果使n區(qū)儲存了過剩的電子，p區(qū)有過剩的空穴。它們在pn結(jié)附近形成與勢壘方向相反的光生電場。

光生電場除了部分抵消勢壘電場的作用外，還使p區(qū)帶正電，N區(qū)帶負電，在N區(qū)和P區(qū)之間的薄層就產(chǎn)生電動勢，這就是光生伏特效應。此時，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)的費米能級比P區(qū)的費米能級高，在這兩個費米能級之間就產(chǎn)生了電位差?？梢詼y得這個值，并稱為開路電壓。由于此時結(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。

2 太陽能電池的制作、性能及應用技術(shù)分析

2.1 太陽能電池的制作與性能分析

太陽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到百分之九十八到九十九。太陽能電池的制作過程主要就是：將切好的硅片表面可能有油脂及金屬屑等污染物，通過化學劑進行清洗。然后將切割的硅片表面留下切割損傷，通過表面腐蝕去除。在表面硅片基礎上能夠制作P-N結(jié)，這是比較關鍵的一個工藝，空間用太陽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，然后進行測試分檔。

太陽能電池的標準測試溫度在二十五攝氏度，但在實際的工作溫度卻要高很多，開路電壓隨溫度的升高而降低，溫度升高一攝氏度電壓就會降低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在一定程度上升高。從這些方面的情況進行綜合來看，太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率會隨溫度的升高而降低。在溫度不發(fā)生變化的情況下，光強度的增加，短路電流呈線性增大，而此時的開路電壓會呈現(xiàn)對數(shù)的增加。

2.2 太陽能電池的應用技術(shù)分析

太陽能電池最大功率跟蹤技術(shù)的實現(xiàn)應用，實質(zhì)上是動態(tài)尋優(yōu)的過程，通過對太陽能電池當前的輸出電壓以及電流的檢測，得到當前太陽能電池輸出功率，然后和已經(jīng)儲存前一刻的功率相比較，進行舍小取大，然后再次的檢測和比較，這樣就能夠?qū)⑻柲茈姵貏討B(tài)的工作在最大的功率點上。

太陽能發(fā)電應用領域中，盡可能提高太陽能電池板的輸出功率，太陽能電池輸出特性為非線性，并受到光照強度以及環(huán)境溫度影響。其中最大功率跟蹤在太陽能電池中的應用方面，主要體現(xiàn)在獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)上，負載所消耗的能量，均是通過太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)進行提供的，所以太陽能電池方陣光照射時所產(chǎn)生的電力是系統(tǒng)中的主要能量來源。

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能電池組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(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)。太陽能電池組件在陰雨天氣或者是晚上沒有產(chǎn)生電能，以及產(chǎn)生的電能不能滿足實際的需求負載，就可通過電網(wǎng)進行供電。

太陽能發(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行分散進行，太陽能電池已經(jīng)日益成為家用電器的能源心臟。其中太陽能電話就是以太陽能作為主要能源的無線電話，它通過頂端安裝太陽能接收板，可不斷給電池進行充電，只需要在陽光下充電幾個小時就能夠使用十多天。

近些年的太陽能電池利用在技術(shù)上不斷的得到突破，使得太陽能光電池的商業(yè)化應用要比人們預想的要快。最初的太陽能電池主要是用在人造衛(wèi)星以及軍用航海等領域，在這些方面發(fā)揮著重要的作用。當前人們已經(jīng)能夠?qū)μ柲茈姵氐墓怆娦屠糜辛撕艽蟪潭鹊牧私猓@些也是太陽能電池發(fā)展的一個重要因素。

3 結(jié)語

隨著我國在可持續(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，通過對可再生能源的充分利用不僅能夠起到保護自然資源的作用，同時也能夠起到對環(huán)境的保護作用。太陽能作為取之不盡用之不竭的純凈能源，對其進行開發(fā)利用在近些年的發(fā)展過程中愈來愈受到人們的關注。

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（作者單位：英利能源（中國）有限公司）