光伏电能在城市路灯照明中的应用设计(18)

结

图 2-1太阳能电池的结构工作原理

Fig. 2-1 The principle of structure of solar cell working

2.2 太阳能电池的分类

2.2.1 单晶硅太阳能电池

单晶硅太阳能电池是当前开发最快的一种太阳能电池，它的结构和生产工艺已基本定型，产品已广泛用于实际中。这种太阳能电池以高纯的单晶硅为原料，纯度要求99.999%。目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，最高的达到24%，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，技术也最为成熟但制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳能电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳能电池专用的单晶硅棒。单晶硅太阳能电池的单体片制成后，经过检验，就可以按所需要的规格组装成太阳能电池组件，在实际应用中通过串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流，为负载所用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。

2.2.2 多晶硅太阳能电池

目前太阳能电池使用的多晶硅材料，大多是含有大量单晶颗粒的集合体，或用废次单晶硅材料和冶金级硅材料融合浇铸而成，然后注入石墨铸模中，即得多晶硅锭。这种硅锭铸成立方体后通过切片加工成方形太阳能电池片，提高了材料利用率和方便组装。多晶硅太阳能电池与单晶硅太阳能电池的制作工艺差不多，其光电转换率约12%左右，稍低于单晶硅太阳能电池，但其材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。

2.2.3 非晶硅薄膜太阳能电池

非晶硅新型薄膜式太阳能电池，它与单晶硅和多晶硅太阳能电池的制作方法完全不同，硅材料消耗很少，电耗更低，工艺过程大大简化，成本低重量轻,转换效率较高，便于大规模生产，非常吸引人。

非晶硅太阳能电池的结构各有不同，其中有一种较好的结构叫Pi-N电池，它是在衬底上先沉积一层掺磷的N型非晶硅，再沉积一层未掺杂的i层，然后再沉积一层掺硼的P型非晶硅，最后用电子束蒸发一层减反射膜，并蒸镀银电极。此种制作工艺，可以采用一连串沉积室，在生产中构成连续程序，以实现大批量生产。同时，非晶硅太阳能电池很薄，可以制成叠层式或采用集成电路的方法制造，在一个平面上，用适当的掩模工艺，一次制作多个串联电池，以获得较高的电压。它的主要优点是在弱光条件也能发电，有极大的潜力。但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，目前国际先进水平为10%左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减，直接影响了它的实际应用。现在日本生产的非晶硅串联太阳能电池可达2.4伏，且不够稳定，如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。

2.2.4 太阳能电池的发展种类

多元化合物太阳能电池：多元化合物太阳能电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳能电池。现在各国研究的品种繁多，大多数尚未工业化生产。主要有硫化镉太阳能电池、砷化镓太阳能电池、铜铟硒太阳能电池几种。

聚合物多层修饰电极型太阳能电池：由于有机材料柔性好、制作容易、材料来源广泛、成本低等优势、从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。但由于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、电池效率都不能和硅电池相比，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。

纳米晶化学太阳能电池：纳米晶TiO2太阳能电池的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，制作成本仅为硅系太阳能电池的1/5~1/10，寿命能达到20年以上。但由于此类电池的研究和开发也刚刚起步，所以还有待于进一步的研究探索。