【正文】 。 ? c)穩(wěn)定光照下 PN結外電路短路， PN結兩端無光生電壓，勢壘高度為 qUD， 光生電子空穴對被內(nèi)建電場分離后流入外電路形成短路電流。太陽能電池是利用 光電轉換原理 使太陽的輻射光通過半導體物質轉變?yōu)殡娔艿囊环N器件，這種光電轉換過程通常叫做“ 光生伏特效應 ”，因此太陽能電池又稱為 “光伏電池” ? 用于太陽能電池的 半導體 材料是一種介于導體和絕緣體之間的特殊物質，和任何物質的原子一樣，半導體的原子也是由帶正電的原子核和帶負電的電子組成。如果在硅晶體中摻入硼、鎵等元素，由于這些元素能夠俘獲電子，它就成了 空穴型半導體，通常用符號 P表示；如果摻入能夠釋放電子的磷、砷等元素，它就成了 電子型 半導體，以符號 N代表。這種現(xiàn)象就是上面所說的“光生伏特效應” ? 如果這時分別在 P型層和 N型層焊上金屬導線，接通負載，則外電路便有電流通過，如此形成的一個個電池元件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來，就能產(chǎn)生一定的電壓和電流，輸出功率。 太陽能電池的出現(xiàn)，好比一道曙光，尤其是航天領域的科學家，對它更是注目。 ? 我國 1958年開始進行太陽能電池的研制工作 ? 1971年將研制的太陽能電池用在了發(fā)射的第二顆衛(wèi)星上。 ? 時至今日，光電轉換已展示出廣闊的應用前景。另外，太陽能汽車也發(fā)展很快。 ?德國 1990年建造的小型太陽能電站，光電轉換率可達 30％多，適于為家庭和團體供電。 ? 日本則側重把太陽能電池應用于汽車的自動換氣裝置、空調設備等民用工業(yè)。 ? 為此各國力圖擺脫對常規(guī)能源的依賴，加速發(fā)展可再生能源。 太陽能電池就是利用光伏效應將太陽能直接轉換為電能的一種裝置。 ? 從本世紀 70年代中期開始了地面用太陽電池商品化以來， 晶體硅 就作為基本的電池材料占據(jù)著統(tǒng)治地位，而且可以確信這種狀況在今后 20年中不會發(fā)生根本的轉變。 ? 鑄造多晶硅太陽能電池的轉換效率略低于直拉單晶硅太陽能電池，材料中的各種 缺陷 ，如晶界、位錯、微缺陷，和材料中的雜質碳和氧，以及工藝過程中玷污的過渡族金屬被認為是電池轉換效率較低的關鍵原因。 ? 其中，碲化鎘 (CdTe)和銅銦硒(CuInSe2)被認識是兩種非常有前途的光伏材料，而且目前已經(jīng)取得一定的進展，但是距離大規(guī)模生產(chǎn)，并與晶體硅太陽電池抗衡需要大量的工作去做。 ? 貝爾實驗室 Chapin等人 1954年開發(fā)出效率為 6％的單晶硅光電池，現(xiàn)代硅太陽電池時代從此開始。 ? 第二個時期開始于 70年代初，在這個時期背表面場、細柵金屬化、淺結表面擴散和表面織構化開始引人到電池的制造工藝中，太陽電池轉換效率有了較大提高。以各種高效電池為代表，電池效率大幅度提高，商業(yè)化生產(chǎn)成本進一步降低，應用不斷擴大。在石油危機和降低成本的推動下，太陽電池開始了一個蓬勃發(fā)展時期，這個時期不但出現(xiàn)了許多新型電池，而且引入許多新技術。m） 密柵（ 30／ cm）、 減 反射（ Ta2O5— 短波透過好）而獲得高效率。 ? （ 4） 異質結太陽電池 —— 即不同半導體材料在一起形成的太陽電池如 SnO／ Si，In20／ Si，（ 1n203十 SnO2／ Si電池等。 ? 其中 1層起到減少表面復合的作用。對效率產(chǎn)生決定性影響的是在介電層中使用了銀。 ? （ 7） 聚光電池 —— 聚光電池的特點是電池面積小，從而可以降低成本，同時在高光強下可以提高電池開路電壓，從而提高轉換效率，因此聚光電池一直受到重視。 1． 2． 1單晶硅高效電池 ? 單晶硅高效電池的典型代表是斯坦福大學的背面點接觸電池（ PCC）， 新南威爾士大學（ UNSW） 的鈍化發(fā)射區(qū)電池（ PESC， PERC， PERL以及德國Fraumhofer太陽能研究所的局域化背表面場（ LBSF） 電池等。 熱氧化鈍化表面技術已使表面態(tài)密度降到 10cm2以下，表面復合速度降到100cm／ s以下。 ? V型槽對電池的貢獻是：減少電池表面反射；垂直光線在 V型槽表面折射后以41” 角進入硅片，使光生載流子更接近發(fā)射結，提高了收集效率，對低壽命襯底尤為重要； ? V型槽可使發(fā)射極橫向電阻降低 3倍。m左右。這種金屬化有相當大的厚／寬比和很小的接觸面積，因此這種電池可以做到大于83％的填充因子和 20． 8％的效率。 PERC和 PERL電池成功地解決了這個問題。m、 接觸孔徑減小到 10181。m寬、 40181。電池背面與 PESC相同，由于刻槽會引進損傷，其性能略低于 PESC電池。電池正面采用由光刻制成的金字塔（絨面）結構。m接觸孔徑，基區(qū)也作成同樣的形狀，這樣可減小背面復合。 （ 3）德國 Fraunhofer太陽能研究所的深結局部背場電池（ LBSF） ? LBSF的結構與 PERL電池類似，也采用TCA氧化層鈍化和倒金字塔正面結構。c一 Si薄膜作為背場，用 SiN薄膜作為后表面的鈍化層， Al層通過 SiN上的孔與 181。北京市太陽能研究所“九五”期間在北京市政府支持下開展了高效電池研究，電池前面有倒金字塔織構化結構，2cmX2cm電池效率達到了 19． 8％，大面（ 5cmX5cm） 激光刻槽埋柵電池效率達到了 18． 6％。 ? 近年來吸雜工藝再度受到重視，包括三氯氧磷吸雜及鋁吸雜工藝。近幾年在吸雜上的工作證明，它對高效單晶硅太陽電池及多晶硅太陽電池都會產(chǎn)生一定的作用。氫鈍化可采用離子注入或等離子體處理。 ? 多孔硅作為多晶硅太陽電池的減反射膜具有實用意義，其減反射的作用已能與雙重減反射膜相比，所得多晶硅電池的效率也能達到 ％。 ? （ 1） Geogia Tech． 電池 ? Geogia工業(yè)大學光伏中心使用電阻率 Ωcm、 厚度 280181。多晶硅片由意大利 Eurosolare提供， lcm2電池的效率 ,達到 ％，這是目前水平最高的多晶硅電池的研究結果。電池前面柵線也采用絲印技術。北京市太陽能研究所在“九五”期間開展了多晶硅電池研究，1cm2電池效率達到 14特別是非晶硅電池， 80年代初一問世，很快實現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn) ? 1987年非晶硅電池的市場份額超過 40％。 ? 另一方面，采用薄片硅技術，避開拉制單晶硅或澆鑄多晶硅、切片的昂貴工藝和材料浪費的缺點，達到降低成本的目的。 ? 北京市太陽能研究所自 1996年開始開展多晶硅薄膜電池的研究工作。薄膜采用 CVD 工藝沉積，襯底為 玻璃 ，通過激光刻槽和化學鍍實現(xiàn)接觸、互聯(lián)和集成。 目前半導體工業(yè)用的投爐多晶硅料是采用三氯氫硅精餾法（西門子法）生產(chǎn)的，采用改進的西門子法并擴大規(guī)模進行生產(chǎn)是未來降低成本的有效措施之一。 2． 1． 1單晶硅材料 單晶硅材料制造要經(jīng)過如下過程：石英砂一冶金級硅一提純和精煉一沉積多晶硅錠一單晶硅一硅片切割。這樣被還原出來的硅的純度約 98％一 99％，稱為冶金級硅（ MG一 Si） 。電子級硅的雜質含量約 1010％以下。提純后的SiHC13通過 CVD原理制備出多晶硅錠 基于同樣原理可開發(fā)出另一種提純方法，即在硫化床反應器中，用 Si烷在很小的Si球表面上原位沉積出 Si。 區(qū)熔法可以獲得高純無缺陷單晶。澆鑄多晶硅技術是降低成本的重要途徑之一，該技術省去了昂貴的單晶拉制過程，也能用較低純度的硅作投爐料，材料及電能消耗方面都較省 （ 1）鑄錠工藝 鑄錠工藝主要有定向凝固法和澆鑄法兩種。 鑄錠法中需要解決的主要問題是：（ 1）盛硅容器的材質。用調整熱場等方法控制晶體結構，以生長出大小適當（數(shù)毫米）的具有單向性的晶粒，并盡量減少晶體中的缺陷，這樣才有可能制成效率較高的電池。 與此同時，硅錠質量也得到明顯的改進，經(jīng)過工藝優(yōu)化和 坩堝 材質改進，使缺陷及雜質、氧、碳含量減少。近年來電磁法（ EMC） 被用來進行鑄錠試驗，方法是投爐硅料從上部連續(xù)加到熔融硅處，而熔融硅與無底的冷 坩堝 通過電磁力保持接觸，同時固化的硅被連續(xù)地向下拉。 固化及冷卻時所產(chǎn)生的熱應力是影響硅錠質量的主要參數(shù)，應不斷優(yōu)化和改進。針對特有的鑄錠工藝來分析氧、碳含量及其對電性能的影響是提高硅片質量的重要手段。多線切割機采用鋼絲帶動碳化硅磨料來進行切割硅片，切損只有 0． 22mm， 硅片可切薄到0． 2mm， 且切割的損傷小，可減少腐蝕的深度。在生長速度與硅帶質量之間尋找平衡，其降低成本的技術難度比晶錠硅高。電池效率 13％一 15％。踐狀晶在各種硅帶中質量最好，但其生長速度相對較慢 。 ? （ 3） De1aware大學多晶片狀硅制造技術 （ 特拉華州立大學 ） ? 該技術基于液相外延工藝，襯底為廉價陶瓷。6％。 該方法在技術上具有一定的特色，但要降低成本在技術上仍有許多困難。另一方面，太陽級硅生產(chǎn)的經(jīng)濟規(guī)模約為 1000噸／年，成本可降到 20美元／ kg， 而目前光伏工業(yè)每年的需求量只有 400一 500噸。lppm的水平，經(jīng)過再凝固硅中的金屬雜質含量可降到 ppb的水平。 ?我國具有純度高的石英砂資源，并有大量冶金級硅出口，采用冶金硅精煉的方法生產(chǎn)太陽級硅具有很大潛力。商業(yè)化多晶硅電池效率在 11一 14％之間。 1997年世界太陽電池光伏組件生產(chǎn)達 122MW， 比 1996年增長了 38％，是4年前的 2倍，是 7年前 3倍，比集成電路工業(yè)發(fā)展更快，超出光伏專家最樂觀的估計 。 1999年生產(chǎn)成本降到 1． 79美元／ Wp， 在 1994年的水平上降低 60％。 1998年 7月正當世界金融危機最瘋狂的時候，世界 PV市場比 1997年同期增長了 50％。 ?快速發(fā)展的屋頂計劃、各種減免稅政策和補貼政策以及逐漸成熟的綠色電力價格為 PV市場的發(fā)展提供了堅實的發(fā)展基礎。 ” ? 我國太陽能光伏發(fā)電技術產(chǎn)業(yè)化及市場發(fā)展經(jīng)過近 20年的努力，已經(jīng)奠定良好的基礎。但由于光伏發(fā)電成本高，目前尚不能與常規(guī)發(fā)電相比。這對我國光伏事業(yè)的發(fā)展無疑起著極大的推動和催化作用。面對這樣一個將被開發(fā)的巨大市場，我國的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)必須加快發(fā)展步伐。 ? 從區(qū)域安裝量看， 2022年太陽能市場西班牙和德國分列第一第二位，美國排名第三，但和前兩名存在較大差距。美國新安裝量為 342MW。 ? EPIA同時預測了從 2022年到 2022年的安裝量，一位未署名的市場專家表示，盡管目前金融危機影響大容量的安裝，2022年及以后仍有強勁的增長。然而，這種快速增長取決于市場中不斷加入的國家實施正確的政策。 4． 1 光伏建筑將成為光伏應用的最大市場 ? 太陽能光伏系統(tǒng)和建筑的完美結合體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的理想范例，國際社會十分重視。國際能源組織（ IEA）＋ 1991和 1997相繼兩次起動建筑光伏集成計劃，獲得很大成功，建筑光伏集成有許多優(yōu)點 ： ①具有高技術、無污和自供電的特點，能夠強化建筑物的美感和建筑質量； ②光伏部件是建筑物總構成的一部分，除了發(fā)電功能外，還是建筑物耐候的外部蒙皮，具有多功能和可持續(xù)發(fā)展的特征； ③分布型的太陽輻射和分布型的建筑物互相匹配； ④建筑物的外殼能為光伏系統(tǒng)提供足夠的面積； ⑤不需要額外的昂貴占地面積，省去了光伏系統(tǒng)的支撐結構，省去了輸電費用； 4． 2 PV產(chǎn)業(yè)向百兆瓦級規(guī)模和更高技術水平發(fā)展 4． 3下世紀前半期光伏發(fā)電將超過核電 4． 4 PV發(fā)電成本下降趨勢