【正文】 。 ? c)穩(wěn)定光照下 PN結(jié)外電路短路， PN結(jié)兩端無光生電壓，勢(shì)壘高度為 qUD， 光生電子空穴對(duì)被內(nèi)建電場(chǎng)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(zhuǎn)換原理 使太陽的輻射光通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N器件，這種光電轉(zhuǎn)換過程通常叫做“ 光生伏特效應(yīng) ”，因此太陽能電池又稱為 “光伏電池” ? 用于太陽能電池的 半導(dǎo)體 材料是一種介于導(dǎo)體和絕緣體之間的特殊物質(zhì)，和任何物質(zhì)的原子一樣，半導(dǎo)體的原子也是由帶正電的原子核和帶負(fù)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(dǎo)體，通常用符號(hào) 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(dǎo)體，以符號(hào) N代表。這種現(xiàn)象就是上面所說的“光生伏特效應(yīng)” ? 如果這時(shí)分別在 P型層和 N型層焊上金屬導(dǎo)線，接通負(fù)載，則外電路便有電流通過，如此形成的一個(gè)個(gè)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(lǐng)域的科學(xué)家，對(duì)它更是注目。 ? 我國(guó) 1958年開始進(jìn)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(shí)至今日，光電轉(zhuǎn)換已展示出廣闊的應(yīng)用前景。另外，太陽能汽車也發(fā)展很快。 ?德國(guó) 1990年建造的小型太陽能電站，光電轉(zhuǎn)換率可達(dá) 30％多，適于為家庭和團(tuán)體供電。 ? 日本則側(cè)重把太陽能電池應(yīng)用于汽車的自動(dòng)換氣裝置、空調(diào)設(shè)備等民用工業(yè)。 ? 為此各國(guó)力圖擺脫對(duì)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(yīng)將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種裝置。 ? 從本世紀(jì) 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(huì)發(fā)生根本的轉(zhuǎn)變。 ? 鑄造多晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)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(cuò)、微缺陷，和材料中的雜質(zhì)碳和氧，以及工藝過程中玷污的過渡族金屬被認(rèn)為是電池轉(zhuǎn)換效率較低的關(guān)鍵原因。 ? 其中，碲化鎘 (CdTe)和銅銦硒(CuInSe2)被認(rèn)識(shí)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(jìn)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(shí)驗(yàn)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(shí)代從此開始。 ? 第二個(gè)時(shí)期開始于 70年代初，在這個(gè)時(shí)期背表面場(chǎng)、細(xì)柵金屬化、淺結(jié)表面擴(kuò)散和表面織構(gòu)化開始引人到電池的制造工藝中，太陽電池轉(zhuǎn)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(jìn)一步降低，應(yīng)用不斷擴(kuò)大。在石油危機(jī)和降低成本的推動(dòng)下，太陽電池開始了一個(gè)蓬勃發(fā)展時(shí)期，這個(gè)時(shí)期不但出現(xiàn)了許多新型電池，而且引入許多新技術(shù)。m） 密柵（ 30／ cm）、 減 反射（ Ta2O5— 短波透過好）而獲得高效率。 ? （ 4） 異質(zhì)結(jié)太陽電池 —— 即不同半導(dǎo)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(fù)合的作用。對(duì)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(diǎn)是電池面積小，從而可以降低成本，同時(shí)在高光強(qiáng)下可以提高電池開路電壓，從而提高轉(zhuǎn)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(xué)的背面點(diǎn)接觸電池（ PCC）， 新南威爾士大學(xué)（ UNSW） 的鈍化發(fā)射區(qū)電池（ PESC， PERC， PERL以及德國(guó)Fraumhofer太陽能研究所的局域化背表面場(chǎng)（ LBSF） 電池等。 熱氧化鈍化表面技術(shù)已使表面態(tài)密度降到 10cm2以下，表面復(fù)合速度降到100cm／ s以下。 ? V型槽對(duì)電池的貢獻(xiàn)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(jìn)入硅片，使光生載流子更接近發(fā)射結(jié)，提高了收集效率，對(duì)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(dāng)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(gè)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(huì)引進(jìn)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(jié)構(gòu)。m接觸孔徑，基區(qū)也作成同樣的形狀，這樣可減小背面復(fù)合。 （ 3）德國(guó) Fraunhofer太陽能研究所的深結(jié)局部背場(chǎng)電池（ LBSF） ? LBSF的結(jié)構(gòu)與 PERL電池類似，也采用TCA氧化層鈍化和倒金字塔正面結(jié)構(gòu)。c一 Si薄膜作為背場(chǎng)，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(gòu)化結(jié)構(gòu)，2cmX2cm電池效率達(dá)到了 19． 8％，大面（ 5cmX5cm） 激光刻槽埋柵電池效率達(dá)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(duì)高效單晶硅太陽電池及多晶硅太陽電池都會(huì)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(shí)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(dá)到 ％。 ? （ 1） Geogia Tech． 電池 ? Geogia工業(yè)大學(xué)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(dá)到 ％，這是目前水平最高的多晶硅電池的研究結(jié)果。電池前面柵線也采用絲印技術(shù)。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(dá)到 14特別是非晶硅電池， 80年代初一問世，很快實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn) ? 1987年非晶硅電池的市場(chǎng)份額超過 40％。 ? 另一方面，采用薄片硅技術(shù)，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(fèi)的缺點(diǎn)，達(dá)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(xué)鍍實(shí)現(xiàn)接觸、互聯(lián)和集成。 目前半導(dǎo)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(jìn)的西門子法并擴(kuò)大規(guī)模進(jìn)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(jí)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(jí)硅（ MG一 Si） 。電子級(jí)硅的雜質(zhì)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(yīng)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(shù)是降低成本的重要途徑之一，該技術(shù)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(zhì)。用調(diào)整熱場(chǎng)等方法控制晶體結(jié)構(gòu)，以生長(zhǎng)出大小適當(dāng)（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(shí)，硅錠質(zhì)量也得到明顯的改進(jìn)，經(jīng)過工藝優(yōu)化和 坩堝 材質(zhì)改進(jìn)，使缺陷及雜質(zhì)、氧、碳含量減少。近年來電磁法（ EMC） 被用來進(jìn)行鑄錠試驗(yàn)，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(shí)固化的硅被連續(xù)地向下拉。 固化及冷卻時(shí)所產(chǎn)生的熱應(yīng)力是影響硅錠質(zhì)量的主要參數(shù)，應(yīng)不斷優(yōu)化和改進(jìn)。針對(duì)特有的鑄錠工藝來分析氧、碳含量及其對(duì)電性能的影響是提高硅片質(zhì)量的重要手段。多線切割機(jī)采用鋼絲帶動(dòng)碳化硅磨料來進(jìn)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(zhǎng)速度與硅帶質(zhì)量之間尋找平衡，其降低成本的技術(shù)難度比晶錠硅高。電池效率 13％一 15％。踐狀晶在各種硅帶中質(zhì)量最好，但其生長(zhǎng)速度相對(duì)較慢 。 ? （ 3） De1aware大學(xué)多晶片狀硅制造技術(shù) （ 特拉華州立大學(xué) ） ? 該技術(shù)基于液相外延工藝，襯底為廉價(jià)陶瓷。6％。 該方法在技術(shù)上具有一定的特色，但要降低成本在技術(shù)上仍有許多困難。另一方面，太陽級(jí)硅生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)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(zhì)含量可降到 ppb的水平。 ?我國(guó)具有純度高的石英砂資源，并有大量冶金級(jí)硅出口，采用冶金硅精煉的方法生產(chǎn)太陽級(jí)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(dá) 122MW， 比 1996年增長(zhǎng)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(jì) 。 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(dāng)世界金融危機(jī)最瘋狂的時(shí)候，世界 PV市場(chǎng)比 1997年同期增長(zhǎng)了 50％。 ?快速發(fā)展的屋頂計(jì)劃、各種減免稅政策和補(bǔ)貼政策以及逐漸成熟的綠色電力價(jià)格為 PV市場(chǎng)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的發(fā)展基礎(chǔ)。 ” ? 我國(guó)太陽能光伏發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化及市場(chǎng)發(fā)展經(jīng)過近 20年的努力，已經(jīng)奠定良好的基礎(chǔ)。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(duì)我國(guó)光伏事業(yè)的發(fā)展無疑起著極大的推動(dòng)和催化作用。面對(duì)這樣一個(gè)將被開發(fā)的巨大市場(chǎng)，我國(guó)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(chǎng)西班牙和德國(guó)分列第一第二位，美國(guó)排名第三，但和前兩名存在較大差距。美國(guó)新安裝量為 342MW。 ? EPIA同時(shí)預(yù)測(cè)了從 2022年到 2022年的安裝量，一位未署名的市場(chǎng)專家表示，盡管目前金融危機(jī)影響大容量的安裝，2022年及以后仍有強(qiáng)勁的增長(zhǎng)。然而，這種快速增長(zhǎng)取決于市場(chǎng)中不斷加入的國(guó)家實(shí)施正確的政策。 4． 1 光伏建筑將成為光伏應(yīng)用的最大市場(chǎng) ? 太陽能光伏系統(tǒng)和建筑的完美結(jié)合體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的理想范例，國(guó)際社會(huì)十分重視。國(guó)際能源組織（ IEA）＋ 1991和 1997相繼兩次起動(dòng)建筑光伏集成計(jì)劃，獲得很大成功，建筑光伏集成有許多優(yōu)點(diǎn) ： ①具有高技術(shù)、無污和自供電的特點(diǎn)，能夠強(qiáng)化建筑物的美感和建筑質(zhì)量； ②光伏部件是建筑物總構(gòu)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(jié)構(gòu)，省去了輸電費(fèi)用； 4． 2 PV產(chǎn)業(yè)向百兆瓦級(jí)規(guī)模和更高技術(shù)水平發(fā)展 4． 3下世紀(jì)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(shì)