太陽能電池的分類及其性能參數(shù)

       太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。只要被光照到，瞬間就可輸出電壓及電流。在物理學(xué)上稱為太陽能光伏（Photovoltaic，photo 光線，voltaics 電力，縮寫為PV），簡稱光伏。以光電效應(yīng)工作的薄膜式太陽能電池為主流，而以光化學(xué)效應(yīng)工作的濕式太陽能電池則還處于萌芽階段。

太陽能電池的分類：太陽能電池根據(jù)所用材料的不同太陽能電池還可分為：晶硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池等。

1、晶硅太陽能電池

      晶硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池三種。

（1）單晶硅太陽能電池 目前單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為19%左右，最高的達(dá)到24％，這是目前所有種類的太陽能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的技術(shù)也最為成熟但制作成本很大，以致于它還不能被大量廣泛和普遍地使用。由于單晶硅一般采用鋼化玻璃以及防水樹脂進(jìn)行封裝，因此其堅(jiān)固耐用，使用壽命一般可達(dá)15年，最高可達(dá)25年。單晶硅太陽能電池的構(gòu)造和生產(chǎn)工藝已定型，產(chǎn)品已廣泛用于空間和地面。這種太陽能電池以高純的單晶硅棒為原料。

（2）多晶硅太陽能電池板 多晶硅太陽電池的制作工藝與單晶硅太陽電池差不多，但是多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率則要降低不少，其光電轉(zhuǎn)換效率約17％左右。從制作成本上來講，比單晶硅太陽能電池要便宜一些，材料制造簡便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大量發(fā)展。此外，多晶硅太陽能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽能電池短。 多晶硅太陽能電池的生產(chǎn)需要消耗大量的高純硅材料，而制造這些材料工藝復(fù)雜，電耗很大，在太陽能電池生產(chǎn)總成本中己超二分之一。

（3）非晶體薄膜太陽能電池 非晶硅薄膜太陽能電池與單晶硅和多晶硅太陽電池的制作方法完全不同，工藝過程大大簡化，硅材料消耗很少，電耗更低，成本低重量輕，轉(zhuǎn)換效率較高，便于大規(guī)模生產(chǎn)，它的主要優(yōu)點(diǎn)是在弱光條件也能發(fā)電，有極大的潛力。但非晶硅太陽電池存在的主要問題是光電轉(zhuǎn)換效率偏低，目前國際先進(jìn)水平為10％左右，且不夠穩(wěn)定，隨著時(shí)間的延長，其轉(zhuǎn)換效率衰減，直接影響了它的實(shí)際應(yīng)用。如果能進(jìn)一步解決穩(wěn)定性問題及提高轉(zhuǎn)換率問題，那么，非晶硅大陽能電池?zé)o疑是太陽能電池的主要發(fā)展產(chǎn)品之一。

2、多元化合物薄膜太陽能電池

      多元化合物薄膜太陽能電池材料為無機(jī)鹽，其主要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅錮硒薄膜電池等。硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但由于鎘有劇毒，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，因此，并不是晶體硅太陽能電池最理想的替代產(chǎn)品。砷化鎵（GaAs）III-V化合物電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光學(xué)帶隙以及較高的吸收效率，抗輻照能力強(qiáng)，對(duì)熱不敏感，適合于制造高效單結(jié)電池。但是GaAs材料的價(jià)格不菲，因而在很大程度上限制了用GaAs電池的普及。CIS 銅銦硒薄膜電池（簡稱CIS）適合光電轉(zhuǎn)換，不存在光致衰退問題，轉(zhuǎn)換效率和多晶硅一樣。具有價(jià)格低廉、性能良好和工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，將成為今后發(fā)展太陽能電池的一個(gè)重要方向。唯一的問題是材料的來源，由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類電池的發(fā)展又必然受到限制。

3、聚合物多層修飾電極型太陽能電池

      在太陽能電池中以聚合物代替無機(jī)材料是剛剛開始的一個(gè)太陽能電池制爸的研究方向。其原理是利用不同氧化還原型聚合物的不同氧化還原電勢(shì)，在導(dǎo)電材料（電極）表面進(jìn)行多層復(fù)合，制成類似無機(jī)P－N結(jié)的單向?qū)щ娧b置。其中一個(gè)電極的內(nèi)層由還原電位較低的聚合物修飾，外層聚合物的還原電位較高，電子轉(zhuǎn)移方向只能由內(nèi)層向外層轉(zhuǎn)移；另一個(gè)電極的修飾正好相反，并且第一個(gè)電極上兩種聚合物的還原電位均高于后者的兩種聚合物的還原電位。當(dāng)兩個(gè)修飾電極放入含有光敏化劑的電解波中時(shí)．光敏化劑吸光后產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)移到還原電位較低的電極上，還原電位較低電極上積累的電子不能向外層聚合物轉(zhuǎn)移，只能通過外電路通過還原電位較高的電極回到電解液，因此外電路中有光電流產(chǎn)生。由于有機(jī)材料柔性好，制作容易，材料來源廣泛，成本底等優(yōu)勢(shì)，從而對(duì)大規(guī)模利用太陽能，提供廉價(jià)電能具有重要意義。但以有機(jī)材料制備太陽能電池的研究僅僅剛開始，不論是使用壽命，還是電池效率都不能和無機(jī)材料特別是硅電池相比。能否發(fā)展成為具有實(shí)用意義的產(chǎn)品，還有待于進(jìn)一步研究探索。

太陽能電池的性能參數(shù)：

1、開路電壓

開路電壓UOC：即將太陽能電池置于AM1.5光譜條件、100 mW/cm2的光源強(qiáng)度照射下，在兩端開路時(shí)，太陽能電池的輸出電壓值。

2、短路電流

短路電流ISC：就是將太陽能電池置于AM1.5光譜條件、100 mW/cm2的光源強(qiáng)度照射下，在輸出端短路時(shí)，流過太陽能電池兩端的電流值。

3、最大輸出功率

太陽能電池的工作電壓和電流是隨負(fù)載電阻而變化的，將不同阻值所對(duì)應(yīng)的工作電壓和電流值做成曲線就得到太陽能電池的伏安特性曲線。如果選擇的負(fù)載電阻值能使輸出電壓和電流的乘積最大，即可獲得最大輸出功率，用符號(hào)Pm表示。此時(shí)的工作電壓和工作電流稱為最佳工作電壓和最佳工作電流，分別用符號(hào)Um和Im表示。

4、填充因子

太陽能電池的另一個(gè)重要參數(shù)是填充因子FF（fill factor），它是最大輸出功率與開路電壓和短路電流乘積之比。FF： 是衡量太陽能電池輸出特性的重要指標(biāo)， 是代表太陽能電池在帶最佳負(fù)載時(shí)， 能輸出的最大功率的特性，其值越大表示太陽能電池的輸出功率越大。FF 的值始終小于1。串、并聯(lián)電阻對(duì)填充因子有較大影響。串聯(lián)電阻越大，短路電流下降越多，填充因子也隨之減少的越多；并聯(lián)電阻越小，其分電流就越大，導(dǎo)致開路電壓就下降的越多，填充因子隨之也下降的越多。

5、轉(zhuǎn)換效率

太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率指在外部回路上連接最佳負(fù)載電阻時(shí)的最大能量轉(zhuǎn)換效率，等于太陽能電池的輸出功率與入射到太陽能電池表面的能量之比。太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率是衡量電池質(zhì)量和技術(shù)水平的重要參數(shù)，它與電池的結(jié)構(gòu)、結(jié)特性、材料性質(zhì)、工作溫度、放射性粒子輻射損傷和環(huán)境變化等有關(guān)。

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