硅太阳能电池的结构、发电原理及其应用前景

太阳电池最早问世的是单晶硅太阳电池。硅是地球上极丰富的一种元素，几乎遍地都有硅的存在，可说是取之不尽，用硅来制造太阳电池，原料可谓不缺。但是提炼它却不容易，所以人们在生产单晶硅太阳电池的同时，又研究了多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池，至今商业规模生产的太阳电池，还没有跳出硅的系列。其实可供制造太阳电池的半导体材料很多，随着材料工业的发展、太阳电池的品种将越来越多。

太阳电池是一种对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现已晶体硅为例描述光发电过程。p型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成p-N结。

当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在p-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。

正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。

当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，它的形成可以参照下图：

正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。而黄色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有3个电子，所以就会产生蓝色的空穴。

当p型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层）。N区的电子会扩散到p区，p区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个由N指向p的“内电场”，从而阻止扩散进行。直到达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，这就是pN结。

由于半导体不是电的良导体，电子在通过p－n结后如果在半导体中流动，因此一般用金属网格复盖p－n结（如图梳状电极），以增加入射光的面积。

另外硅表面非常光亮，会反射掉大量的太阳光，不能被电池利用，科学家们给它涂上了一层反射系数非常小的保护膜。

硅基太阳能电池的应用前景目前，硅基电池已广泛应用于工业、农业、商业、通信、特种、航火等领域。还包括家用电器以及公用设施。硅基电池的应用主要可分为3种类型：并网型、离网和家用电器产品。

1、并网

进入21纪以来，全球太阳能光伏并网发电年度并网容址增长了44.1倍。从2000年的287MW递增至2008年的29.85MW，年均增长率达60.99%，同比2007年增长了72.65%.全球太阳能光伏并网发电并网累积总里增长10.5倍，从2000的1.435G增至2008年的16.4GW，年增长率为35.6%。世界各国都在楼宇和家居屋顶应用了太阳能电池，所发的电大都可以并网。

2、离网应用

与井网发电相比，离网发电具有灵活等特点，特点，始终占据着重的市场份领，如用于通信联络中继站的供电、边远山区小功率的生活用电等场合。在不少偏远地区如远离城市的农场、山区、葡萄园采用离网方式发电，如水泵的供电系统。功率可高达441.3KW。

3、家用电器应用

太阳能发电虽受昼夜、晴雨、季节的影响，但可以分散地进行，所以它适合于各家各户分散进行发电，而且要联接到供电网络上。太阳电池日益成为家用电器的“能源心脏”。

（1）太阳能电话。以太阳能作能源的无线电话已在英国一家无线电公司问世。它利用顶端上装的太阳能接收板，可以不断给电池充电。使用者的声音通过无线电波输入附近的电话交换机，再传送到各地电话通讯网去。巴黎伏德瓦特公司制作的太阳能收费公用电话，耗电量极低，只要在阳光下充电几小时，便足够使用10多天。

（2）太阳能冰箱。法国的太阳能冰箱以甲醇为制冰剂，每24小时可制冰10公斤，保鲜30公斤食物。印度研制出一种仓库用的大型太阳能冰箱，上部装的抛物线镜面将阳光集中在半导体网孔

上，把光转换成电流，箱内温度保持在－2℃，可冷藏500公斤食品，每天还可制出25公斤冰来。（3）太阳能空调器。日本夏普电器公司制造的这种空调装置，当天气晴朗时，全部动力都由阳光供给，多云或阴天时才使用一般电源。期间的转换由控制系统自动完成，用它可使一间18平方米的居室室温保持在20℃左右，并较一般空调器节约电费60％以上。

（4）太阳能电视机。芬兰研制的太阳能电视机只要白天把半导体硅光电池转换器放在有阳光的窗台上，晚上不需电源便可观看电视。转换器贮存的电能，可供工作电压为12伏的电视机使用3至4小时。印度研制的太阳能电视机，其能源吸收系统只要每天工作4小时，即使连续3天无太阳，也能正常接收信号播放节目。

（5）太阳能照相机。日本制作的世界上第一架太阳能照相机，重量仅有475克，机内装有先进的太阳能电池系统，其蓄电池可连续使用4年。美国一家公司生产了一种新型的135照相机。它的光圈、速度均由微电脑自动控制，电力则由太阳能硒光电池提供，只要有光线就能供电。