太阳能电池板及其工作原理
太阳能电池板及其工作原理
性能及特点：
太阳能电池分为单晶硅太阳电池（坚固耐用，使用寿命一般可达20年。光电转换效率为15％。）多晶硅太阳电池（其光电转换效率约14.5％，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低非晶硅太阳电池。）非晶硅太阳能电池（其光电转换率为10%，成本低，重量轻，应用方便。）
太阳能发电原理：
太阳能不象煤和石油一样用交通工具进行运输，而是应用光学原理，通过光的反射和折射进行直接传输，或者将太阳能转换成其它形式的能量进行间接传输。直接传输适用于较短距离。基本上有三种方法：基本上有三种方法：通过反射镜及其它光学元件组合，改变阳光的传播方向，达到用能地点；通过光导纤维，可以将入射在其一端的阳光传输到另一端，传输时光导纤维可任意弯曲；采用表面镀有高反
射涂层的光导管，通过反射可以将阳光导入室内。间接传输适用于各种不同距离。将太阳能转换为热能，通过热管可将太阳能传输到室内；将太阳能转换为氢能或其它载能化学材料，通过车辆或管道等可输送到用能地点；空间电站将太阳能转换为电能，通过微波或激光将电能传输到地面。
太阳能的光电转换是指太阳的辐射能光子通过半导体物质转变为电能的过程，通常叫做"光生伏打效应”,太阳电池就是利用这种效应制成的。
当太阳光照射到半导体上时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半导体吸收或透过。被吸收的光，当然有一些变成热，另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子-空穴对。这样，光能就以产生电子-空穴对的形式转变为电能、如果半导体内存在P-n结，则在P型和n型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向n 区，空穴驱向P区，从而使得n区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，在P-n结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。光生电场的一部分除抵销势垒电场外，还使P型层带正电，n型层带负电，在n区与p区之间的薄层产生所谓光生伏打电动势。若分别在P型层和n型层焊上金属引线，接通负载，则外电路便有电流通过。如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来，就能产生一定的电压和电流，输出功率。
太阳能发电原理图如下：
教你制作太阳能电池
第一步:制作二氧化钛膜
(1)先把二氧化钛粉末放入研钵中与粘合剂进行研磨
(2)接着用玻璃棒缓慢地在导电玻璃上进行涂膜
(3)把二氧化钛膜放入酒精灯下烧结10～15分钟，然后冷却
第二步：利用天然染料为二氧化钛着色
如图所示，把新鲜的或冰冻的黑梅、山梅、石榴籽或红茶，加一汤匙的水并进行挤压，然后把二氧化钛膜放进去进行着色，大约需要5分钟，直到膜层变成深紫色，如果膜层两面着色的不均匀，可以再放进去浸泡5分钟，然后用乙醇冲洗，并用柔软的纸轻轻地擦干。
第三步：制作正电极
由染料着色的TiO2为电子流出的一极（即负极）。正电极可由导电玻璃的导电面（涂有导电的SnO2膜层）构成，利用一个简单的万用表就可以判断玻璃的哪一面是可以导电的，利用手指也可以做出判断，导电面较为粗糙。如图所示，把非导电面标上‘+’，然后用铅笔
在导电面上均匀地涂上一层石墨。
第四步：加入电解质
利用含碘离子的溶液作为太阳能电池的电解质，它主要用于还原和再生染料。如图所示，在二氧化钛膜表面上滴加一到两滴电解质即
可。
第五步：组装电池
把着色后的二氧化钛膜面朝上放在桌上，在膜上面滴一到两滴含碘和碘离子的电解质，然后把正电极的导电面朝下压在二氧化钛膜上。把两片玻璃稍微错开，用两个夹子把电池夹住，两片玻璃暴露在外面的部分用以连接导线。这样，你的太阳能电池就做成了。
第六步：电池的测试
在室外太阳光下，检测你的太阳能电池是否可以产生电流。
多晶硅太阳能电池制作工艺众所周知，利用太阳能有许多优点，光伏发电将为人类提供主要的能源，但目前来讲，要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，提高太阳能电池的光电转换效率，降低生产成本应该是我们追求的最大目标。从目前国际太阳能电池的发展过程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。从工业化发展来看，重心已由单晶向多晶方向发展，主要原因为: [1]可供应太阳能电池的头尾料愈来愈少；[2]对太阳能电池来讲，方形基片更合算，通过浇铸法和直接凝固法所获得的多晶硅可直接获得方形材料；[3]多晶硅的生产工艺不断取得进展，全自动浇铸炉每生产周期（50小时）可生产200公
斤以上的硅锭，晶粒的尺寸达到厘米级；[4]由于近十年单晶硅工艺的研究与发展很快，其中工艺也被应用于多晶硅电池的生产，例如选择腐蚀发射结、背表面场、腐蚀绒面、表面和体钝化、细金属栅电极，采用丝网印刷技术可使栅电极的宽度降低到50微米，高度达到15微米以上，快速热退火技术用于多晶硅的生产可大大缩短工艺时间，单片热工序时间可在一分钟之内完成，采用该工艺在100平方厘米的多晶硅片上作出的电池转换效率超过14％。据报道，目前在50～60微米多晶硅衬底上制作的电池效率超过16％，利用机械刻槽、丝网印刷技术在100平方厘米多晶上效率超过17％，无机械刻槽在同样面积上效率达到16％，采用埋栅结构，机械刻槽在130平方厘米的多晶上电池效率达到15.8％。
下面从两个方面对多晶硅电池的工艺技术进行讨论：
1. 实验室高效电池工艺
实验室技术通常不考虑电池制作的成本和是否可以大规模化生产，仅仅研究达到最高效率的方法和途径，提供特定材料和工艺所能够达到
的极限。
1.1关于光的吸收
对于光吸收主要是：
（1）降低表面反射；
（2）改变光在电池体内的路径；
（3）采用背面反射。
对于单晶硅，应用各向异性化学腐蚀的方法可在（100）表面制作金字塔状的绒面结构，降低表面光反射。但多晶硅晶向偏离（100）面，采用上面的方法无法作出均匀的绒面，目前采用下列方法:
[1]激光刻槽
用激光刻槽的方法可在多晶硅表面制作倒金字塔结构，在500～90 0nm光谱范围内，反射率为4～6％，与表面制作双层减反射膜相当，而在（100）面单晶硅化学制作绒面的反射率为11％。用激光制作绒面比在光滑面镀双层减反射膜层（ZnS/MgF2）电池的短路电流要提高4％左右，这主要是长波光（波长大于800nm）斜射进入电池的原因。激光制作绒面存在的问题是在刻蚀中，表面造成损伤同时引入一些杂质，要通过化学处理去除表面损伤层。该方法所作的太阳电池通常短路电流较高，但开路电压不太高，主要原因是电池
表面积增加，引起复合电流提高。
[2]化学刻槽
应用掩膜（Si3N4或SiO2）各向同性腐蚀，腐蚀液可为酸性腐蚀液，也可为浓度较高的氢氧化钠或氢氧化钾溶液，该方法无法形成各向异性腐蚀所形成的那种尖锥状结构。据报道，该方法所形成的绒面对700～1030微米光谱范围有明显的减反射作用。但掩膜层一般要在较高的温度下形成，引起多晶硅材料性能下降，特别对质量较低的多晶材料，少子寿命缩短。应用该工艺在225cm2的多晶硅上所作电池的转换效率达到16.4%。掩膜层也可用丝网印刷的方法形
成。
[3]反应离子腐蚀（RIE）
该方法为一种无掩膜腐蚀工艺，所形成的绒面反射率特别低，在45 0～1000微米光谱范围的反射率可小于2％。仅从光学的角度来看，是一种理想的方法，但存在的问题是硅表面损伤严重，电池的开路电
压和填充因子出现下降。
[4]制作减反射膜层
对于高效太阳电池，最常用和最有效的方法是蒸镀ZnS/MgF2双层减反射膜，其最佳厚度取决于下面氧化层的厚度和电池表面的特征，例如，表面是光滑面还是绒面，减反射工艺也有蒸镀Ta2O5, PECVD沉积Si3N3等，ZnO导电膜也可作为减反材料。
1.2金属化技术
在高效电池的制作中，金属化电极必须与电池的设计参数，如表面掺杂浓度、PN结深，金属材料相匹配。实验室电池一般面积比较小（面积小于4cm2），所以需要细金属栅线（小于10微米），一般采用的方法为光刻、电子束蒸发、电子镀。工业化大生产中也使用电镀工艺，但蒸发和光刻结合使用时，不属于低成本工艺技术。
[1]电子束蒸发和电镀
通常，应用正胶剥离工艺，蒸镀Ti/Pa/Ag多层金属电极，要减小金属电极所引起的串联电阻，往往需要金属层比较厚（8～10微米），缺点是电子束蒸发造成硅表面/钝化层介面损伤，使表面复合提高。因此，工艺中，采用短时蒸发Ti/Pa层，在蒸发银层的工艺。另一个问题是金属与硅接触面较大时，必将导致少子复合速度提高，工艺中，采用了隧道结接触的方法，在硅和金属成间形成一个较薄的氧化层（一般厚度为20微米左右）应用功函数较低的金属(如钛等)可在硅表面感应一个稳定的电子积累层(也可引入固定正电荷加深反型)。另外一种方法是在钝化层上开出小窗口（小于2微米），再淀积较宽的金属栅线（通常为10微米），形成mushroom—like 状电极，用该方法在4cm2 Mc-Si上电池的转换效率达到17.3％。目前，在机械刻槽表面也运用了Shallow angle (oblique)技
术。
1.3 PN结的形成技术
[1]发射区形成和磷吸杂
对于高效太阳能电池，发射区的形成一般采用选择扩散，在金属电极下方形成重杂质区域而在电极间实现浅浓度扩散，发射区的浅浓度扩散即增强了电池对蓝光的响应，又使硅表面易于钝化。扩散的方法有两步扩散工艺、扩散加腐蚀工艺和掩埋扩散工艺，目前采用选择扩散，150mm×150mm电池转换效率达到16.4%，n++、n+区域的表面方块电阻分别为20Ω和80Ω。
对于Mc-Si材料，扩磷吸杂对电池的影响得到广泛的研究，较长时间的磷吸杂过程（一般3～4小时），可使一些Mc-Si的少子扩散长度提高两个数量级。在对衬底浓度对吸杂效应的研究中发现，即便对高浓度的衬第材料，经吸杂也能够获得较大的少子扩散长度（大于200微米），电池的开路电压大于638mv, 转换效率超过17％。
[2]背表面场的形成及铝吸杂技术
在Mc-Si电池中，背p+p结由均匀扩散铝或硼形成，硼源一般为BN、BBr、APCVD SiO2：B2O8等，铝扩散为蒸发或丝网印刷铝，800度下烧结所完成，对铝吸杂的作用也开展了大量的研究，与磷扩散吸杂不同，铝吸杂在相对较低的温度下进行。其中体缺陷也参与了杂质的溶解和沉积，而在较高温度下，沉积的杂质易于溶解进
入硅中，对Mc-Si产生不利的影响。到目前为至，区域背场已应用于单晶硅电池工艺中，但在多晶硅中，还是应用全铝背表面场结构。
[3]双面Mc-Si电池
Mc-Si双面电池其正面为常规结构，背面为N＋和P＋相互交叉的结构，这样，正面光照产生的但位于背面附近的光生少子可由背电极有效吸收。背电极作为对正面电极的有效补充，也作为一个独立的栽流子收集器对背面光照和散射光产生作用，据报道，在AM1.5条件
下，转换效率超过19％。
1.4 表面和体钝化技术
对于Mc-Si，因存在较高的晶界、点缺陷（空位、填隙原子、金属杂质、氧、氮及他们的复合物）对材料表面和体内缺陷的钝化尤为重要，除前面提到的吸杂技术外，钝化工艺有多种方法，通过热氧化使硅悬挂键饱和是一种比较常用的方法，可使Si-SiO2界面的复合速度大大下降，其钝化效果取决于发射区的表面浓度、界面态密度和电子、空穴的浮获截面，在氢气氛中退火可使钝化效果更加明显。采用PECVD淀积氮化硅近期正面十分有效，因为在成膜的过程中具有加氢的效果，该工艺也可应用于规模化生产中，应用Remote PEC VD Si3N4可使表面复合速度小于20cm/s。
2. 工业化电池工艺
太阳电池从研究室走向工厂，实验研究走向规模化生产是其发展的道路，所以能够达到工业化生产的特征应该是：
[1]电池的制作工艺能够满足流水线作业；
[2]能够大规模、现代化生产；
[3]达到高效、低成本。
当然，其主要目标是降低太阳电池的生产成本，目前多晶硅电池的主要发展方向朝着大面积、薄衬底，例如，市场上可见到125mm×125mm、150mm×150mm甚至更大规模的单片电池，厚度从原来的300微米减小到目前的250、200及200微米以下，效率得到大幅度的提高。日本京磁（Kyocera）公司150mm×150 mm的电池小批量生产的光电转换效率达到17.1%，该公司199
8年的生产量达到25.4MW。
丝网印刷及其相关技术
多晶硅电池的规模化生产中广泛使用了丝网印刷工艺，该工艺可用于扩散源的印刷、正面金属电极、背接触电极，减反射膜层等，随着丝网材料的改善和工艺水平的提高，丝网印刷工艺在太阳电池的生产中
将会得到更加普遍的应用。
a.发射区的形成
利用丝网印刷形成PN结，代替常规的管式炉扩散工艺。一般在多晶硅的正面印刷含磷的浆料、在反面印刷含铝的金属浆料，印刷完成后，扩散可在网带炉中完成（通常温度在900度），这样，印刷、烘干、扩散可形成连续性生产。丝网印刷扩散技术所形成的发射区通常表面浓度比较高，则表面光生载流子复合较大，为了克服这一缺点，工艺上采用了下面的选择发射区工艺技术，使电池的转换效率得到进
一步的提高。
b.选择发射区工艺
在多晶硅电池的扩散工艺中，选择发射区技术分为局部腐蚀或两步扩散法。局部腐蚀为用干法（例如反应离子腐蚀）或化学腐蚀的方法，将金属电极之间区域的重扩散层腐蚀掉。最初，Solarex应用反应离子腐蚀的方法在同一台设备中，先用大反应功率腐蚀掉金属电极间的重掺杂层，再用小功率沉积一层氮化硅薄膜，该膜层发挥减反射和电池表面钝化的双重作用。在100cm2的多晶上作出转换效率超过13％的电池。在同样面积上，应用两部扩散法，未作机械绒面的情
况下转换效率达到16％。
c.背表面场的形成
背PN结通常由丝网印刷A浆料并在网带炉中热退火后形成，该工艺在形成背表面结的同时，对多晶硅中的杂质具有良好的吸除作用，
铝吸杂过程一般在高温区段完成，测量结果表明吸杂作用可使前道高温过程所造成的多晶硅少子寿命的下降得到恢复。良好的背表面场可
明显地提高电池的开路电压。
d.丝网印刷金属电极
在规模化生产中，丝网印刷工艺与真空蒸发、金属电镀等工艺相比，更具有优势，在目前的工艺中，正面的印刷材料普遍选用含银的浆料，其主要原因是银具有良好的导电性、可焊性和在硅中的低扩散性能。经丝网印刷、退火所形成的金属层的导电性能取决于浆料的化学成份、玻璃体的含量、丝网的粗糟度、烧结条件和丝网版的厚度。八十年度初，丝网印刷具有一些缺陷：ⅰ）如栅线宽度较大，通常大于1 50微米；ⅱ）造成遮光较大，电池填充因子较低；ⅲ）不适合表面钝化，主要是表面扩散浓度较高，否则接触电阻较大。目前用先进的方法可丝网印出线宽达50微米的栅线，厚度超过15微米，方块电阻为2.5～4mΩ，该参数可满足高效电池的要求。有人在150m m×150mm的Mc-Si上对丝网印刷电极和蒸发电极所作太阳电池进行了比较，各项参数几乎没有差距。
3. 结束语
多晶硅电池的制作工艺不断向前发展，保证了电池的效率不断提高，成本下降。随着对材料、器件物理、光学特性认识的加深，导致电池的结构更趋合理，实验室水平和工业化大生产的距离不断缩小。丝网
印刷和埋栅工艺为高效、低成本电池发挥了主要作用，高效Mc-Si 电池组件已大量进入市场，目前的研究正致力于新性薄膜结构、廉价衬底上的电池等，面对用户，我们需要作的工作是实现更大批量的、低成本的生产，愿我们更加努力实现这一目标。
太阳能电池板选择 太阳能电池的最大功率Pmax=开路电压×短路电流，这是它们的理想功率，而平时大家衡量太阳能电池的是额定功率Pm。实际中额定功率是小于最大功率的，主要是由于太阳能电池的输出效率u只有70%左右。在使用中由于受光强度的不同，所以不同时刻的功率也是不同的，根据实验数据它的实际平均功率P=。如果太阳能电池要直接带动负载，并且要使负载长期稳定的工作，则负载的额定功率为Pr=。如果按照负载的功率选择太阳能电池的功率则电池的功率为：Pm=。就是说太阳能电池的功率要是负载功率的倍。 在选择太阳能电池的功率时,应合理选择负载的耗电功率,这样才能使发电功率与耗电功率处于一种平衡状态。当然太阳能电池的发电功率也会受到季节、气候、地理环境和光照时间等多方面因素的制约。 蓄电池的使用（这里仅以夏季为例,介绍太阳能电池与蓄电池在一般情况下的使用）蓄电池是一种储存电能的容器,常被作为其它电路的“能源基地”。由于太阳能电池所产生的电力有限，因此要尽可能的扩大“基地”的储电容量，但也不能无限扩大，因为太阳能电池只能在白天发电，其日发电量M＝发电功率（最大输出功率）×有效光照时间×发电时间，由此它的日电量等于输出电流与有效光照时间的乘积,即:C=IH(Ah)。而蓄电池的容量则使放电时间和放电电流的乘积，因此计算公式为：C=IH(单位Ah，就是额定1A的电流放电一小时)。那么太阳能电池和蓄电池在容量和电量上使如何计算的呢？我们可以通过电功率公式:P=IU演化为:P=Iuh/h=CU/h。
例如:有一块单晶硅电池的组件，最大的输出功率Pm(额定功率)为25W，峰值电压(额定电压)Ump为，峰值电流(额定电流)为，开路电压为21V，短路电流为Isc为，某地区有效光照时间为12小时，求太阳能电池一天的发电量和所需的蓄电池的容量。 已知:Pm=25w,h=12h,U=,太阳能电池的发电效率为:u=,蓄电池的补偿值为n= 太阳能电池的发电量:M=Pm×h×u=25×12×=210W
PROGRESS IN PHOTOVOLTAICS:RESEARCH AND APPLICATIONS Prog.Photovolt:Res.Appl.2004;12:529–538 Published online 29July 2004in Wiley InterScience (https://www.doczj.com/doc/105598813.html,).DOI:10.1002/pip.544 Shunt Types in Crystalline Silicon Solar Cells O.Breitenstein*,y ,J.P.Rakotoniaina,M.H.Al Rifai and M.Werner Max Planck Institute of Microstructure Physics,Weinberg 2,D-06120Halle,Germany Nine different types of shunt have been found in state-of-the-art mono-and multi- crystalline solar cells by lock-in thermography and identi?ed by SEM investigation (including EBIC),TEM and EDX.These shunts differ by the type of their I –V char- acteristics (linear or nonlinear)and by their physical origin.Six shunt types are pro- cess-induced,and three are caused by grown-in defects of the material.The most important process-induced shunts are residues of the emitter at the edge of the cells, cracks,recombination sites at the cell edge,Schottky-type shunts below grid lines, scratches,and aluminum particles at the surface.The material-induced shunts are strong recombination sites at grown-in defects (e.g.,metal-decorated small-angle grain boundaries),grown-in macroscopic Si 3N 4inclusions,and inversion layers caused by microscopic SiC precipitates on grain boundaries crossing the wafer. Copyright #2004John Wiley &Sons,Ltd. key words :shunts;thermography;lock-in;silicon;monocrystalline;multicrystalline INTRODUCTION A solar cell,as simulated by essentially one-dimensional models,is assumed to show a homogeneous current ?ow across the whole area,both under illumination and in the dark.In the traditional inter-pretation of I –V characteristics of solar cells all nonlinear currents belonged to the cell,and only ohmic current paths across the pn junction have been attributed to ‘shunts’.With the availibility of precision lock-in thermography techniques these shunts can be made visible,so in the following all bright features visible in thermography have been called ‘shunts’.However,by later investigations it has turned out that there are not only ohmic shunts,but also diode-like ones,e.g.,caused by local recombination sites.So the question,what is a shunt and what belongs to the undisturbed cell,has a philosophical dimension:can,e.g.,a region of lower crystal quality be called a shunt?This question is still under discussion,but throughout this work we will use the term ‘shunt’for any position in a solar cell showing under forward or reverse-bias a dark-current contribution additional to the diffusion current.In this sense edge leakage currents are shunting currents,but a region of lower crystal quality,where only the saturation current density of the diffusion current is increased,is not.Future discussions will show whether this de?nition will survive or has to be replaced by a more precise one. Received 20August 2003 Copyright #2004John Wiley &Sons,Ltd. Revised 3December 2003*Correspondence to:O.Breitenstein,Max Planck Institute of Microstructure Physics,Weinberg 2,D-06120Halle,Germany.y E-mail:breiten@mpi-halle.de Contract/grant sponsor:BMWi;contract/grant number:0329846D (ASIS). Contract/grant sponsor:EU;contract/grant number:ENK6-CT-2001-00573. Research
一.引言： 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。也是清洁能源，不产生任何的环境污染。 当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造业争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。 全球太阳能电池产业1994-2004年10年里增长了17倍，太阳能电池生产主要分布在日本、欧洲和美国。2006年全球太阳能电池安装规模已达1744MW，较2005年成长19％，整个市场产值已正式突破100亿美元大关。2007年全球太阳能电池产量达到3436MW，较2006年增长了56%。 中国对太阳能电池的研究起步于1958年，20世纪80年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，使中国太阳能电池生产能力由原来的3个小厂的几百kW一下子提升到4个厂的4.5MW，这种产能一直持续到2002年，产量则只有2MW左右。2002年后，欧洲市场特别是德国市场的急剧放大和无锡尚德太阳能电力有限公司的横空出世及超常规发展给中国光伏产业带来了前所未有的发展机遇和示范效应。 目前，我国已成为全球主要的太阳能电池生产国。2007年全国太阳能电池产量达到1188MW，同比增长293%。中国已经成功超越欧洲、日本为世界太阳能电池生产第一大国。在产业布局上，我国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势。在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区，已经形成了各具特色的太阳能产业集群。 中国的太阳能电池研究比国外晚了20年，尽管最近10年国家在这方面逐年加大了投入，但投入仍然不够，与国外差距还是很大。政府应加强政策引导和政策激励，尽快解决太阳能发电上网与合理定价等问题。同时可借鉴国外的成功经验，在公共设施、政府办公楼等领域强制推广使用太阳能，充分发挥政府的示范作用，推动国内市场尽快起步和良性发展。 太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总 绿色环保节能太阳能 能源结构中将占到30％以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10％以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50％以上，太阳能光伏发电将占总电力的20％以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80％以上，太阳能发电将占到60％以上。这些数字足以显
员 工 培 训 资 料 2008年09月04日初订 目录 第一章太阳能概况 (2) 第二章太阳能电池的发明和未来前景 (3) 1．太阳能电池发明 (3)
2．太阳能电池前景 (4) 第三章太阳能光伏技术 (5) 1．光伏效应 (5) 2．光伏电池分类 (5) 3．晶体硅生产一般工艺流程 (5) 第四章硅太阳能电池的工作原理及其结构 (12) 第五章太阳能电池基本参数 (16) 1．标准测试条件 (16) 2．太阳电池等效电路 (16) 3．伏安(I-V)特性曲线 (17) 4．开路电压 (18) 5．短路电流 (18) 6．最大功率点 (18) 7．最佳工作电压 (18) 8．最佳工作电流 (18) 9．转换效率 (18) 10．填充因子(曲线因子) (19) 12．电压温度系数 (19) 第一章太阳能概况 太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能，广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。太阳能作为可再生能源的一种，则是指太阳能的直接转化和利用。通过转换装置把太阳辐射
能转换成热能利用的属于太阳能热利用技术，再利用热能进行发电的称为太阳能热发电，也属于这一技术领域；通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太阳能光伏技术。 二十世纪50年代，太阳能利用领域出现了两项重大技术突破：一是1954年美国贝尔实验室研制出6％的实用型单晶硅电池，二是1955年以色列Tabor提出选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项技术突破为太阳能利用进入现代发展时期奠定了技术基础。 70年代以来，鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加，世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。1973年，美国制定了政府级的阳光发电计划，1980年又正式将光伏发电列入公共电力规划，累计投入达8亿多美元。1992年，美国政府颁布了新的光伏发电计划，制定了宏伟的发展目标。日本在70年代制定了“阳光计划”，1993年将“月光计划”（节能计划）、“环境计划”、“阳光计划”合并成“新阳光计划”。德国等欧共体国家及一些发展中国家也纷纷制定了相应的发展计划。90年代以来联合国召开了一系列有各国领导人参加的高峰会议，讨论和制定世界太阳能战略规划、国际太阳能公约，设立国际太阳能基金等，推动全球太阳能和可再生能源的开发利用。开发利用太阳能和可再生能源成为国际社会的一大主题和共同行动，成为各国制定可持续发展战略的重要内容。 二十多年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。 第二章太阳能电池的发明和未来前景 1．太阳能电池发明 1839年法国物理学家A·E·贝克勒尔意外的发现，两片金属进入溶液构成的伏打电池，受到阳光照射时会产生额外的伏打电势，他把这种现象称为光生伏打效应。1883年，有人在半导体硒和金属接触处发现了固体光伏效应。后来就把能够产生光生伏打效应的器件称为光伏器件。由于半导体PN结器件在阳光下光电
硅太阳能电池的性能参数主要有：短路电流、开路电压、峰值电流、峰值电压、峰值功率、填充因子和转换效率等。 ①短路电流(isc)：当将太阳能电池的正负极短路、使u=0时，此时的电流就是电池片的短路电流，短路电流的单位是安培(a)，短路电流随着光强的变化而变化。 ②开路电压(uoc)：当将太阳能电池的正负极不接负载、使i=0时，此时太阳能电池正负极间的电压就是开路电压，开路电压的单位是伏特(v)。单片太阳能电池的开路电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.5～ 0.7v。 ③峰值电流(im)：峰值电流也叫最大工作电流或最佳工作电流。峰值电流是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电流，峰值电流的单位是安培(a)。 ④峰值电压(um)：峰值电压也叫最大工作电压或最佳工作电压。峰值电压是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电压，峰值电压的单位是v。峰值电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.45～0.5v，典型值为 0.48v。 ⑤峰值功率(pm)：峰值功率也叫最大输出功率或最佳输出功率。峰值功率是指太阳能电池片正常工作或测试条件下的最大输出功率，也就是峰值电流与峰值电压的乘积：pm===im×um。峰值功率的单位是w(瓦)。太阳能电池的峰值功率取决于太阳辐照度、太阳光谱分布和电池片的工作温度，因此太阳能电池的测量要在标准条件下进行，测量标准为欧洲委员会的101号标准，其条件是：辐照度lkw／㎡、光谱aml.5、测试温度25℃。
⑥填充因子(ff)：填充因子也叫曲线因子，是指太阳能电池的最大输出功率与开路电压和短路电流乘积的比值。计算公式为ff=pm/(isc×uoc)。填充因子是评价太阳能电池输出特性好坏的一个重要参数，它的值越高，表明太阳能电池输出特性越趋于矩形，电池的光电转换效率越高。串、并联电阻对填充因子有较大影响，太阳能电池的串联电阻越小，并联电阻越大，填充因子的系数越大。填充因子的系数一般在0.5～0.8之间，也可以用百分数表示。 ⑦转换效率(η)：转换效率是指太阳能电池受光照时的最大输出功率与照射到电池上的太阳能量功率的比值。即： η=pm(电池片的峰值效率)/a（电池片的面积）×pin（单位面积的入射光功率），其中pin=lkw／㎡=100mw／cm2。 组件的板形设计一般从两个方向入手。一是根据现有电池片的功率和尺寸确定组件的功率和尺寸大小；二是根据组件尺寸和功率要求选择电池片的尺寸和功率。 电池组件不论功率大小，一般都是由36片、72片、54片和60片等几种串联形式组成。常见的排布方法有4片×9片、6片×6片、6片×12片、6片×9片和6片×10片等。下面就以36片串联形式的电池组件为例介绍电池组件的板型设计方法。
太阳能电池板选择
太阳能电池的最大功率 Pmax=开路电压×短路电流， 这是它们的理想功率， 而平时大家衡量太阳能电池的是额定功率 Pm。实际中额定功率是小于最大功率 的，主要是由于太阳能电池的输出效率 u 只有 70%左右。在使用中由于受光强 度的不同，所以不同时刻的功率也是不同的，根据实验数据它的实际平均功率 P=0.7Pm。如果太阳能电池要直接带动负载，并且要使负载长期稳定的工作， 则负载的额定功率为 Pr=0.7Pm。 如果按照负载的功率选择太阳能电池的功率则 电池的功率为： Pm=1.43Pr。 就是说太阳能电池的功率要是负载功率的 1.43 倍。 在选择太阳能电池的功率时,应合理选择负载的耗电功率,这样才能使发电功 率与耗电功率处于一种平衡状态。当然太阳能电池的发电功率也会受到季节、气 候、地理环境和光照时间等多方面因素的制约。
蓄电池的使用（这里仅以夏季为例,介绍太阳能电池与蓄电池在一般情况下的使用）
蓄电池是一种储存电能的容器,常被作为其它电路的“能源基地”。由于太 阳能电池所产生的电力有限，因此要尽可能的扩大“基地”的储电容量，但也不 能无限扩大，因为太阳能电池只能在白天发电，其日发电量 M＝发电功率（最 大输出功率）×有效光照时间×发电时间，由此它的日电量等于输出电流与有效 光照时间的乘积,即:C=IH(Ah)。而蓄电池的容量则使放电时间和放电电流的乘 积，因此计算公式为：C=IH(单位 Ah，就是额定 1A 的电流放电一小时)。那么 太阳能电池和蓄电池在容量和电量上使如何计算的呢？我们可以通过电功率公 式:P=IU 演化为:P=Iuh/h=CU/h。
太阳能电池片工艺简介及厂房建设总结 本文章主要侧重于太阳能电池的生产工艺及厂房及建设探讨，欢迎批评指正。 一、工艺简介及设备环境要求 太阳能电池片生产工艺分为：制绒清洗（扩散前清洗）→扩散→扩散后清洗→刻蚀→PECVD→丝网印刷→烧结→分类检测→封装，以下就各工艺进行详细分析及说明。 扩散前清洗的目的在于制绒，就是把相对光滑的原材料硅片的表面通过强酸和强碱腐蚀，使其凸凹不平，变得粗糙，形成漫反射，减少直射到硅片表面的太阳能的损失。 相关设备有无锡瑞宝，德国RENA，深圳捷佳创。 所使用的介质有HF，HCL，HNO3，NaOH，Na2SiO3和乙醇等。 动力源有自来水，纯水，压缩空气，氮气，工艺冷却水，废水，热排风和酸排风。 制绒的流程：单晶硅绒面的制备是利用硅的各向异性腐蚀，在每平方厘米硅表面形成几百万个四面方锥体也即金字塔结构。由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了电池的短路电流和转换效率。硅的各向异性腐蚀液通常用热的碱性溶液，可用的碱有氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂和乙二胺等。大多使用廉价的浓度约为1%的氢氧化钠稀溶液来制备绒面硅，腐蚀温度为70-85℃。为了获得均匀的绒面，还应在溶液中酌量添加醇类如乙醇和异丙醇等作为络合剂，以加快硅的腐蚀。制备绒面前，硅片须先进行初步表面腐蚀，用碱性或酸性腐蚀液蚀去约20～25μm，在腐蚀绒面后，进行一般的化学清洗。经过表面准备的硅片都不宜在水中久存，以防沾污，应尽快扩散制结 腐蚀制绒区环境要求：温度要求：23±2℃湿度要求：55±10%；十万级可满足车间要求。 不同设备厂家高度也不同RENA制绒设备的规格为7584*4540*3065，因此一般设计3.5~4米吊顶。 地坪采用>2mm环氧树脂即可，无防静电要求。 腐蚀制绒区排气（18个排气口） 排风量（PP or PVC）：普通漂洗排风3000m3/h+酸排4290m3/h+碱排450m3/h /台 有酸/碱废液，排放酸性约19m3/h,碱性液体约8m3/h 压缩空气6Bar，224NM3/h/台管道采用不锈管 纯水：电子级1级，3.6m3/h/台管道采用CL-PVC 自来水流量2.4m3/h,，平均0.06m3/h/台管道采用PPR 冷却循环水：供水压力5Bar，进水温度18℃，接口流量2.4m3/h/台管道不锈管。 RENA清洗机功率：19.5KW 捷佳创功率：90KW
单晶硅太阳能电池板详细参数(精)
单晶硅太阳能电池板,铝合金边框,钢化玻璃面板详细参数:单晶硅太阳能板100W 尺寸:963x805x35MM 净重:11KGS 工作电压:33.5V 工作电流:2.99A 开路电压:41.5V 短路电流:3.57A 蓄电池:24v 二、产品特点: 采用平均转换效率在15%以上的优质单晶硅太阳电池单片,具有优良的弱光响应性能,符合 IEC61215 和电气保护 II 级标准。太阳能电池转换效率高。 而且太阳能电池板阵列一次性性能佳。太阳能电池板阵列的表面 采用高透光绒面钢化玻璃封装,气密性、耐候性好,抗腐蚀。 阳极氧化铝边框:机械强 度高,具有良好的抗风性和防雹性,可在各种复杂恶劣的气候条件下使用,便于安装。太阳能电池板在制造时, 先进行化学处理, 表面做成了一个象金字塔一样的绒面, 能减少反射,更好地吸收光能。采用双栅线,使组件的封装的可靠性更高。 太阳能电池板阵列抗冲击性能佳, 符合 IEC 国际标准。 太阳能电池板阵列层之间采用双层 EVA 材料以及 TPT 复合材料,组件气密性好,抗潮,抗紫外线好,不容易老化。直流接线盒:采 用密封防水、高可靠性多功能 ABS 塑料接线盒,耐老化防水防潮性能好;连接端采用易操作的专用公母插头, 使用安全、方便、可靠。带有旁路二极管能减少局部阴影而引起的损害。 工作温度:-40℃~+90℃使用寿命可达 20 年以上,衰减小于 20%。三、 问题集锦:1、什么是太阳能电池 答:太阳能电池是基于半导体的光伏效应将太阳辐射 直接转换为电能的半导体器件。 现在商品化的太阳能电池主要有以下几种类型:单晶硅太阳 能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池,目前还有碲华镉电池、铜铟硒电池、纳米氧化钛敏化电池、多晶硅薄膜太阳能电池及有机太阳能电池等。 晶体硅(单晶、多晶太阳能电池需要高纯度的硅原料,一般要求纯度至少是 99. 99998%,也就是一千万个硅原子中最多允许 2 个杂质原子存在。硅材料是用二氧化硅(SiO2,也就是我们所熟悉的沙子作为原料, 将其熔化并除去杂质就可制取粗级硅。从二氧化硅到太阳能电池片, 涉及多个生
太阳能电池性能参数 1、开路电压 开路电压UOC：即将太阳能电池置于AM1.5光谱条件、100 mW/cm2的光源强度照射下，在两端开路时，太阳能电池的输出电压值。 2、短路电流 短路电流ISC：就是将太阳能电池置于AM1.5光谱条件、100 mW/cm2的光源强度照射下，在输出端短路时，流过太阳能电池两端的电流值。 3、最大输出功率 太阳能电池的工作电压和电流是随负载电阻而变化的，将不同阻值所对应的工作电压和电流值做成曲线就得到太阳能电池的伏安特性曲线。如果选择的负载电阻值能使输出电压和电流的乘积最大，即可获得最大输出功率，用符号Pm表示。此时的工作电压和工作电流称为最佳工作电压和最佳工作电流，分别用符号Um和Im表示。 4、填充因子 太阳能电池的另一个重要参数是填充因子FF（fill factor），它是最大输出功率与开路电压和短路电流乘积之比。 FF：是衡量太阳能电池输出特性的重要指标，是代表太阳能电池在带最佳负载时，能输出的最大功率的特性，其值越大表示太阳能电池的输出功率越大。FF 的值始终小于1。串、并联电阻对填充因子有较大影响。串联电阻越大，短路电流下降越多，填充因子也随之减少的越多；并联电阻越小，其分电流就越大，导致开路电压就下降的越多，填充因子随之也下降的越多。 5、转换效率 太阳能电池的转换效率指在外部回路上连接最佳负载电阻时的最大能量转换效率，等于太阳能电池的输出功率与入射到太阳能电池表面的能量之比。太阳能电池的光电转换效率是衡量电池质量和技术水平的重要参数，它与电池的结构、结特性、材料性质、工作温度、放射性粒子辐射损伤和环境变化等有关。
图2.4.1 太阳能电池输出特性曲线
培训资料 前道 一制绒工艺 制绒目的 1?消除表面硅片有机物和金属杂质。 2.去处硅片表面机械损伤层。 3?在硅片表面形成表面组织，增加太阳光的吸收减少反射。 工艺流程 来料，开盒，检查，装片，称重，配液加液，制绒，甩干，制绒后称重，绒面检查，流出。 单晶制绒1号机 2号机 基本原理 1#超声 去除有机物和表面机械损伤层。 目前采用柠檬酸超声，和双氧水与氨水混合超声。
3#4#5#6#制绒 利用NaOH 溶液对单晶硅片进行各向异性腐蚀的特点来制备绒面。当各向异性因子（（100） 面与（111）面单晶硅腐蚀速率之比）=10 时，可以得到整齐均匀的金字塔形的角锥体组成的绒面。绒面具有受光面积大，反射率低的特点。可以提高单晶硅太阳能电池的短路电流，从而提高太阳能电池的光转换效率。 化学反应方程式：Si+2NaOH+H 2O=Nasio 3+2H 2 f 影响因素 1.温度 温度过高，首先就是IPA 不好控制，温度一高，IPA 的挥发很快，气泡印就会随之出现，这样就大大减少了PN 结的有效面积，反应加剧,还会出现片子的漂浮，造成碎片率的增加。可控程度：调节机器的设置，可以很好的调节温度。 2.时间金字塔随时间的变化：金字塔逐渐冒出来；表面上基本被小金字塔覆盖，少数开始成长；金字塔密布的绒面已经形成，只是大小不均匀，反射率也降到比较低的情况；金字塔向外扩张兼并，体积逐渐膨胀，尺寸趋于均等，反射率略有下降。可控程度：调节设备参数，可以精确的调节时间。 3.IPA 1.协助氢气的释放。 2.减弱NaOH 溶液对硅片的腐蚀力度，调节各向因子。纯NaOH 溶液在 高温下对原子排列比较稀疏的100 晶面和比较致密的111 晶面破坏比较大，各个晶面被腐蚀而消融，IPA 明显减弱NaOH 的腐蚀强度，增加了腐蚀的各向异性，有利于金字塔的成形。乙醇含量过高，碱溶液对硅溶液腐蚀能力变得很弱，各向异性因子又趋于1。 可控程度：根据首次配液的含量，及每次大约消耗的量，来补充一定量的液体，控制精度不高。 4.NaOH 形成金字塔绒面。NaOH 浓度越高，金字塔体积越小，反应初期，金字塔成核密度近似不受NaOH 浓度影响，碱溶液的腐蚀性随NaOH 浓度变化比较显著，浓度高的NaOH 溶液与硅反映的速度加快，再反应一段时间后，金字塔体积更大。NaOH 浓度超过一定界限时，各向异性因子变小，绒面会越来越差，类似于抛光。 可控程度：与IPA 类似，控制精度不高。 5.Na 2SiO 3 SI 和NaOH 反应生产的Na2SiO3 和加入的Na2SiO3 能起到缓冲剂的作用，使反应不至于很剧烈,变的平缓。Na 2SiO 3使反应有了更多的起点，生长出的金字塔更均匀，更小一点Na2SiO3 多的时候要及时的排掉，Na2SiO3 导热性差，会影响反应,溶液的粘稠度也增加，容易形成水纹、花蓝印和表面斑点。 可控程度：很难控制。 4#酸洗 HCL 去除硅片表面的金属杂质盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能与多种金属离子形成可溶与水的络合物。 6#酸洗 HF 去除硅片表面氧化层，SiO2+6HF=H 2[siF6]+2H 2O。控制点 1．减薄量定义：硅片制绒前后的前后重量差。 控制范围
光伏组件（太阳能电池板）规格表 型号材料 峰值 功率 Pm (watt) 峰值 电压 Vmp (V) 峰值 电流 Imp (A) 开路 电压 Voc (V) 短路 电流 Isc (A) 尺寸 (mm) APM18M5W27x27单晶硅 5 8.75 0.57 10.5 0.66 265*265*25 APM36M5W27x27单晶硅 5 17.5 0.29 21.5 0.32 265*265*25 APM18P5W27x27多晶硅 5 8.75 0.57 10.5 0.66 265*265*25 APM36P5W27x27多晶硅 5 17.5 0.29 21.5 0.32 265*265*25 APM36M8W36x30单晶硅8 17.5 0.46 21.5 0.52 301*356*25 APM36P8W36x30多晶硅8 17.5 0.46 21.5 0.52 301*356*25 APM36M10W36x30单晶硅10 17.5 0.57 21.5 0.65 301*356*25 APM36P10W36x30多晶硅10 17.5 0.57 21.5 0.65 301*356*25 APM36M15W49x29单晶硅15 17.5 0.86 21.5 0.97 287*487*25 APM36P15W43x36多晶硅15 17.5 0.86 21.5 0.97 356*426*28 APM36M20W63x28单晶硅20 17.5 1.14 21.5 1.29 281*627*25 APM36P20W58x36多晶硅20 17.5 1.14 21.5 1.29 356*576*28 APM36M25W48x54单晶硅25 17.5 1.43 21.5 1.61 536*477*28 APM36P25W68x36多晶硅25 17.5 1.43 21.5 1.61 356*676*28 APM36M30W48x54单晶硅30 17.5 1.71 21.5 1.94 536*477*28 APM36P30W82x36多晶硅30 17.5 1.71 21.5 1.94 356*816*28 APM36M35W62x54单晶硅35 17.5 2.00 21.5 2.26 537*617*40 APM36P35W82x36多晶硅35 17.5 2.00 21.5 2.26 356*816*28
太阳能电池板及其工作原理
太阳能电池板及其工作原理 性能及特点： 太阳能电池分为单晶硅太阳电池（坚固耐用，使用寿命一般可达20年。光电转换效率为15％。）多晶硅太阳电池（其光电转换效率约14.5％，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低非晶硅太阳电池。）非晶硅太阳能电池（其光电转换率为10%，成本低，重量轻，应用方便。） 太阳能发电原理： 太阳能不象煤和石油一样用交通工具进行运输，而是应用光学原理，通过光的反射和折射进行直接传输，或者将太阳能转换成其它形式的能量进行间接传输。直接传输适用于较短距离。基本上有三种方法：基本上有三种方法：通过反射镜及其它光学元件组合，改变阳光的传播方向，达到用能地点；通过光导纤维，可以将入射在其一端的阳光传输到另一端，传输时光导纤维可任意弯曲；采用表面镀有高反
射涂层的光导管，通过反射可以将阳光导入室内。间接传输适用于各种不同距离。将太阳能转换为热能，通过热管可将太阳能传输到室内；将太阳能转换为氢能或其它载能化学材料，通过车辆或管道等可输送到用能地点；空间电站将太阳能转换为电能，通过微波或激光将电能传输到地面。 太阳能的光电转换是指太阳的辐射能光子通过半导体物质转变为电能的过程，通常叫做"光生伏打效应”,太阳电池就是利用这种效应制成的。 当太阳光照射到半导体上时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半导体吸收或透过。被吸收的光，当然有一些变成热，另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子-空穴对。这样，光能就以产生电子-空穴对的形式转变为电能、如果半导体内存在P-n结，则在P型和n型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向n 区，空穴驱向P区，从而使得n区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，在P-n结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。光生电场的一部分除抵销势垒电场外，还使P型层带正电，n型层带负电，在n区与p区之间的薄层产生所谓光生伏打电动势。若分别在P型层和n型层焊上金属引线，接通负载，则外电路便有电流通过。如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来，就能产生一定的电压和电流，输出功率。 太阳能发电原理图如下：
硅太阳能电池的主要性能参数 本信息来源于太阳能人才网|https://www.doczj.com/doc/105598813.html, 原文链接： 硅太阳能电池的性能参数主要有：短路电流、开路电压、峰值电流、峰值电压、峰值功率、填充因子和转换效率等。 ①短路电流(isc)：当将太阳能电池的正负极短路、使u=0时，此时的电流就是电池片的短路电流，短路电流的单位是安培(a)，短路电流随着光强的变化而变化。 ②开路电压(uoc)：当将太阳能电池的正负极不接负载、使i=0时，此时太阳能电池正负极间的电压就是开路电压，开路电压的单位是伏特(v)。单片太阳能电池的开路电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.5～0.7v。 ③峰值电流(im)：峰值电流也叫最大工作电流或最佳工作电流。峰值电流是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电流，峰值电流的单位是安培(a)。 ④峰值电压(um)：峰值电压也叫最大工作电压或最佳工作电压。峰值电压是指太阳能电池片输出最大功率时的工作电压，峰值电压的单位是v。峰值电压不随电池片面积的增减而变化，一般为0.45～0.5v，典型值为0.48v。 ⑤峰值功率(pm)：峰值功率也叫最大输出功率或最佳输出功率。峰值功率是指太阳能电池片正常工作或测试条件下的最大输出功率，也就是峰值电流与峰值电压的乘积：pm===im ×um。峰值功率的单位是w(瓦)。太阳能电池的峰值功率取决于太阳辐照度、太阳光谱分布和电池片的工作温度，因此太阳能电池的测量要在标准条件下进行，测量标准为欧洲委员会的101号标准，其条件是：辐照度lkw／㎡、光谱aml.5、测试温度25℃。 ⑥填充因子(ff)：填充因子也叫曲线因子，是指太阳能电池的最大输出功率与开路电压和短路电流乘积的比值。计算公式为ff=pm/(isc×uoc)。填充因子是评价太阳能电池输出特性好坏的一个重要参数，它的值越高，表明太阳能电池输出特性越趋于矩形，电池的光电转换效率越高。 串、并联电阻对填充因子有较大影响，太阳能电池的串联电阻越小，并联电阻越大，填充因子的系数越大。填充因子的系数一般在0.5～0.8之间，也可以用百分数表示。 ⑦转换效率(η)：转换效率是指太阳能电池受光照时的最大输出功率与照射到电池上的太阳能量功率的比值。即： η=pm(电池片的峰值效率)/a（电池片的面积）×pin（单位面积的入射光功率），其中pin=lkw ／㎡=100mw／cm2。 电池组件的板型设计 在生产电池组件之前，就要对电池组件的外型尺寸、输出功率以及电池片的排列布局等进行设计，这种设计在业内就叫太阳能电池组件的板型设计。电池组件板型设计的过程是一个对电池组件的外型尺寸、输出功率、电池片排列布局等因素综合考虑的过程。设计者既要了解电池片的性能参数，还要了解电池组件的生产工艺过程和用户的使用需求，做到电池组件尺寸合理，电池片排布紧凑美观。 组件的板形设计一般从两个方向入手。一是根据现有电池片的功率和尺寸确定组件的功率和尺寸大小；二是根据组件尺寸和功率要求选择电池片的尺寸和功率。 电池组件不论功率大小，一般都是由36片、72片、54片和60片等几种串联形式组成。常见的排布方法有4片×9片、6片×6片、6片×12片、6片×9片和6片×10片等。下面就以36片串联形式的电池组件为例介绍电池组件的板型设计方法。
随着全球能源日趋紧张，太阳能成为新型能源得到了大力的开发，其中我们在生活中使用最多的就是太阳能电池了。太阳能电池是以半导体材料为主，利用光电材料吸收光能后发生光电转换，使它产生电流，那么太阳能电池的工作原理是怎么样的呢？太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。当太阳光照射到半导体上时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半导体吸收或透过。被吸收的光，当然有一些变成热，另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子—空穴对。这样，光能就以产生电子—空穴对的形式转变为电能。 一、太阳能电池的物理基础 当太阳光照射ｐ－ｎ结时，在半导体内的电子由于获得了光能而释放电子，相应地便产生了电子——空穴对，并在势垒电场的作用下，电子被驱向型区，空穴被驱向Ｐ型区，从而使凡区有过剩的电子，Ｐ区有过剩的空穴。于是，就在ｐ－ｎ结的附近形成了与势垒电场方向相反的光生电场。 如果半导体内存在P—N结，则在P型和N型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向N区，空穴驱向P区，从而使得N区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，在P—N结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。
制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种，因此太阳电池的种类也很多。目前，技术最成熟，并具有商业价值的太阳电池要算硅太阳电池。下面我们以硅太阳能电池为例，详细介绍太阳能电池的工作原理。 1、本征半导体 物质的导电性能决定于原子结构。导体一般为低价元素，它们的最外层电子极易挣脱原子核的束缚成为自由电子，在外电场的作用下产生定向移动，形成电流。高价元素（如惰性气体）或高分子物质（如橡胶），它们的最外层电子受原子核束缚力很强，很难成为自由电子，所以导电性极差，成为绝缘体。常用的半导体材料硅（Si）和锗（Ge）均为四价元素，它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚的那么紧，因而其导电性介于二者之间。 将纯净的半导体经过一定的工艺过程制成单晶体，即为本征半导体。晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，相邻的原子形成共价键。
太阳能电池基本参数的影响因素分析 1.短路电流Isc 2.开路电压Voc 3.最大工作电压Vm 4.最大工作电流Im 5.填充系数FF 6.转换效率η 7.串联电阻Rs 8.并联电阻Rsh 第一、一个理想的光伏电池，因串联的Rs 很小、并联电阻的Rsh 很大，所以进行理想电路计算时，他们都可忽略不计。所以负载电流满足式(1)， I = I L -I D =I L -Is[exp(qV/kT)-1] （1）短路电流Isc=I L I L ——光生电流；I D ——暗电流； I S —— 反响饱和电流； Rs ——串联电阻;Rsh ——并联电阻 所以根据上式，就会得到右图。 R L L S I kT V ln(1)q I I -= +(1)L oc S I kT V In q I =+
第二、但在实际过程中，就要将串联电阻和并联电阻考虑进去，Isc 的方程如下： 当负载被短路时，V=0，并且此时流经二极管的暗电流I D 非常小，可以忽略，上式可变为： 第三、由此可知，短路电流总小于光生电流I L 且Isc 的大小也与Rs 和Rsh 有关。 1.短路电流Isc 当V=0时，Isc=I L 。I L 为光生电流，正比于光伏电池的面积和入射光的辐照度。1cm2光伏电池的I L 值均为16~30mA 。环境温度的升高，I L 值也会略有上升，一般来讲温度每升高1℃，I L 值上升78μA 2.开路电压Voc 开路时，当I=0时，V oc=kT/qln(I L /I S +1) 太阳能电池的光伏电压与入射光辐照度的对数成正比，与环境温度成反比，与电池面积的大小无关。温度每上升1 ℃，UOC 值约下降2~3mV 。该值一般用高内阻的直流毫伏计测量。 同时也与暗电流有关。而对太阳能电池而言，暗电流不仅仅包括反向饱和电流，还包括薄层漏电流和体漏电流。（由于杂质或缺陷引起的载流子的复合而产生的微小电流） 漏电流：太阳能电池片可以分3层，即薄层（即N 区），耗尽层（即PN 结），体区（即P 区），对电池片而言，始终是有一些有害的杂质和缺陷的，有些是材料本身就有的，也有的是工艺中形成的，这些有害的杂质和缺陷可以起到复合中心的作用，可以虏获空穴和电子，使它们复合，复合的过程始终伴随着载流子的定向移动，必然会有微小的电流产生，这些电流对测试所得的暗电流的值是有贡献的，由薄层贡献的部分称之为薄层漏电流，由体区贡献的部分称之为体漏电流。 3.填充系数FF FF 是一个重要参数，反映太阳能电池的质量。太阳电池的串联电阻越小，并联电阻越大，填充系数越大。反映到太阳电池的电流-电压特性曲线上是曲线接近正方形，此时太阳电池可以实现很高的转换效率 ()sh 1S q V IR S kT SC L D P L S V IR I I I I I I e R +??+=--=--- ????[] 1/S L SC L SC SC S sh sh R I I I I I R R R =-?=+m m oc sc V I FF V I = m I m m sc oc in in in P V FFI V P P P η===
太阳能电池板的种类 由中国节能在线网站提供 1、单晶硅太阳能电池 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，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。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。 2、多晶硅太阳能电池 多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约12％左右(2004年7月1日日本夏普上市效率为14.8%的世界最高效率多晶硅太阳能电池)。从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，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。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，单晶硅太阳能电池还略好。 3、非晶硅太阳能电池 非晶硅太阳电池是1976年出现的新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同，工艺过程大大简化，硅材料消耗很少，电耗更低，它的主要优点是在弱光条件也能发电。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。 4、多元化合物太阳电池 多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳电池。现在各国研究的品种繁多，大多数尚未工业化生产，主要有以下几种： a) 硫化镉太阳能电池 b) 砷化镓太阳能电池 c) 铜铟硒太阳能电池(新型多元带隙梯度Cu(In, Ga)Se2薄膜太阳能电池)