光伏電池工作原理是什么？類型有哪些？

1.什么是光伏電池

光伏電池是光伏發電系統的基本單元，主要是基于半導體的光生伏特效應將太陽能轉換為電能。

2.光伏電池工作原理

當太陽光照射到光伏電池時，光伏電池吸收了其中一部分輻射能，產生電子—空穴對。在電池內建電場的作用下，電子和空穴被分離，電子向N區移動，空穴向P區轉移，使得N區帶負電荷，P區帶正電荷，即在PN結附近產生與內建電場方向相反的光生電壓，這就是光生伏特效應 ，如圖所示。這時若在P區和N區分別接上金屬導線，連接負載，則有“光生電流”流過負載，就有功率輸出，實現了光電轉換。

3.光伏電池的類型

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(1)晶體硅光電池：晶體硅光電池有單晶硅與多晶硅兩大類，用P型(或n型)硅襯底，通過磷(或硼)擴散形成Pn結而制作成的，生產技術成熟，是光伏市場上的主導產品。采用埋層電極、表面鈍化、強化陷光、密柵工藝、優化背電極及接觸電極等技術，提高材料中的載流子收集效率，優化抗反射膜、 凹凸表面、高反射背電極等方式，光電轉換效率有較大提高。單晶硅光電池面積有限，目前比較大的為 10至20cm的圓片，年產能力46MW/a。目前主要課題是繼續擴大產業規模，開發帶狀硅光電池技術，提高材料利用率。國際公認最高效率在AM1.5條件下為24%，空間用高質量的效率在AM0條件約為13.5-18%，地面用大量生產的在AM1條件下多在11-18%之間。以定向凝固法生長的鑄造多晶硅錠代替單晶硅，可降低成本，但效率較低。優化正背電極的銀漿和鋁漿絲網印刷，切磨拋工藝，千方百計進一步降成本，提高效率，大晶粒多晶硅光電池的轉換效率最高達18.6%。

(2)非晶硅光電池：a-Si(非晶硅)光電池一般采用高頻輝光放電方法使硅烷氣體分解沉積而成的。由于分解沉積溫度低，可在玻璃、不銹鋼板、陶瓷板、柔性塑料片上沉積約1 m厚的薄膜，易于大面積化 (0.5m 1.0m)，成本較低，多采用pin結構。為提高效率和改善穩定性，有時還制成三層pin 等多層疊層式結構，或是插入一些過渡層。其商品化產量連續增長，年產能力45MW/a，10MW生產線已投入生產，全球市場用量每月在1千萬片左右，居薄膜電池首位。發展集成型a-Si光電池組 件，激光切割的使用有效面積達90%以上，小面積轉換效率提高到14.6%，大面積大量生產的為8-10%，疊層結構的最高效率為21%。研發動向是改善薄膜特性，精確設計光電池結構和控制各層厚度，改善各層之間界面狀態，以求得高效率和高穩定性。

(3)多晶硅光電池：p-Si(多晶硅，包括微晶)光電池沒有光致衰退效應，材料質量有所下降時也不會導致光電池受影響，是國際上正掀起的前沿性研究熱點。在單晶硅襯底上用液相外延制備的p-Si光電池轉 換效率為15.3%，經減薄襯底，加強陷光等加工，可提高到23.7%，用CVD法制備的轉換效率約為12.6-17.3%。采用廉價襯底的p-Si薄膜生長方法有PECVD和熱絲法，或對a-Si：H材料膜進行后退火，達到低溫固相晶化，可分別制出效率9.8%和9.2%的無退化電池。微晶硅薄膜生長與a-Si工藝相容，光電性能和穩定性很高，研究受到很大重視，但效率僅為7.7%。大面積低溫p-Si膜與-Si組成疊層電池結構，是提高a-S光電池穩定性和轉換效率的重要途徑，可更充分利用太陽光譜，理論計算表明其效率可在28%以上，將使硅基薄膜光電池性能產生突破性進展。

(4)其它光電池：InP(磷化銦)光電池的抗輻射性能特別好，效率達17-19%，多用于空間方面。采用SiGe單晶襯底，研制出在AM0條件下效率大于20%的GaAs/Si異質結外延光電池，最高效率23.3%。Si/Ge/GaAs結構的異質外延光電池在不斷開發中，控制各層厚度，適當變化結構，可使太陽光中各 種波長的光子能量都得到有效利用，GaAs基多層結構光電池效率已接近40%。

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