太陽能電池是什么電池？工作原理是什么？有哪些種類？

你知道什么是太陽能電池嗎?工作原理是怎樣的?當前的太陽能電池都有哪些種類呢?下面三個皮匠報告將對其做詳細介紹。

太陽能電池是什么電池?

太陽能電池是利用半導體pn結的光生伏打效應。所謂光生伏打效應，簡言之，就是當物體受到光照時，物體內的電荷分布狀態發生變化而產生電動勢和電流的一種效應。當太陽光或其他光照射半導體pn結時，就會在pn結的兩邊出現電壓，叫光生電壓。使pn結短路，就會產生電流。

太陽能電池的工作原理介紹

單晶硅的原子是按照一定的規律排列的。硅原子的外層電子殼層中有4個電子，如圖所示

每個硅原子的外層電子都有固定的位置，并受原子核的約束。它們在外來能量的激發下，如在太陽光輻射時，太陽電池吸收光能，能量大于禁帶寬度的光子穿過減反射膜進入硅中，激發電子擺脫原子核的束縛而成為自由電子，并同時在它原來的地方留出一個空位，即半導體物理學中所謂的“空穴”。由于電子帶負電，空穴就表現為帶正電。電子和空穴就是單晶硅中可以運動的電荷。如圖所示

在純凈的硅晶體中，自由電子和空穴的數目是相等的。如果在晶體硅中摻入能夠俘獲電子的硼、鋁、鎵或銦等雜質元素，那么它就成為空穴型半導體，簡稱P型半導體。如果在硅晶體中摻入能夠釋放電子的磷、砷或銻等雜質元素，那么它就成了電子型的半導體，簡稱n型半導體。

假如將這兩種半導體結合在一起，由于電子和空穴的擴散，在交界面處就會形成pn結，并在結的兩邊形成內建電場，又稱勢壘電場。因為這里的電阻特別高，所以也被叫做阻擋層。當太陽光照射pn結的時候，在半導體內的電子由于獲得了光能而釋放電子，相應地便產生了電子——空穴對，并在勢壘電場的作用下，電子被驅向n型區，空穴被驅向p型區，從而使n區有過剩的電子，p區有過剩的空穴;于是，就在pn結的附近形成了與勢壘電場方向相反的光生電場，如下所示

光生電場的一部分抵消勢壘電場，其余部分使p型區帶正電，n型區帶負電;于是，就使得在n區與p區之間的薄層產生了電動勢，即光生伏打電動勢。接通電路時便有電能輸出。這就是np結接觸型單晶硅太陽能電池發電的基本原理。若把幾十個、數百個太陽能電池單體串聯、并連起來，組成太陽能電池組體，在太陽光的照射下，便可獲得相當可觀的輸出功率的電能。這個過程的實質是光子能轉換成電能的過程。如圖所示

太陽能電池有哪些種類

太陽能電池主要有無機太陽電池、有機太陽電池兩大類型。而就目前來說主要以無機太陽電池為主。無機太陽電池具體包含了晶體硅太陽電池、薄膜太陽電池。

當前，我國薄膜太陽能電池發展并不成熟，依舊存在著較多問題。如薄膜太陽能電池的生產設備較為復雜且昂貴，加之長期以來一直被外企所壟斷，這就導致了薄膜太陽能電池生產成本高，和晶硅太陽能電池相比不具備生產優勢等。

據CPIA數據，2017年，我國薄膜太陽能電池產量約為1191MW，占全部太陽能電池的產量比重約為12.5%。晶體硅太陽能電池生產工藝更為成熟，轉換效率更高，性能更加穩定，短期內市場地位難以撼動。

2015-2017年我國薄膜太陽能電池產量及占比

2015-2017年我國薄膜太陽能電池企業數量

晶體硅太陽能電池vs薄膜太陽能電池

參考資料：吳庭俊.太陽能電池的特性研究及應用設計[D].華南理工大學,2014.

參考報告：《金晶科技-被低估的超白玻璃龍頭步入新一輪快速增長期-210710(32頁).pdf》