搜尋結果
所谓光生伏特效应就是当物体受到光照时，物体内的 电荷分布 状态发生变化而产生 电动势 和电流的一种效应。 当 太阳光 或其他光照射半导体的PN结时，就会在 PN结 的两边出现电压，叫做 光生电压 。 中文名. 太阳能电池工作原理. 原理基础. 半导体PN结的光生伏特效应. 原理内容. 当光照射到pn结上时，产生电子-- 空穴 对，在半导体内部 P-N结 附近生成的 载流子 没有被复合而到达 空间电荷区 ，受内部电场的吸引，电子流入n区，空穴流入p区，结果使n区储存了过剩的电子，p区有过剩的空穴。 它们在p-n结附近形成与 势垒 方向相反的光生电场。 光生电场除了部分抵消势垒电场的作用外，还使p区带 正电 ，N区带 负电 ，在N区和P区之间的薄层就产生电动势，这就是光生伏特效应。
- 概览
- 发展
- 历史
- 原理
- 电池组件
- 基本特性
- 性能参数
- 功率计算
- 产业现状
- 分类
利用太阳光直接发电的装置
太阳能电池，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，又称为“太阳能芯片”或“光电池”，它只要被满足一定照度条件的光照度，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。在物理学上称为太阳能光伏（Photovoltaic，缩写为PV），简称光伏。
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。以光伏效应工作的晶硅太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的薄膜电池实施太阳能电池则还处于萌芽阶段。
2023年2月28日，国家统计局发布《中华人民共和国2022年国民经济和社会发展统计公报》，报告显示：2022年全年太阳能电池（光伏电池）产量3.4亿千瓦，增长46.8%。 [4] 2023年一季度，中国太阳能电池出口突破900亿元，增长23.6% [6]。2023年全年，太阳能电池产品产量增长54.0%。
数据显示2012年，我国太阳能电池继续保持产量和性价比优势，国际竞争力愈益增强。
随着太阳能电池行业的不断发展，内业竞争也在不断加剧，大型太阳能电池企业间并购整合与资本运作日趋频繁，国内优秀的太阳能电池生产企业愈来愈重视对行业市场的研究，特别是对产业发展环境和产品购买者的深入研究。正因为如此，一大批国内优秀的太阳能电池品牌迅速崛起，逐渐成为太阳能电池行业中的翘楚 [1]。
2023年一季度，中国太阳能电池出口突破900亿元，增长23.6%。
2023年8月28日至9月1日，在十四届全国人大常委会第五次会议上的《国务院关于今年以来国民经济和社会发展计划执行情况的报告》报告指出。其中电动载人汽车、锂离子蓄电池、太阳能电池“新三样”出口合计增长52.4%。
截至2024年1月，中国太阳能电池全球专利申请量为12.64万件，全球排名第一。
2024年1月12日，国务院新闻办召开新闻发布会，海关总署相关负责人介绍：2023年，中国出口机电产品13.92万亿元，增长2.9%，占出口总值的58.6%。其中，电动载人汽车、锂离子蓄电池和太阳能电池等“新三样”产品合计出口1.06万亿元，首次突破万亿大关，增长29.9%。
术语“光生伏特（Photovoltaics）”来源于希腊语，意思是光、伏特和电气的，来源于意大利物理学家亚历山德罗·伏特的名字，在亚历山德罗·伏特以后“伏特”便作为电压的单位使用。
以太阳能发展的历史来说，光照射到材料上所引起的“光起电力”行为，早在19世纪的时候就已经发现了。
1839年，光生伏特效应第一次由法国物理学家A.E.Becquerel发现。1849年术语“光－伏”出现在英语中。
1883年，第一块太阳电池由Charles Fritts制备成功。Charles用硒半导体上覆上一层极薄的金层形成半导体金属结，器件只有1%的效率。
到了20世纪30年代，照相机的曝光计广泛地使用光起电力行为原理。
1946年，Russell Ohl申请了现代太阳电池的制造专利。
太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电路后就产生电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。
太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。
•光—热—电转换
光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程；后一个过程是热—电转换过程，与普通的火力发电一样。太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10倍。一座1000MW的太阳能热电站需要投资20～25亿美元，平均1kW的投资为2000～2500美元。因此，只能小规模地应用于特殊的场合，而大规模利用在经济上很不合算，还不能与普通的火电站或核电站相竞争。
•光—电直接转换
太阳能电池发电是根据特定材料的光电性质制成的。黑体(如太阳)辐射出不同波长(对应于不同频率)的电磁波， 如红外线、紫外线、可见光等等。当这些射线照射在不同导体或半导体上，光子与导体或半导体中的自由电子作用产生电流。射线的波长越短，频率越高，所具有的能量就越高，例如紫外线所具有的能量要远远高于红外线。但是并非所有波长的射线的能量都能转化为电能，值得注意的是光伏效应于射线的强度大小无关，只有频率达到或超越可产生光伏效应的阈值时，电流才能产生。能够使半导体产生光伏效应的光的最大波长同该半导体的禁带宽度相关，譬如晶体硅的禁带宽度在室温下约为1.155eV，因此必须波长小于1100nm的光线才可以使晶体硅产生光伏效应。 太阳电池发电是一种可再生的环保发电方式，发电过程中不会产生二氧化碳等温室气体，不会对环境造成污染。按照制作材料分为硅基半导体电池、CdTe薄膜电池、CIGS薄膜电池、染料敏化薄膜电池、有机材料电池等。其中硅电池又分为单晶电池、多晶电池和无定形硅薄膜电池等。对于太阳电池来说最重要的参数是转换效率，在实验室所研发的硅基太阳能电池中，单晶硅电池效率为25.0%，多晶硅电池效率为20.4%，CIGS薄膜电池效率达19.6%，CdTe薄膜电池效率达16.7%，非晶硅（无定形硅）薄膜电池的效率为10.1%
太阳能电池组件构成及各部分功能——
1）钢化玻璃，其作用为保护发电主体（如电池片），透光其选用是有要求的： 1.透光率必须高（一般91%以上）；2.超白钢化处理。
2） EVA 用来粘结固定钢化玻璃和发电主体（如电池片），透明EVA材质的优劣直接影响到组件的寿命，暴露在空气中的EVA易老化发黄，从而影响组件的透光率，从而影响组件的发电质量除了EVA本身的质量外，组件厂家的层压工艺影响也是非常大的，如EVA胶连度不达标，EVA与钢化玻璃、背板粘接强度不够，都会引起EVA提早老化，影响组件寿命。主要粘结封装发电主体和背板。
3）电池片主要作用就是发电，发电主体市场上主流的是晶体硅太阳电池片、薄膜太阳能电池片，两者各有优劣。晶体硅太阳能电池片,设备成本相对较低，光电转换效率也高，在室外阳光下发电比较适宜，但消耗及电池片成本很高；薄膜太阳能电池，消耗和电池成本很低，弱光效应非常好，在普通灯光下也能发电，但相对设备成本较高，光电转化效率相对晶体硅电池片一半多点，如计算器上的太阳能电池。
4）背板作用，密封、绝缘、防水（一般都用TPT、TPE等材质必须耐老化，大部分组件厂家都是质保25年，钢化玻璃，铝合金一般都没问题，关键就在与背板和硅胶是否能达到要求。）
5）铝合金保护层压件，起一定的密封、支撑作用。
太阳能电池的基本特性有太阳能电池的极性、太阳电池的性能参数、太阳能电环保电池的伏安特性三个基本特性。具体解释如下：
1、太阳能电池的极性
硅太阳能电池的一般制成P+/N型结构或N+/P型结构，P+和N+，表示太阳能电池正面光照层半导体材料的导电类型;N和P，表示太阳能电池背面衬底半导体材料的导电类型。太阳能电池的电性能与制造电池所用半导体材料的特性有关。
2、太阳电池的性能参数
太阳电池的性能参数由开路电压、短路电流、最大输出功率、填充因子、转换效率等组成。这些参数是衡量太阳能电池性能好坏的标志。
3、太阳能电池的伏安特性
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。
太阳能交流发电系统是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池共同组成；太阳能直流发电系统则不包括逆变器。为了使太阳能发电系统能为负载提供足够的电源，就要根据用电器的功率，合理选择各部件。下面以100W输出功率，每天使用6个小时为例，介绍一下计算方法：
1.首先应计算出每天消耗的瓦时数(包括逆变器的损耗)：
若逆变器的转换效率为90%，则当输出功率为100W时，则实际需要输出功率应为100W/90%≈111W；若按每天使用5小时，则耗电量为111W×5h=555Wh。
1.1.
计算太阳能电池板：
按每日有效日照时间为6小时计算，再考虑到充电效率和充电过程中的损耗，太阳能电池板的输出功率应为555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充电过程中，太阳能电池板的实际使用功率。
应用现状
据Dataquest的统计资料显示，全世界共有136 个国家投入普及应用太阳能电池的热潮中，其中有95 个国家正在大规模地进行太阳能电池的研制开发，积极生产各种相关的节能新产品。1998年，全世界生产的太阳能电池，其总的发电量达1000兆瓦，1999年达 2850兆瓦。根据欧洲光伏工业协会EPIA2008年的预测，如果按照2007年全球装机容量为2.4GW来计算，2010年全球的年装机容量将达到6.9GW,2020年和2030年将分别达到56GW和281GW，2010年全球累计装机容量为25.4GW，预计2020年达到278GW，2030年达到1864GW。全球太阳能电池产量以年均复合增长率47%的速度迅猛增长，2008年产量达到6.9GW。 许多国家正在制订中长期太阳能开发计划，准备在21世纪大规模开发太阳能，美国能源部推出的是国家光伏计划，日本推出的是阳光计划。NREL光伏计划是美国国家光伏计划的一项重要的内容，该计划在单晶硅和高级器件、薄膜光伏技术、PVMaT、光伏组件以及系统性能和工程、 光伏应用和市场开发等5个领域开展研究工作。 美国还推出了"太阳能路灯计划",旨在让美国一部分城市的路灯都改为由太阳能供电，根据计划，每盏路灯每年可节电800 度。日本也正在实施太阳能"7万套工程计划"， 日本准备普及的太阳能住宅发电系统，主要是装设在住宅屋顶上的太阳能电池发电设备，家庭用剩余的电量还可以卖给电力公司。一个标准家庭可安装一部发电3000瓦的系统。欧洲则将研究开发太阳能电池列入著名的"尤里卡"高科技计划，推出了10万套工程计划"。这些以普及应用光电池为主要内容的"太阳能工程"计划是推动太阳能光电池产业大发展的重要动力之一。 日本、韩国以及欧洲地区总共8个国家决定携手合作，在亚洲内陆及非洲沙漠地区建设世界上规模最大的太阳能发电站，他们的目标是将占全球陆地面积约1/4的沙漠地区的长时间日照资源有效地利用起来，为30万用户提供100万千瓦的电能。计划将从2001年开始，花4年时间完成。 美国和日本在世界光伏市场上占有最大的市场份额。美国拥有世界上最大的光伏发电厂，其功率为7MW，日本也建成了发电功率达1MW的光伏发电厂。全世界总共有23万座光伏发电设备，以色列、澳大利亚、新西兰居于领先地位。 20世纪90年代以来，全球太阳能电池行业以每年15%的增幅持续不断地发展。据Dataquest发布的最新统计和预测报告显示，美国、日本和西欧工业发达国家在研究开发太阳能方面的总投资，1998年达570亿美元；1999年646亿美元；2000年700亿美元；2001年将达820亿美元；2002年有望突破1000亿美元。
中国现状
中国对太阳能电池的研究开发工作高度重视，早在七五期间，非晶硅半导体的研究工作已经列入国家重大课题；八五和九五期间，中国把研究开发的重点放在大面积太阳能电池等方面。2003年10月，国家发改委、科技部制定出未来5年太阳能资源开发计划，发改委"光明工程"将筹资100亿元用于推进太阳能发电技术的应用，计划到2015年全国太阳能发电系统总装机容量达到300兆瓦。中国已成为全球光伏产品最大制造国，中国即将出台的《新能源振兴规划》，中国光伏发电的装机容量规划为2020年达到20GW，是原来《可再生能源中长期规划》中1.8GW的10多倍。 2002年，国家有关部委启动了"西部省区无电乡通电计划"，通过太阳能和小型风力发电解决西部七省区无电乡的用电问题。这一项目的启动大大刺激了太阳能发电产业，国内建起了几条太阳能电池的封装线，使太阳能电池的年生产量迅速增加。 据专家预测，中国光伏市场需求量为每年5MW，2001～2010年，年需求量将达10MW，从2011年开始，中国光伏市场年需求量将大于20MW。 2009年，国务院根据工信提供的报告指出多晶硅产能过剩，实际业界人并不认可，科技部已经表态，多晶硅产能并不过剩。 2023年2月28日，国家统计局发布《中华人民共和国2022年国民经济和社会发展统计公报》，报告显示：2022年全年太阳能电池（光伏电池）产量3.4亿千瓦，增长46.8%。 2023年8月22日，在四川省眉山市丹棱县经开区的眉山琏升光伏8GW高效异质结电池项目正式投产，标志着“丹棱造”首片高效异质结太阳能电池片正式下线。
发展前景
太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、 通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用，以节省造价很贵的输电线路。但是在现阶段，它的成本还很高，发出1kW电需要投资上万美元，因此大规模使用仍然受到经济上的限制。 市场上销售的光伏电池主要是单晶硅为原料生产的。由于单晶硅电池生产能耗大，一些专家认为现有单晶硅电池生产能耗大于其生命周期内捕获的太阳能，是没有价值的。最乐观的估计是需要10年左右时间，使用单晶硅电池所获得的太阳能才能大于其生产所消耗的能量。而单晶硅是石英砂经还原，融化后拉单晶得到的。生产过程能耗大，产生的有毒有害物质多，环境污染严重。国外纷纷将其转移到中国生产。我国各地大上单晶硅及单晶硅电池生产线。 然而，我们不掌握光伏电池生产技术。单晶硅光伏电池生产技术虽然很成熟，然而还在不断发展，其他各种光伏电池技术也在不断涌现。光伏电池的成本和光电转换效率离真正市场化还有很大差距，光伏电池市场主要靠各国政府财政补贴。欧洲市场光伏发电补贴高达每度电1元以上。今后，要使光伏电池大规模应用，必须不断改进光伏电池效率和生产成本，在这个过程中，生产技术和产品会不断更新换代。其更新换代周期短，仅3－5年。光伏电池生产企业投资大，回收周期长，由于技术更新快，国内企业，如果不掌握技术，及时更新技术，就会很快被淘汰，很可能不能收回投资。 但是，从长远来看，随着太阳能电池制造技术的改进以及新的光—电转换装置的发明，各国对环境的保护和对再生清洁能源的巨大需求，太阳能电池仍将是利用太阳辐射能比较切实可行的方法，可为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景 [1]。
硅太阳能
硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。 单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%（截止2011，为18%）。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜作为单晶硅太阳能电池的替代产品。 多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%，工业规模生产的转换效率为10%（截止2011，为17%）。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电池市场上占据主导地位。 非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。
多晶体薄膜
多晶体薄膜电池硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。 砷化镓（GaAs）III-V化合物电池的转换效率可达28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率，抗辐照能力强，对热不敏感，适合于制造高效单结电池。但是GaAs材料的价格不菲，因而在很大程度上限制了用GaAs电池的普及。 铜铟硒薄膜电池（简称CIS）适合光电转换，不存在光致衰退问题，转换效率和多晶硅一样。具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向。唯一的问题是材料的来源，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展又必然受到限制。
有机聚合物
以有机聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制造的研究方向。由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本低等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研究探索。
太阳能发电原理. 外文名. Solar power principle. 发电原理. 光生伏特效应. 优 点. 无枯竭危险，而且可再生. 缺 点. 占用巨大面积,转换效率低. 目录. 1 发电原理. 2 优缺点. 优点. 缺点. 发电原理. 播报. 编辑. 太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴- 电子对 ，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。 这就是光电效应 太阳能电池 的工作原理。 一、 太阳能发电 方式太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。
原理. 用 途. 发电. 目录. 1 光伏效应. 2 原理. 3 系统组成. 电池方阵. 蓄电池组. 控制器. 逆变器. 4 系统分类. 发展现状. 优缺点. 5 应用领域. 光伏效应. 播报. 编辑. 如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子－空穴对。 界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。 电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。 通过界面层的电荷分离，将在P区和N区之间产生一个向外的可测试的电压。 此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。 对 晶体硅太阳能电池 来说，开路电压的典型数值为0.5～0.6V。
太阳能电池组件 是由高效单晶/多晶 太阳能 电池片、低铁超白绒面钢化玻璃、封装材料（EVA、POE等）、功能背板，互联条，汇流条，接线盒以及铝合金边框组成。 使用寿命可达15-25年。 中文名. 太阳能电池组件. 外文名. The solar battery component. 太阳能来源. 来自太阳的辐射能量. 特 点. 使用寿命长，机械抗压外力强. 作 用. 将太阳能转化为电能. 组件种类一. 单晶硅太阳能电池. 组件种类二. 多晶硅太阳能电池. 组件种类三. 非晶硅太阳能电池. 目录. 1 组件定义. 2 组件特点. 3 组件种类. 4 太阳能组件原理简介. 5 功率计算. 6 基本要求. 7 应用领域. 8 网状隐裂. 原因. 组件影响. 预防措施. 组件定义. 播报.
1 系统分类. 2 系统组成. 太阳能板. 控制器. 蓄电池. 逆变器. 3 工作原理. 4 系统设置. 5 设置原理. 6 系统特点. 优点. 缺点. 7 应用领域. 8 相关政策. 系统分类. 播报. 编辑. 太阳能光伏系统分为 离网光伏发电系统 、 并网光伏发电系统 和 分布式光伏发电 系统： 1、离网光伏发电系统。 主要由 太阳能电池组件 、控制器、蓄电池组成，若要为 交流负载 供电，还需要配置 交流逆变器 。 2、并网光伏发电系统就是太阳能组件产生的直流电经过 并网逆变器 转换成符合市电电网要求的交流电这后直接接入公共电网。 并网发电 系统有集中式大型并网电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。
太阳能电板是通过吸收太阳光，将太阳辐射能通过光电效应或者 光化学效应 直接或间接转换成电能的装置，大部分 太阳能电池板 的主要材料为“硅”，但因制作成本很大，以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。
