單晶硅太陽能電池

為了降低生產成本，現在地面應用的太陽能電池等採用太陽能級的單晶硅棒，材料性能指標有所放寬。有的也可使用半導體器件加工的頭尾料和廢次單晶硅材料，經過復拉製成太陽能電池專用的單晶硅棒。將單晶硅棒切成片，一般片厚約0.3毫米。矽片經過拋磨、清洗等工序，製成待加工的原料矽片。加工太陽能電池片，首先要在矽片上摻雜和擴散，一般摻雜物為微量的硼、磷、銻等。擴散是在石英管製成的高溫擴散爐中進行。這樣就矽片上形成P>N結。然後採用絲網印刷法，精配好的銀漿印在矽片上做成柵線，經過燒結，同時製成背電極，並在有柵線的面塗覆減反射源，以防大量的光子被光滑的矽片表面反射掉。因此，單晶硅太陽能電池的單體片就製成了。單體片經過抽查檢驗，即可按所需要的規格組裝成太陽能電池組件（太陽能電池板），用串聯和並聯的方法構成一定的輸出電壓和電流。最後用框架和材料進行封裝。用戶根據系統設計，可將太陽能電池組件組成各種大小不同的太陽能電池方陣，亦稱太陽能電池陣列。目前單晶硅太陽能電池的光電轉換效率為15%左右，實驗室成果也有20%以上的。

近5年來，中國光伏電池產量年增長速度為1-3倍，光伏電池產量佔全球產量的比例也由2002年1.07%增長到2008年的近15%。商業化晶體硅太陽能電池的效率也從3年前的13%-14%提高到16%-17%。總體來看，中國太陽能電池的國際市場份額和技術競爭力大幅提高。在產業布局上，中國太陽能電池產業已經形成了一定的集聚態勢。在長三角、環渤海、珠三角、中西部地區，已經形成了各具特色的太陽能產業集群。

太陽能光伏發電在不遠的將來會佔據世界能源消費的重要席位，不但要替代部分常規能源，而且將成為世界能源供應的主體。預計到2030年，可再生能源在總能源結構中將佔到30%以上，而太陽能光伏發電在世界總電力供應中的佔比也將達到10%以上；到2040年，可再生能源將佔總能耗的50%以上，太陽能光伏發電將佔總電力的20%以上；到21世紀末，可再生能源在能源結構中將佔到80%以上，太陽能發電將佔到60%以上。這些數字足以顯示出太陽能光伏產業的發展前景及其在能源領域重要的戰略地位。由此可以看出，太陽能電池市場前景廣闊。

目前太陽能電池主要包括晶體硅電池和薄膜電池兩種，它們各自的特點決定了它們在不同應用中擁有不可替代的地位。但是，未來10年晶體硅太陽能電池所佔份額儘管會因薄膜太陽能電池的發展等原因而下降，但其主導地位仍不會根本改變；而薄膜電池如果能夠解決轉換效率不高、製備薄膜電池所用設備價格昂貴等問題，會有巨大的發展空間。

太陽能交流發電系統是由太陽電池板、充電控制器、逆變器和蓄電池共同組成；太陽能直流發電系統則不包括逆變器。為了使太陽能發電系統能為負載提供足夠的電源，就要根據用電器的功率，合理選擇各部件。下面以100W輸出功率，每天使用6個小時為例，介紹一下計算方法：

1.首先應計算出每天消耗的瓦時數(包括逆變器的損耗)：若逆變器的轉換效率為90%，則當輸出功率為100W時，則實際需要輸出功率應為100W/90%=111W；若按每天使用5小時，則耗電量為111W*5小時=555Wh。

2.計算太陽能電池板：按每日有效日照時間為6小時計算，再考慮到充電效率和充電過程中的損耗，太陽能電池板的輸出功率應為555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充電過程中，太陽能電池板的實際使用功率。

（1）由於太陽能組件的輸出功率取決於太陽輻照度和太陽能電池溫度等因素，因此太陽能電池組件的測量在標準條件下（STC）進行，標準條件定義為：大氣質量AM1.5，光照強度1000W/m2，溫度25℃。

（2）在該條件下，太陽能電池組件所輸出的最大功率稱為峰值功率，在很多情況下，組件的峰值功率通常用太陽能模擬儀測定。影響太陽能電池組件輸出性能的主要因素有以下幾點：

1）負載阻抗

2）日照強度

3）溫度

4）陰影

由中科院半導體所韓培德研究員領導的光伏能源組，在國家縱向和自籌經費的支持下，瞄準光伏企業需求，經過多年苦戰，綜合了入射光減反技術、鈍化技術、選擇性發射極技術、背面局部重摻技術等優點，在單晶硅襯底上研發出效率高達20.0%的太陽電池（短路電流密度JSC=43.9mA/cm，開路電壓VOC=602mV，填充因子FF=0.758），並經中國計量科學研究院認證。

在中國特色的光伏運動推動下，單晶硅/多晶硅太陽電池將以第一代電池身份跨入Martin A.Green說描述的第三代電池範疇（即光電轉換效率³20%，電力成本£$0.5/W，製造成本£$100/m），單晶硅/多晶硅太陽電池在光伏能源中的主導地位將長期不變。正因如此，提高單晶硅電池效率、形成自主知識產權、引領光伏企業向前發展具有重要的戰略意義。

針對當前光伏低谷的產業形勢，課題組提出了“提效率、重檢測、降成本、促應用”十二字方針，以此作為本組日常工作指南，努力走一條與企業需要相結合的研發道路。下一步將繼續提高電池效率，同時對現有技術進行中試，並在產線上加以推廣和應用。