太阳能电池的原理、种类与应用

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太阳能电池的原理、种类与应用

开门八极

（闵大荒男子职业技术学院，上海）

摘要：本文综述了三代典型太阳能电池的原理、种类剂应用。其中第一代太阳能电池是硅太阳能电池，第二代为化合物薄膜太阳能电池，第三代以染料敏化太阳能电池为代表。

关键词：太阳能电池、Si、电子跃迁、薄膜、光伏发电、染料

一.太阳能电池的原理

太阳能电池都是利用太阳光的激发，在两个电极上分别产生异号光载流子，进而在两个极板间形成电势差。由于太阳能电池种类存在差异，不同电池的工作原理不尽相同。

1.硅太阳能电池

在超纯晶体硅的禁带宽度比绝缘体小。在光照或者加热条件下，价带的电子容易激发到导带上去，而价带上留下空穴。电子和空穴都是载流子，这两种能带都成了导带。这种半导体成为本征半导体。

在纯硅中掺入杂质，将极大地影响其导电性。若掺入P、As、Sb、Bi，多余的电子在靠近导带出处形成扽里的能级，容易进入导带。这类半导体的载流子是电子，成为n型半导体。反之，掺入B、Al、Ga、In，这类半导体的载流子是空穴，称为p型半导体。将两种半导体结合和在一起，产生电势差，可将太阳能转变成电能。[1] 这种现象称为光生伏特效应

2.化合物薄膜太阳能电池

窗口层 吸收层 背接触层 图 1.化合物薄膜太阳能电池的结构图

电池中的吸收层是薄膜电池的核心。它主要由为砷化镓(GaAs)、铜铟硒(CuInSe) 碲化

镉(CdTe)等半导体构成。这种电池的原理与硅太阳能电池的原理非常类似，也涉及光电子在

价带和导带之间的跃迁 参数 物质 GaAs CuInSe2 CdTe 精选文档

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带隙/eV 产业化平均效率/% 1.4 29.5 表格 1.几种化合物半导体的性能参数 1.1 17.1 1.5 8~10 3. 染料敏化太阳能电池

染料敏化太阳电池(DSSC)的工作原理及工作过程包括：

（1）阳光照射至UDSSC电池的光阳极上，半导体薄膜上的染料会吸收光子的能量 染料分子会从基态(SO)跃迁至激发态(S*)，

(2)染料处在不稳定的激发态变成氧化态(S+)，电子注入半导体的导带(CB) (3)注入到半导体导带中的e一经扩散到达导电玻璃

(4)处于氧化态(S+)的染料分子会与电解质中的厂离子发生氧化还原反应，染料从氧化态变回基态

(5)流经外电路的电子，到达对电极与电解质中的‘发生氧化还原反应，电解质中的I3-变回I-

但在前述循环反应中，同时会发生两种电子复合反应，而由复合反应产生电流会形成暗电流，其中包括

(1*)半导体导带中的e-与氧化态的染料复合

(2*)半导体导带(CB)中的e一与电解质中的I3- 复合

负载 导电TiO2 玻璃 + 染料 对电极

图2.DSSC简明结构图

图3.几种染料的结构式

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二.太阳能电池的种类

如上面所说，太阳能电池分为硅太阳能电池、化合物薄膜太阳能电池、染料敏化

太阳能电池三种。下面分别作详细介绍。

1.硅太阳能电池

（1）单晶硅太阳能电池

单晶硅太阳能电池是以高纯的单晶硅棒为原料的太阳能电池。其基本结构多以p型单晶硅片为基片，其电阻率一般为

，厚度一般为200～300μm。由于单晶硅材料大多

来自半导体工业退下的废次品，因此部分厂家采用的硅片厚度达到O．5～0．7mm，而这些硅片的质量办能完全满足太阳能电池的要求，用来制作太阳能电池也能得到良好的效果，通常能达到15％以上。

a.结构组件：

1钢化玻璃：其作用为保护发电主体 ○

2EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）○：用来粘结固定钢化玻璃和发电主体（如电池片） 3电池片：主要作用就是发电 ○

4EVA：作用如上，主要粘结封装发电主体和背板。 ○

5背板：作用是密封、绝缘、防水。 ○

6铝合金保护层压件：起一定的密封、支撑作用。 ○

7接线盒：保护整个发电系统，起到电流中转站的作用，如果组件短路接线盒自动断○

开短路电池串，防止烧坏整个系统接线盒中最关键的是二极管的选用，根据组件内电池片的类型不同，对应的二极管也不相同。

8硅胶：密封作用，用来密封组件与铝合金边框、组件与接线盒交界处. ○

图4.单晶硅太阳能电池板

b.工艺流程

（i）单晶硅的制取 首先制取多晶硅。石英砂在电弧炉中冶炼提纯到98%并生成工业硅。为了满足高纯度的需要，必须进一步提纯。把工业硅粉碎并用无水氯化氢与之反应在一个流床反应器中，生成

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拟溶解的三氯硅烷。反应温度为300度，该反应是放热的。同时形成气态混合物。产生的气态混合物还需要进一步提纯，需要分解：过滤硅粉，冷凝

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