單晶硅太陽(yáng)能電池

太陽(yáng)能交流發(fā)電系統(tǒng)是由太陽(yáng)電池板、充電控制器、逆變器和蓄電池共同組成;太陽(yáng)能直流發(fā)電系統(tǒng)則不包括逆變器。為了使太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)能為負(fù)載提供足夠的電源，就要根據(jù)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(gè)小時(shí)為例，介紹一下計(jì)算方法:

1. 首先應(yīng)計(jì)算出每天消耗的瓦時(shí)數(shù)(包括逆變器的損耗):若逆變器的轉(zhuǎn)換效率為90%，則當(dāng)輸出功率為100W時(shí)，則實(shí)際需要輸出功率應(yīng)為100W/90%=111W;若按每天使用5小時(shí)，則耗電量為111W*5小時(shí)=555Wh。

2. 計(jì)算太陽(yáng)能電池板:按每日有效日照時(shí)間為6小時(shí)計(jì)算，再考慮到充電效率和充電過(guò)程中的損耗，太陽(yáng)能電池板的輸出功率應(yīng)為555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充電過(guò)程中，太陽(yáng)能電池板的實(shí)際使用功率。

由中科院半導(dǎo)體所韓培德研究員領(lǐng)導(dǎo)的光伏能源組，在國(guó)家縱向和自籌經(jīng)費(fèi)的支持下，瞄準(zhǔn)光伏企業(yè)需求，經(jīng)過(guò)多年苦戰(zhàn)，綜合了入射光減反技術(shù)、鈍化技術(shù)、選擇性發(fā)射極技術(shù)、背面局部重?fù)郊夹g(shù)等優(yōu)點(diǎn)，在單晶硅襯底上研發(fā)出效率高達(dá)20.0%的太陽(yáng)電池(短路電流密度JSC=43.9mA/cm，開(kāi)路電壓VOC=602mV，填充因子FF=0.758)，并經(jīng)中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院認(rèn)證。

在中國(guó)特色的光伏運(yùn)動(dòng)推動(dòng)下，單晶硅/多晶硅太陽(yáng)電池將以第一代電池身份跨入Martin A.Green說(shuō)描述的第三代電池范疇(即光電轉(zhuǎn)換效率³20%，電力成本£$0.5/W，制造成本£$100/m)，單晶硅/多晶硅太陽(yáng)電池在光伏能源中的主導(dǎo)地位將長(zhǎng)期不變。正因如此，提高單晶硅電池效率、形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、引領(lǐng)光伏企業(yè)向前發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。

針對(duì)當(dāng)前光伏低谷的產(chǎn)業(yè)形勢(shì)，課題組提出了"提效率、重檢測(cè)、降成本、促應(yīng)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(yè)需要相結(jié)合的研發(fā)道路。下一步將繼續(xù)提高電池效率，同時(shí)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行中試，并在產(chǎn)線上加以推廣和應(yīng)用。

為了降低生產(chǎn)成本，地面應(yīng)用的太陽(yáng)能電池等采用太陽(yáng)能級(jí)的單晶硅棒，材料性能指標(biāo)有所放寬。有的也可使用半導(dǎo)體器件加工的頭尾料和廢次單晶硅材料，經(jīng)過(guò)復(fù)拉制成太陽(yáng)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。硅片經(jīng)過(guò)拋磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。

加工太陽(yáng)能電池片，首先要在硅片上摻雜和擴(kuò)散，一般摻雜物為微量的硼、磷、銻等。擴(kuò)散是在石英管制成的高溫?cái)U(kuò)散爐中進(jìn)行。這樣就硅片上形成P>N結(jié)。然后采用絲網(wǎng)印刷法，精配好的銀漿印在硅片上做成柵線，經(jīng)過(guò)燒結(jié)，同時(shí)制成背電極，并在有柵線的面涂覆減反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉。

因此，單晶硅太陽(yáng)能電池的單體片就制成了。單體片經(jīng)過(guò)抽查檢驗(yàn)，即可按所需要的規(guī)格組裝成太陽(yáng)能電池組件(太陽(yáng)能電池板)，用串聯(lián)和并聯(lián)的方法構(gòu)成一定的輸出電壓和電流。最后用框架和材料進(jìn)行封裝。用戶根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可將太陽(yáng)能電池組件組成各種大小不同的太陽(yáng)能電池方陣，亦稱太陽(yáng)能電池陣列。單晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為15%左右，實(shí)驗(yàn)室成果也有20%以上的。

1. 鋼化玻璃其作用為保護(hù)發(fā)電主體(如電池片)，透光其選用是有要求的，第一，透光率必須高(一般91%以 上);第二，超白鋼化處理。

2. EVA 用來(lái)粘結(jié)固定鋼化玻璃和發(fā)電主體(如電池片)，透明EVA材質(zhì)的優(yōu)劣直接影響到組件的壽命，暴露在空氣中的EVA易老化發(fā)黃，從而影響組件的透光率，從而影響組件的發(fā)電質(zhì)量除了EVA本身的質(zhì)量外，組件廠家的層壓工藝影響也是非常大的，如EVA膠連度不達(dá)標(biāo)，EVA與鋼化玻璃、背板粘接強(qiáng)度不夠，都會(huì)引起EVA提早老化，影響組件壽命。

3. 電池片主要作用就是發(fā)電，發(fā)電主體市場(chǎng)上主流的是晶體硅太陽(yáng)電池片、薄膜太陽(yáng)能電池片，兩者各有優(yōu)劣。晶體硅太陽(yáng)能電池片，設(shè)備成本相對(duì)較低，消耗及電池片成本很高，光電轉(zhuǎn)換效率也高;在室外陽(yáng)光下發(fā)電薄膜太陽(yáng)能電池比較適宜，設(shè)備成本相對(duì)較高，消耗和電池成本很低，光電轉(zhuǎn)化效率為晶體硅電池片一半多點(diǎn)，但弱光效應(yīng)非常好，在普通燈光下也能發(fā)電，如計(jì)算器上的太陽(yáng)能電池。

4. EVA作用如上，主要粘結(jié)封裝發(fā)電主體和背板。

5. 背板 作用是密封、絕緣、防水(一般都用TPT、TPE等材質(zhì)必須耐老化，組件廠家都質(zhì)保25年，鋼化玻璃，鋁合金一般都沒(méi)問(wèn)題，關(guān)鍵就在與背板和硅膠是否能達(dá)到要求。

附:發(fā)電主體(晶體硅電池片)

我們知道，單片電池片的發(fā)電效率是非常低的，如一片156電池片的功率只有3W多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我們的需求，所以我們就多多片電池片串聯(lián)起來(lái)，已達(dá)到我們所要求的功率，電流、電壓，而被串聯(lián)起來(lái)的電池片我們稱之為電池串。

6. 鋁合金保護(hù)層壓件，起一定的密封、支撐作用。

7. 接線盒 保護(hù)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)，起到電流中轉(zhuǎn)站的作用，如果組件短路接線盒自動(dòng)斷開(kāi)短路電池串，防止燒壞整個(gè)系統(tǒng)接線盒中最關(guān)鍵的是二極管的選用，根據(jù)組件內(nèi)電池片的類型不同，對(duì)應(yīng)的二極管也不相同。

8. 硅膠 密封作用，用來(lái)密封組件與鋁合金邊框、組件與接線盒交界處有些公司使用雙面膠條、泡棉來(lái)替代硅膠，國(guó)內(nèi)普遍使用硅膠，工藝簡(jiǎn)單，方便，易操作，而且成本很低。

中國(guó)光伏電池產(chǎn)量年增長(zhǎng)速度為1-3倍，光伏電池產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的比例也由2002年1.07%增長(zhǎng)到2008年的近15%。商業(yè)化晶體硅太陽(yáng)能電池的效率13%-14%提高到16%-17%?？傮w來(lái)看，中國(guó)太陽(yáng)能電池的國(guó)際市場(chǎng)份額和技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力大幅提高。在產(chǎn)業(yè)布局上，中國(guó)太陽(yáng)能電也由池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了一定的集聚態(tài)勢(shì)。在長(zhǎng)三角、環(huán)渤海、珠三角、中西部地區(qū)，已經(jīng)形成了各具特色的太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)集群。

太陽(yáng)能光伏發(fā)電在不遠(yuǎn)的將來(lái)會(huì)占據(jù)世界能源消費(fèi)的重要席位，不但要替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應(yīng)的主體。預(yù)計(jì)到2030年，可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中將占到30%以上，而太陽(yáng)能光伏發(fā)電在世界總電力供應(yīng)中的占比也將達(dá)到10%以上;到2040年，可再生能源將占總能耗的50%以上，太陽(yáng)能光伏發(fā)電將占總電力的20%以上;到21世紀(jì)末，可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占到80%以上，太陽(yáng)能發(fā)電將占到60%以上。這些數(shù)字足以顯示出太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景及其在能源領(lǐng)域重要的戰(zhàn)略地位。由此可以看出，太陽(yáng)能電池市場(chǎng)前景廣闊。

太陽(yáng)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(diǎn)決定了它們?cè)诓煌瑧?yīng)用中擁有不可替代的地位。但是，未來(lái)10年晶體硅太陽(yáng)能電池所占份額盡管會(huì)因薄膜太陽(yáng)能電池的發(fā)展等原因而下降，但其主導(dǎo)地位仍不會(huì)根本改變;而薄膜電池如果能夠解決轉(zhuǎn)換效率不高、制備薄膜電池所用設(shè)備價(jià)格昂貴等問(wèn)題，會(huì)有巨大的發(fā)展空間。

1. 用戶太陽(yáng)能電源:(1)小型電源10-100W不等，用于邊遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機(jī)等;(2)3-5KW家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng);(3)光伏水泵:解決無(wú)電地區(qū)的深水井飲用、灌溉。

2. 交通領(lǐng)域:如航標(biāo)燈、交通/鐵路信號(hào)燈、交通警示/標(biāo)志燈、宇翔路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無(wú)線電話亭、無(wú)人值守道班供電等。

3. 通訊/通信領(lǐng)域:太陽(yáng)能無(wú)人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、廣播/通訊/尋呼電源系統(tǒng);農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機(jī)、士兵GPS供電等。

4. 石油、海洋、氣象領(lǐng)域:石油管道和水庫(kù)閘門陰極保護(hù)太陽(yáng)能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺(tái)生活及應(yīng)急電源、海洋檢測(cè)設(shè)備、氣象/水文觀測(cè)設(shè)備等。

5. 家庭燈具電源:如庭院燈、路燈、手提燈、野營(yíng)燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。

6. 光伏電站:10KW-50MW獨(dú)立光伏電站、風(fēng)光(柴)互補(bǔ)電站、各種大型停車廠充電站等。

7. 太陽(yáng)能建筑:將太陽(yáng)能發(fā)電與建筑材料相結(jié)合，使得未來(lái)的大型建筑實(shí)現(xiàn)電力自給，是未來(lái)一大發(fā)展方向。

8. 其他領(lǐng)域包括:(1)與汽車配套:太陽(yáng)能汽車/電動(dòng)車、電池充電設(shè)備、汽車空調(diào)、換氣扇、冷飲箱等;(2)太陽(yáng)能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統(tǒng);(3)海水淡化設(shè)備供電;(4)衛(wèi)星、航天器、空間太陽(yáng)能電站等。

(1)由于太陽(yáng)能組件的輸出功率取決于太陽(yáng)輻照度和太陽(yáng)能電池溫度等因素，因此太陽(yáng)能電池組件的測(cè)量在標(biāo)準(zhǔn)條件下(STC)進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)條件定義為: 大氣質(zhì)量AM1.5， 光照強(qiáng)度1000W/m2，溫度25℃。

(2)在該條件下，太陽(yáng)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(yáng)能模擬儀測(cè)定。影響太陽(yáng)能電池組件輸出性能的主要因素有負(fù)載阻抗、日照強(qiáng)度、溫度、陰影等幾點(diǎn)。