隨著全球一次性能源緊缺的趨勢(shì)越來(lái)越嚴(yán)峻，開(kāi)發(fā)和利用清潔能源以及二次能源已經(jīng)成為世界各行業(yè)研究的重點(diǎn)課題。太陽(yáng)能電池是可以將光能轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置，在目前溫室效應(yīng)愈演愈烈的環(huán)境下可以為資源進(jìn)行一定數(shù)量的補(bǔ)充，文章將會(huì)對(duì)太陽(yáng)能電池的應(yīng)用以及發(fā)展趨勢(shì)做出分析，為我國(guó)電力資源的供應(yīng)奠定良好的基礎(chǔ)。

太陽(yáng)能電池工作原理

太陽(yáng)能電池工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)。所謂光生伏特效應(yīng)就是當(dāng)物體受到光照時(shí)，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)和電流的一種效應(yīng)。當(dāng)太陽(yáng)光或其他光照射半導(dǎo)體的PN結(jié)時(shí)，就會(huì)在PN結(jié)的兩邊出現(xiàn)電壓，叫做光生電壓。

當(dāng)光照射到pn結(jié)上時(shí)，產(chǎn)生電子--空穴對(duì)，在半導(dǎo)體內(nèi)部P-N結(jié)附近生成的載流子沒(méi)有被復(fù)合而到達(dá)空間電荷區(qū)，受內(nèi)部電場(chǎng)的吸引，電子流入n區(qū)，空穴流入p區(qū)，結(jié)果使n區(qū)儲(chǔ)存了過(guò)剩的電子，p區(qū)有過(guò)剩的空穴。它們?cè)趐-n結(jié)附近形成與勢(shì)壘方向相反的光生電場(chǎng)。光生電場(chǎng)除了部分抵消勢(shì)壘電場(chǎng)的作用外，還使p區(qū)帶正電，N區(qū)帶負(fù)電，在N區(qū)和P區(qū)之間的薄層就產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這就是光生伏特效應(yīng)。

當(dāng)把能量加到純硅中時(shí)(比如以熱的形式)，它會(huì)導(dǎo)致幾個(gè)電子脫離其共價(jià)鍵并離開(kāi)原子。每有一個(gè)電子離開(kāi)，就會(huì)留下一個(gè)空穴。然后，這些電子會(huì)在晶格周?chē)奶幱问?，尋找另一個(gè)空穴來(lái)安身。這些電子被稱(chēng)為自由載流子，它們可以運(yùn)載電流。將純硅與磷原子混合起來(lái)，只需很少的能量即可使磷原子(最外層五個(gè)電子)的某個(gè)“多余”的電子逸出，當(dāng)利用磷原子摻雜時(shí)，得到的硅被成為N型(“n”表示負(fù)電)，太陽(yáng)能電池只有一部分是N型。另一部分硅摻雜的是硼，硼的最外電子層只有三個(gè)而不是四個(gè)電子，這樣可得到P型硅。P型硅中沒(méi)有自由電子

太陽(yáng)能電池的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

能源數(shù)量消耗的增加必然會(huì)出現(xiàn)一種新的技術(shù)為其減輕壓力，我國(guó)傳統(tǒng)的火力發(fā)電技術(shù)十分完善，但是隨著社會(huì)電力資源需求的不斷增加，煤炭等可燃燒的資源已經(jīng)瀕臨殆盡，而且很多石油資源攜帶著一定含量的二氧化硫和氮系化合物，會(huì)在沒(méi)有過(guò)濾和凈化措施的前提下對(duì)大氣和環(huán)境產(chǎn)生大量污染。在面對(duì)資源枯竭危機(jī)以及環(huán)境污染的前提下，各國(guó)的創(chuàng)新技術(shù)研究部門(mén)都在積極地開(kāi)展可再生能源利用裝置的實(shí)驗(yàn)工作，為社會(huì)活動(dòng)和生產(chǎn)生活提供足夠的電力資源。

一、太陽(yáng)能電池的應(yīng)用

太陽(yáng)能電池最開(kāi)始的應(yīng)用領(lǐng)域是空間站的能源供應(yīng)，在上個(gè)世紀(jì)光伏發(fā)電被很多人重視，太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)和研究都是在這個(gè)時(shí)期得到有效的發(fā)展的，特別是在十九世紀(jì)末期出現(xiàn)石油危機(jī)之后，有更多的科研部門(mén)加緊了針對(duì)太陽(yáng)能電池的研發(fā)進(jìn)程。太陽(yáng)能電池根據(jù)制作材料的不同分為了化合物太陽(yáng)能電池、硅太陽(yáng)能電池、有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池以及染料敏化太陽(yáng)能電池等種類(lèi)，其中硅太陽(yáng)能電池被應(yīng)用的范圍非常廣泛，因此又被細(xì)化分為了多晶硅太陽(yáng)能電池、單晶硅太陽(yáng)能電池以及非晶硅太陽(yáng)能電池。在對(duì)電力企業(yè)進(jìn)行基本的調(diào)查之后可以得知，太陽(yáng)能電池已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在了并網(wǎng)發(fā)電、離網(wǎng)發(fā)電以及相關(guān)的商業(yè)電力領(lǐng)域。每一種太陽(yáng)能電池對(duì)于光的轉(zhuǎn)化率是不同的，其中單晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化率為百分之二十，而非晶硅的太陽(yáng)能電池只有百分之五左右，但是由于成本以及市場(chǎng)需求等原因，處于中等轉(zhuǎn)化水平的多晶硅太陽(yáng)能電池被應(yīng)用的范圍最廣，成為了光伏市場(chǎng)中較為搶手的主導(dǎo)產(chǎn)品?？傮w來(lái)說(shuō)，目前最適合太陽(yáng)能電池的材料是硅，但是如果僅僅使用硅作為原料會(huì)讓太陽(yáng)能電池的成本無(wú)限提高，因此人們會(huì)嘗試使用很多的化合物來(lái)代替硅元素，其中有著鈣系的半導(dǎo)體材料、砷化鎵化合物材料以及銅銦硒薄膜材料等等，還有一些太陽(yáng)能電池廠(chǎng)家會(huì)將兩個(gè)獨(dú)立的電池疊加在一起，獲取更好的光電轉(zhuǎn)化效率。

太陽(yáng)能電池的具體可以用在高原或者邊境區(qū)域的特種發(fā)電系統(tǒng)中，讓邊遠(yuǎn)地區(qū)的軍民也可以在生活和工作有著充足的電力資源使用，另外現(xiàn)在城市中很多小區(qū)的建筑樓頂也設(shè)立了太陽(yáng)能電池裝置，為其中居住的人們提供光熱轉(zhuǎn)化的效果。我國(guó)城市中的交通和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也應(yīng)用到了太陽(yáng)能電池板，例如路燈和交通崗的信號(hào)燈都是由其附帶的太陽(yáng)能電池板供應(yīng)電量的。除了生活中常見(jiàn)的設(shè)施，海洋、氣象、石油等領(lǐng)域也常常會(huì)應(yīng)用太陽(yáng)能電池，很多地區(qū)的水文和氣象觀(guān)察以及檢測(cè)設(shè)備都是由太陽(yáng)能供電的，同時(shí)我國(guó)在各個(gè)省份和地區(qū)都設(shè)立了光伏電站，可以將太陽(yáng)能、風(fēng)能、石油能源互相補(bǔ)充，協(xié)調(diào)產(chǎn)生電力資源。還有一些汽車(chē)廠(chǎng)家也會(huì)將太陽(yáng)能電池與汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)和充電設(shè)備相匹配，形成太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)或者是太陽(yáng)能式充電汽車(chē)，車(chē)內(nèi)的空調(diào)、換氣扇以及車(chē)載冰箱的電能都可以用太陽(yáng)能電池供電。我國(guó)目前新研發(fā)了一種將太陽(yáng)能制成的氫加燃料電池，可以為海水轉(zhuǎn)化淡水的過(guò)程提供電量，另外在航天、衛(wèi)星以及空間站中也有應(yīng)用。

二、太陽(yáng)能電池的發(fā)展趨勢(shì)

至今，國(guó)際上的太陽(yáng)能電池已經(jīng)發(fā)展到了第2代。第1代太陽(yáng)能電池包括單晶硅和多晶硅2種，工化產(chǎn)品效率一般為百分之十五以?xún)?nèi)，目前可工業(yè)化生產(chǎn)可獲得利潤(rùn)的太陽(yáng)能電池就是指第1代電池。但是由于生產(chǎn)工藝等因素使得該類(lèi)型的電池生成本較高。第2代太陽(yáng)能電池是薄膜太陽(yáng)能電池，其成本低于第1代，可大幅度增加電池板制造面積，但是效率不如第1代。國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)正在火熱進(jìn)行第2代產(chǎn)品的投資。在將來(lái)的第3代太陽(yáng)能電池應(yīng)該具有上兩代的綜合特征：為薄膜化、高效率、原材料豐富和無(wú)毒性?？赏麑?shí)現(xiàn)的第3代電池效率的途徑包括，疊層電池、多帶光伏電池、碰撞離化、光子下轉(zhuǎn)換、熱載流子電池、熱離化、熱光伏電池等。從表1中列出的實(shí)用化太陽(yáng)能電池產(chǎn)品中可以大體看出，單晶硅、多晶硅技術(shù)成熟、光電效率轉(zhuǎn)化效率高，但由于成本高，人們致力于價(jià)格低廉的多晶硅、非晶硅薄膜電池的開(kāi)發(fā)以及砷化鎵等Ⅲ一V族化合物、硫化鎘、碲化鎘及銅銦硒薄膜電池等其他材料太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)。從技術(shù)成本上看，有希望發(fā)展成與單晶硅、多晶硅太陽(yáng)能電池相抗衡的是沒(méi)有污染、價(jià)格低廉、穩(wěn)定性好的多晶硅薄膜電池和沒(méi)有光電效率衰退效應(yīng)、轉(zhuǎn)換率較高、穩(wěn)定性好、工藝簡(jiǎn)單的CIS電池。

國(guó)際上在目前對(duì)太陽(yáng)能電池材料硅化物的綜合利用主要有兩個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，一方面是以四氯化硅為原料生產(chǎn)其它化工產(chǎn)品如白碳黑、有機(jī)硅、硅酸乙酯、光纖預(yù)制棒等;另一方向是氫化還原為三氯化硅對(duì)四氯化硅進(jìn)行循環(huán)利用。太陽(yáng)能電池的主要組成部件多晶硅的生產(chǎn)提純過(guò)程耗電量非常大，加上其他部件生成過(guò)程的能耗，其生產(chǎn)過(guò)程超過(guò)了現(xiàn)有社會(huì)條件所能接受的范圍。因此，降低精餾提純?nèi)葰涔柽^(guò)程的能耗對(duì)提高中國(guó)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

三、太陽(yáng)能電池發(fā)展中遇到的問(wèn)題

2010年，我國(guó)太陽(yáng)能電池產(chǎn)量達(dá)八千兆瓦，該規(guī)模已經(jīng)達(dá)到全球的一半。但是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求卻僅僅四百兆瓦，占全球比例的百分之五，出口比例高達(dá)9百分之九十五。因此，我國(guó)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)在高速發(fā)展的同時(shí)，還面臨著日益嚴(yán)峻的貿(mào)易摩擦。以德國(guó)光伏公司為首的七家企業(yè)聯(lián)合向美國(guó)政府遞交了對(duì)中國(guó)出口到美國(guó)的太陽(yáng)能電池進(jìn)行反傾銷(xiāo)和反補(bǔ)貼調(diào)查申請(qǐng)，而美國(guó)商務(wù)部也啟動(dòng)了立案調(diào)查。之后，美國(guó)國(guó)際貿(mào)易委員會(huì)針對(duì)美對(duì)華“雙反”做出初裁，認(rèn)定中國(guó)出口的太陽(yáng)能電池及其組件價(jià)格低于合理價(jià)值，并得到中國(guó)政府的補(bǔ)貼，對(duì)美國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)是一種損害。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，為了降低環(huán)境污染以及能源消耗的危機(jī)，各個(gè)國(guó)家和行業(yè)都在開(kāi)展太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)和研制工作，其中以硅基太陽(yáng)能電池為主，但是也有很多的材料可以將其高昂的價(jià)格進(jìn)行取代，因此研究部門(mén)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)太陽(yáng)能電池材料的研究工作，為降低我國(guó)能源消耗數(shù)量做出貢獻(xiàn)。