太陽能光伏技術(shù)詳解

1.太陽能概況

太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，生物質(zhì)能、風(fēng)能、海洋能、水能等都來自太陽能，廣義地說，太陽能包含以上各種可再生能源。太陽能作為可再生能源的一種，則是指太陽能的直接轉(zhuǎn)化和利用。通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能利用的屬于太陽能熱利用技術(shù)，再利用熱能進行發(fā)電的稱為太陽能熱發(fā)電，也屬于這一技術(shù)領(lǐng)域;通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能利用的屬于太陽能光發(fā)電技術(shù)，光電轉(zhuǎn)換裝置通常是利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理進行光電轉(zhuǎn)換的，因此又稱太陽能光伏技術(shù)。

二十世紀(jì)50年代，太陽能利用領(lǐng)域出現(xiàn)了兩項重大技術(shù)突破：一是1954年美國貝爾實驗室研制出6%的實用型單晶硅電池，二是1955年以色列Tabor提出選擇性吸收表面概念和理論并研制成功選擇性太陽吸收涂層。這兩項技術(shù)突破為太陽能利用進入現(xiàn)代發(fā)展時期奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

70年代以來，鑒于常規(guī)能源供給的有限性和環(huán)保壓力的增加，世界上許多國家掀起了開發(fā)利用太陽能和可再生能源的熱潮。1973年，美國制定了政府級的陽光發(fā)電計劃，1980年又正式將光伏發(fā)電列入公共電力規(guī)劃，累計投入達(dá)8億多美元。1992年，美國政府頒布了新的光伏發(fā)電計劃，制定了宏偉的發(fā)展目標(biāo)。日本在70年代制定了“陽光計劃”，1993年將“月光計劃”(節(jié)能計劃)、“環(huán)境計劃”、“陽光計劃”合并成“新陽光計劃”。德國等歐共體國家及一些發(fā)展中國家也紛紛制定了相應(yīng)的發(fā)展計劃。90年代以來聯(lián)合國召開了一系列有各國領(lǐng)導(dǎo)人參加的高峰會議，討論和制定世界太陽能戰(zhàn)略規(guī)劃、國際太陽能公約，設(shè)立國際太陽能基金等，推動全球太陽能和可再生能源的開發(fā)利用。開發(fā)利用太陽能和可再生能源成為國際社會的一大主題和共同行動，成為各國制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。

自“六五”以來我國政府一直把研究開發(fā)太陽能和可再生能源技術(shù)列入國家科技攻關(guān)計劃，大大推動了我國太陽能和可再生能源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

二十多年來，太陽能利用技術(shù)在研究開發(fā)、商業(yè)化生產(chǎn)、市場開拓方面都獲得了長足發(fā)展，成為世界快速、穩(wěn)定發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)之一。 2.光伏效應(yīng)

光生伏特效應(yīng)簡稱為光伏效應(yīng)，指光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬組合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。

產(chǎn)生這種電位差的機理有好幾種，主要的一種是由于阻擋層的存在。以下以P-N結(jié)為例說明。

熱平衡態(tài)下的P-N結(jié)

P-N結(jié)的形成：

同質(zhì)結(jié)可用一塊半導(dǎo)體經(jīng)摻雜形成P區(qū)和N區(qū)。由于雜質(zhì)的激活能量ΔE很小，在室溫下雜質(zhì)差不多都電離成受主離子NA-和施主離子ND+。在PN區(qū)交界面處因存在載流子的濃度差，故彼此要向?qū)Ψ綌U散。設(shè)想在結(jié)形成的一瞬間，在N區(qū)的電子為多子，在P區(qū)的電子為少子，使電子由N區(qū)流入P區(qū)，電子與空穴相遇又要發(fā)生復(fù)合，這樣在原來是N區(qū)的結(jié)面附近電子變得很少，剩下未經(jīng)中和的施主離子ND+形成正的空間電荷。同樣，空穴由P區(qū)擴散到N區(qū)后，由不能運動的受主離子NA-形成負(fù)的空間電荷。在P區(qū)與N區(qū)界面兩側(cè)產(chǎn)生不能移動的離子區(qū)(也稱耗盡區(qū)、空間電荷區(qū)、阻擋層)，于是出現(xiàn)空間電偶層，形成內(nèi)電場(稱內(nèi)建電場)此電場對兩區(qū)多子的擴散有抵制作用，而對少子的漂移有幫助作用，直到擴散流等于漂移流時達(dá)到平衡，在界面兩側(cè)建立起穩(wěn)定的內(nèi)建電場。