太阳能电池发电原理

太阳能电池发电原理

太阳能电池是以吸收太阳辐射能并转化为电能

的装置，是一种对光有响应并能将光能转换成

电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，

如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟

铜等。它们的发电原理基本相同，现已晶体硅为例描述光发电过程。P 型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成P-N结。当光线照射太阳电池表面时，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。目前，许多国家正在制订中长期太阳能开发计划，准备在21世纪大规模开发太阳能，美国能源部推出的是国家光伏计划，日本推出的是阳光计划。NREL光伏计划是美国国家光伏计划的一项重要的内容，该计划在单晶硅和高级器件、薄膜光伏技术、PVMaT、光伏组件以及系统性能和工程、光伏应用和市场开发等5个领域开展研究工作。

美国还推出了"太阳能路灯计划",旨在让美国一部分城市的路灯都改为由太阳能供电，根据计划，每盏路灯每年可节电

800 度。日本也正在实施太阳能"7万套工程计划"，日

本准备普及的太阳能住宅发电系统，主要是装设在住

宅屋顶上的太阳能电池发电设备，家庭用剩余的电量

还可以卖给电力公司。一个标准家庭可安装一部发电

3000瓦的系统。欧洲则将研究开发太阳能电池列入著名的"尤里卡"高科技计划，推出了"10万套工程计划"。这些以普及应用光电池为主要内容的"太阳能工程"计划是目前推动太阳能光电池产业大发展的重要

动力之一。

日本、韩国以及欧洲地区总共8个国家最近决定携手合作，在亚洲内陆及非洲沙漠地区建设世界上规模最大的太阳能发电站，他们的目标是将占全球陆地面积约1/4的沙漠地区的长时间日照资源有效地利用起来，为30万用户提供100万千瓦的电能。计划将从2001年开始，花4年时间完成。

目前，美国和日本在世界光伏市场上占有最大的市场份额。美国拥有世界上最大的光伏发电厂，其功率为7MW，日本也建成了发电功率达1MW的光伏发电厂。全世界总共有23万

座光伏发电设备，以色列、澳大利亚、新西兰

居于领先地位。20世纪90年代以来，全

球太阳能电池行业以每年15%的增幅持续不断

地发展。据Dataquest发布的最新统计和预测报

告显示，美国、日本和西欧工业发达国家在研

究开发太阳能方面的总投资，1998年达570亿美元；1999年646亿美元；2000年700亿美元；2001年将达820亿美元；2002年有望突破1000亿美元。中国太阳能电池现状。中国对太阳能电池的研究开发工作高度重视，早在七五期间，非晶硅半导体的研究工作已经列入国家重大课题；八五和九五期间，中国把研究开发的重点放在大面积太阳能电池等方面。2003年10月，国家发改委、科技部制定出未来5年太阳能资源开发计划，发改委"光明工程"将筹资100亿元用于推进太阳能发电技术的应用，计划到2015年全国太阳能发电系统总装机容量达到300兆瓦。中国已成为全球光伏产品最大制造国，中国即将出台的《新能源振兴规划》，中国光伏发电的装机容量规划为2020年达到20GW，是原来《可再生能源中长期规划》中1.8GW的10多倍。

2002年，国家有关部委启动了"西部省

区无电乡通电计划"，通过太阳能和小型风力

发电解决西部七省区无电乡的多晶硅太阳

能电池用电问题。这一项目的启动大大刺激

了太阳能发电产业，国内建起了几条太阳能

电池的封装线，使太阳能电池的年生产量迅

速增加。据专家预测，目前中国光伏市场需

求量为每年5MW,2001～2010年，年需求量

将达10MW，从2011年开始，中国光伏市场

年需求量将大于20MW。

目前国内太阳能硅生产企业主要有洛阳单晶硅厂、河北宁晋单晶硅基地和四川峨眉半导体材料厂等厂商，其中河北宁晋单晶硅基地是世界最大的太阳能单晶硅生产基地，占世界太阳能单晶硅市场份额的25%左右。

在太阳能电池材料下游市场，目前国内生产太阳能电池的企业主要有宏威集团、无锡尚德、海润光伏、南京中电、保定英利、河北晶澳、林洋新能源、苏州阿特斯、常州天合、拓日新能、云南天达光伏科技、宁波太阳能电源、京瓷（天津）太阳能等公司，总计年产能在800MW以上。

2009年，国务院根据工信提供的报告指

出多晶硅产能过剩，实际业界人并不认可，

科技部已经表态，多晶硅产能并不过剩。

太阳能电池发展前景。目前，太阳能电池的

应用已从军事领域、航天领域进入工业、商

业、农业、通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以分散地在

边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用，以节省造价很贵的输电线路。但是在目前阶段，它的成本还很高，发出1kW电需要投资上万美元，因此大规模使用仍然受到经济上的限制。

但是，从长远来看，随着太阳能电池制造技术的改进以及新的光—电转换装置的发明，各国对环境的保护和对再生清洁能源的巨大需求，太阳能电池仍将是利用太阳辐射能比较切实可行的方法，可为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景。