太阳能电池原理及发展

太阳能电池原理及发展

摘要:人类面临着有限常规能源和环境破坏严重的双重压力, 己经

成为越来越值得关注的社会与环境问题。近年来, 光伏市场快速发展并取得可喜的成就。本文介绍了太阳能电池的原理和发展, 以及各类新型太阳能电池, 比较了各类太阳能电池的转换效率和发展前景。

关键字:太阳能电池原理发展前景

Abstract:Mankind is faced with limited conventional energy and the dual pressures of serious damage to the environment, has become increasingly of concern social and environmental problems. In recent years, the rapid development of PV market and has made gratifying achievements. This article describes the principles and development of solar cells, as well as new types of solar cells, compared the various types of solar cells conversion efficiency and development prospects. Keywords: solar cell; principle; development; prospects

1.引言

由于人类对可再生能源的不断需求, 促使人们致力于开发新型能源。太阳在

40min 内照射到地球表面的能量可供全球目前能源消费的速度使用1 年, 合理

的利用好太阳能将是人类解决能源问题的长期发展战略, 是其中最受瞩目的研究热点之一。本文介绍了太阳能电池的原理和发展, 以及各类新型太阳能电池, 比较了各类太阳能电池的转换效率和发展前景。

2.太阳能电池原理【1】

太阳能电池，是一种能有效地吸收太阳辐射能，并使之转变成电能的半导体器件。他们利用各种势垒的光生伏特效应，所以也称为光伏电池，其核心是可释放电子的半导体。最常用的半导体材料是硅。地壳硅储量丰富，可以说是取之不尽、用

之不竭。当太阳光照射到半导体表面，半导体内部N 区和P 区中原子的价电子受到太阳光子的激发，通过光辐射获取到超过禁带宽度Eg 的能量，脱离共价健

的束缚从价带激发到导带，由此在半导体材料内部产生出很多处于非平衡状态的电子空穴对。这些被光激发的电子和空穴，或自由碰撞，或在半导体中复合恢复到平衡状态。其中复合过程对外不呈现导电作用，属于太阳能电池能量自动损耗

部分。光激发载流子中的少数载流子能运动到P—N 结区，通过P—N 结对少数载流子的牵引作用而漂移到对方区域，对外形成与P—N 结势垒电场方向相反的

光生电场。一旦接通外电路，即可有电能输出。当把众多这样小的太阳能光伏电池单元通过串并联的方式组合在一起，构成光伏电池组件，便会在太阳能的作用下输出功率足够大的电能。制造太阳能电池的半导体材料有合适禁带宽度非常重要。不同禁带宽度的半导体，只能吸取一部分波长的太阳光辐射能以产生电子空穴对，禁带宽度越小，所吸收的太阳光谱的可利用部分就越大，而同时在太阳光谱峰值附近被浪费的能量也就越大。可见，只有选择具有合适禁带宽度的半导体材料，才能更有效地利用太阳光谱。由于直接迁移型半导体的光吸收效率比间接迁移型高，故最好是直接迁移型半导体。

3.太阳能电池（组件）生产工艺

组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤没有良好的封装工

艺，多好的电池也生产不出好的组件板。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键，所以组件板的封装质量非常重要。

工艺流程如下：

（1）电池测试：由于电池片制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同，

所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进行分类，电池测试即通过测试电池的输出参数。电流和电压，的大小对其进行分类。以提高电池的利用率，做出质量合格的电池

组件。

（2）正面焊接：是将汇流带焊接到电池正面，（负极）的主栅线上，汇

流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主

栅线上。焊接用的热源为一个红外灯，利用红外线的热效应。焊带的长

度约为电池边长的2 倍。多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面

电极相连

（3）背面串接：背面焊接是将36 片电池串接在一起形成一个组件串。

我们目前采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个膜具板，上面有36

个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大小相对应，槽的位置已经设计

好，不同规格的组件使用不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前

面电池”的正面电极（负极）焊接到“后面电池”的背面电极（正极）上，

这样依次将36 片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。

(4）层压敷设:背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃和切

割好的EVA 、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好，准备层压。玻璃事

先涂一层试剂（primer）以增加玻璃和EVA 的粘接强度。敷设时保证电池

串与玻璃等材料的相对位置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。（敷

设层次：由下向上：钢化玻璃、EVA、电池片、EVA、玻璃纤维、背板）。（5）组件层压：将敷设好的电池放入层压机内，通过抽真空将组件内

的空气抽出，然后加热使EVA 熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起，最后

冷却取出组件。层压工艺是组件生产的关键一步，层压温度层压时间根据

EVA 的性质决定。我们使用快速固化EVA 时，层压循环时间约为25 分钟。固化温度为150℃。

（6）边层压时EVA 熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边，所

以层压完毕应将其切除。

(7)装框类似与给玻璃装一个镜框，玻璃组件装铝框增加组件的强度进一步

的密封电池组件长电池的使用寿命。边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂填充。各边框间用角键连接。

8焊接接线盒在组件背面引线处焊接一个盒子以利于电池与其

他设备或电池间的连接。

9高压测试高压测试是指在组件边框和电极引线间施加一定的电

压测试组件的耐压性和绝缘强度以保证组件在恶劣的自然条件雷击

等下不被损坏。