太陽能電池的分類及其性能參數

　　太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置。只要被光照到，瞬間就可輸出電壓及電流。在物理學上稱為太陽能光伏（Photovoltaic，photo 光線，voltaics 電力，縮寫為PV），簡稱光伏。以光電效應工作的薄膜式太陽能電池為主流，而以光化學效應工作的溼式太陽能電池則還處於萌芽階段。

　　

　　太陽能電池的分類：

　　太陽能電池根據所用材料的不同，太陽能電池還可分為：晶矽太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池等。

　　

　　1、晶矽太陽能電池

　　晶矽太陽能電池分為單晶矽太陽能電池、多晶矽太陽能電池和非晶矽薄膜太陽能電池三種。

　　（1）單晶矽太陽能電池 目前單晶矽太陽能電池的光電轉換效率為19%左右，最高的達到24％，這是目前所有種類的太陽能電池中光電轉換效率最高的技術也最為成熟但製作成本很大，以致於它還不能被大量廣泛和普遍地使用。由於單晶矽一般採用鋼化玻璃以及防水樹脂進行封裝，因此其堅固耐用，使用壽命一般可達15年，最高可達25年。單晶矽太陽能電池的構造和生產工藝已定型，產品已廣泛用於空間和地面。這種太陽能電池以高純的單晶矽棒為原料。

　　（2）多晶矽太陽能電池板 多晶矽太陽電池的製作工藝與單晶矽太陽電池差不多，但是多晶矽太陽能電池的光電轉換效率則要降低不少，其光電轉換效率約17％左右。從製作成本上來講，比單晶矽太陽能電池要便宜一些，材料製造簡便，節約電耗，總的生產成本較低，因此得到大量發展。此外，多晶矽太陽能電池的使用壽命也要比單晶矽太陽能電池短。 多晶矽太陽能電池的生產需要消耗大量的高純矽材料，而製造這些材料工藝複雜，電耗很大，在太陽能電池生產總成本中己超二分之一。

　　（3）非晶體薄膜太陽能電池 非晶矽薄膜太陽能電池與單晶矽和多晶矽太陽電池的製作方法完全不同，工藝過程大大簡化，矽材料消耗很少，電耗更低，成本低重量輕，轉換效率較高，便於大規模生產，它的主要優點是在弱光條件也能發電，有極大的潛力。但非晶矽太陽電池存在的主要問題是光電轉換效率偏低，目前國際先進水平為10％左右，且不夠穩定，隨著時間的延長，其轉換效率衰減，直接影響了它的實際應用。如果能進一步解決穩定性問題及提高轉換率問題，那麼，非晶矽大陽能電池無疑是太陽能電池的主要發展產品之一。

　　

　　2、多元化合物薄膜太陽能電池

　　多元化合物薄膜太陽能電池材料為無機鹽，其主要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅錮硒薄膜電池等。硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶矽薄膜太陽能電池效率高，成本較單晶矽電池低，並且也易於大規模生產，但由於鎘有劇毒，會對環境造成嚴重的汙染，因此，並不是晶體矽太陽能電池最理想的替代產品。砷化鎵（GaAs）III-V化合物電池的轉換效率可達28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光學帶隙以及較高的吸收效率，抗輻照能力強，對熱不敏感，適合於製造高效單結電池。但是GaAs材料的價格不菲，因而在很大程度上限制了用GaAs電池的普及。

　　CIS 銅銦硒薄膜電池（簡稱CIS）適合光電轉換，不存在光致衰退問題，轉換效率和多晶矽一樣。具有價格低廉、性能良好和工藝簡單等優點，將成為今後發展太陽能電池的一個重要方向。唯一的問題是材料的來源，由於銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類電池的發展又必然受到限制。

　　

　　3、聚合物多層修飾電極型太陽能電池

　　在太陽能電池中以聚合物代替無機材料是剛剛開始的一個太陽能電池制爸的研究方向。其原理是利用不同氧化還原型聚合物的不同氧化還原電勢，在導電材料（電極）表面進行多層複合，製成類似無機P－N結的單向導電裝置。其中一個電極的內層由還原電位較低的聚合物修飾，外層聚合物的還原電位較高，電子轉移方向只能由內層向外層轉移；另一個電極的修飾正好相反，並且第一個電極上兩種聚合物的還原電位均高於後者的兩種聚合物的還原電位。當兩個修飾電極放入含有光敏化劑的電解波中時．光敏化劑吸光後產生的電子轉移到還原電位較低的電極上，還原電位較低電極上積累的電子不能向外層聚合物轉移，只能通過外電路通過還原電位較高的電極回到電解液，因此外電路中有光電流產生。

　　由於有機材料柔性好，製作容易，材料來源廣泛，成本底等優勢，從而對大規模利用太陽能，提供廉價電能具有重要意義。但以有機材料製備太陽能電池的研究僅僅剛開始，不論是使用壽命，還是電池效率都不能和無機材料特別是矽電池相比。能否發展成為具有實用意義的產品，還有待於進一步研究探索

　　

　　太陽能電池的性能參數：

　　1、開路電壓

　　開路電壓UOC：即將太陽能電池置於AM1.5光譜條件、100 mW/cm2的光源強度照射下，在兩端開路時，太陽能電池的輸出電壓值。

　　2、短路電流

　　短路電流ISC：就是將太陽能電池置於AM1.5光譜條件、100 mW/cm2的光源強度照射下，在輸出端短路時，流過太陽能電池兩端的電流值。

　　3、最大輸出功率

　　太陽能電池的工作電壓和電流是隨負載電阻而變化的，將不同阻值所對應的工作電壓和電流值做成曲線就得到太陽能電池的伏安特性曲線。如果選擇的負載電阻值能使輸出電壓和電流的乘積最大，即可獲得最大輸出功率，用符號Pm表示。此時的工作電壓和工作電流稱為最佳工作電壓和最佳工作電流，分別用符號Um和Im表示。

　　4、填充因子

　　太陽能電池的另一個重要參數是填充因子FF（fill factor），它是最大輸出功率與開路電壓和短路電流乘積之比。FF： 是衡量太陽能電池輸出特性的重要指標， 是代表太陽能電池在帶最佳負載時， 能輸出的最大功率的特性，其值越大表示太陽能電池的輸出功率越大。FF 的值始終小於1。串、並聯電阻對填充因子有較大影響。串聯電阻越大，短路電流下降越多，填充因子也隨之減少的越多；並聯電阻越小，其分電流就越大，導致開路電壓就下降的越多，填充因子隨之也下降的越多。

　　5、轉換效率

　　太陽能電池的轉換效率指在外部迴路上連接最佳負載電阻時的最大能量轉換效率，等於太陽能電池的輸出功率與入射到太陽能電池表面的能量之比。太陽能電池的光電轉換效率是衡量電池質量和技術水平的重要參數，它與電池的結構、結特性、材料性質、工作溫度、放射性粒子輻射損傷和環境變化等有關。

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