矽太陽能電池的結構、發電原理及其應用前景

　　太陽電池最早問世的是單晶矽太陽電池。矽是地球上極豐富的一種元素，幾乎遍地都有矽 的存在，可說是取之不盡，用矽來製造太陽電池，原料可謂不缺。但是提煉它卻不容易，所以人們在生產單晶矽太陽電池的同時，又研究了多晶矽太陽電池和非晶矽太陽電池，至今 商業規模生產的太陽電池， 還沒有跳出矽的系列。 其實可供製造太陽電池的半導體材料很多， 隨著材料工業的發展、太陽電池的品種將越來越多。

　　

　　矽太陽能電池發電原理：

　　太陽電池是一種對光有響應並能將光能轉換成電力的器件。能產生光伏效應的材料有許多種，如：單晶矽，多晶矽， 非晶矽，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發電原理基本相同，現已晶體矽為例描述光發電過程。 P型晶體矽經過摻雜磷可得N型矽，形成P-N結。

　　

　　當光線照射太陽電池表面時，一部分光子被矽材料吸收;光子的能量傳遞給了矽原子，使電子發生了越遷，成為自由電子在P-N結兩側集聚形成了電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產生一定的輸出功率。這個過程的的實質是：光子能量轉換成電能的過程。

　　矽太陽能電池結構：

　　正電荷表示矽原子，負電荷表示圍繞在矽原子旁邊的四個電子。

　　當矽晶體中摻入其他的雜質，如硼、磷等，當摻入硼時，矽晶體中就會存在著一個空穴，它的形成可以參照下圖：

　　

　　正電荷表示矽原子，負電荷表示圍繞在矽原子旁邊的四個電子。而黃色的表示摻入的硼原子，因為硼原子周圍只有3個電子，所以就會產生藍色的空穴。

　　當P型和N型半導體結合在一起時，在兩種半導體的交界面區域裡會形成一個特殊的薄層）。N區的電子會擴散到P區，P區的空穴會擴散到N區，一旦擴散就形成了一個由N指向P的「內電場」，從而阻止擴散進行。直到達到平衡後，就形成了這樣一個特殊的薄層形成電勢差，這就是PN結。

　　

　　由於半導體不是電的良導體，電子在通過p－n結後如果在半導體中流動，因此一般用金屬網格復蓋p－n結（如圖 梳狀電極），以增加入射光的面積。

　　另外矽表面非常光亮，會反射掉大量的太陽光，不能被電池利用，科學家們給它塗上了一層反射係數非常小的保護膜。

　　矽基太陽能電池的應用前景：

　　矽基太陽能電池的應用前景目前，矽基電池已廣泛應用於工業、農業、商業、通信、軍事、航火等領域。還包括家用電器以及公用設施。矽基電池的應用主要可分為3種類型：併網型、離網和家用電器產品。

　　1、併網

　　進入21紀以來，全球太陽能光伏併網發電年度併網容址增長了44.1倍。從2000年的28 7MW遞增至2008年的29.85MW，年均增長率 達60.99%，同比2007年增長了72.65%.全球太陽能光伏併網發電併網累積總裡增長10.5倍，從2000的1.435G增至2008年的16.4GW，年增長率為35.6%。世界各國都在樓宇和家居屋頂應用了太陽能電池，所發的電大都可以併網。

　　2、離網應用

　　與井網發電相比，離網發電具有靈活等特點，特點，始終佔據著重的市場份領，如用於通信聯絡中繼站的供電、邊遠山區小功率的生活用電等場合。在不少偏遠地區如遠離城市的農場、山區、葡萄園採用離網方式發電，如水泵的供電系統。功率可高達441.3KW。

　　3、家用電器應用

　　太陽能發電雖受晝夜、晴雨、季節的影響，但可以分散地進行，所以它適合於各家各戶分散進行發電，而且要聯接到供電網絡上。太陽電池日益成為家用電器的「能源心臟」。

　　（1）太陽能電話。以太陽能作能源的無線電話已在英國一家無線電公司問世。它利用頂端上裝的太陽能接收板，可以不斷給電池充電。使用者的聲音通過無線電波輸入附近的電話交換機，再傳送到各地電話通訊網去。巴黎伏德瓦特公司製作的太陽能收費公用電話，耗電量極低，只要在陽光下充電幾小時，便足夠使用10多天。

　　（2） 太陽能冰箱。法國的太陽能冰箱以甲醇為製冰劑，每24小時可製冰10公斤，保鮮30公斤食物。印度研製出一種倉庫用的大型太陽能冰箱，上部裝的拋物線鏡面將陽光集中在半導體網孔

　　上，把光轉換成電流，箱內溫度保持在－2℃，可冷藏500公斤食品，每天還可制出25公斤冰來。 （3） 太陽能空調器。日本夏普電器公司製造的這種空調裝置，當天氣晴朗時，全部動力都由陽光供給，多雲或陰天時才使用一般電源。期間的轉換由控制系統自動完成，用它可使一間18平方米的居室室溫保持在20℃左右，並較一般空調器節約電費60％以上。

　　（4）太陽能電視機。芬蘭研製的太陽能電視機只要白天把半導體矽光電池轉換器放在有陽光的窗臺上，晚上不需電源便可觀看電視。轉換器貯存的電能，可供工作電壓為12伏的電視機使用3至4小時。印度研製的太陽能電視機，其能源吸收系統只要每天工作4小時，即使連續3天無太陽，也能正常接收信號播放節目。

　　（5） 太陽能照相機。日本製作的世界上第一架太陽能照相機，重量僅有475克，機內裝有先進的太陽能電池系統，其蓄電池可連續使用4年。美國一家公司生產了一種新型的135照相機。它的光圈、速度均由微電腦自動控制，電力則由太陽能硒光電池提供，只要有光線就能供電。

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