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1、太阳电池基本知识太阳电池基本知识太阳电池最早问世的是单晶硅太阳电池。硅是地球上极丰富的一种元素，几乎遍地都有硅的存在，可说是取之不尽，用硅来制造太阳电池，原料可谓不缺。但是提炼它却不容易，所以人们在生产单晶硅太阳电池的同时，又研究了多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池，至今商业规模生产的太阳电池，还没有跳出硅的系列。其实可供制造太阳电池的半导体材料很多，随着材料工业的发展、太阳电池的品种将越来越多。目前已进行研究和试制的太阳电池，除硅系列外，还有硫化镉、砷化镓、铜铟硒等许多类型的太阳电池，举不胜举，以下介绍几种较常见的太阳电池。 单晶硅太阳电池单晶硅太阳电池单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一种太阳电
2、池，它的构成和生产工艺已定型，产品已广泛用于宇宙空间和地面设施。这种太阳电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求 99.999。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳电池专用的单晶硅棒。将单晶硅棒切成片，一般片厚约 0.3 毫米。硅片经过成形、抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。加工太阳电池片，首先要在硅片上掺杂和扩散，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行。这样就在硅片上形成 P/FONTN 结。然后采用丝网印刷法，将配好的银浆印在硅片上做成栅线
3、，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉，至此，单晶硅太阳电池的单体片就制成了。单体片经过抽查检验，即可按所需要的规格组装成太阳电池组件（太阳电池板），用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流，最后用框架和封装材料进行封装。用户根据系统设计，可将太阳电池组件组成各种大小不同的太阳电池方阵，亦称太阳电池阵列。目前单晶硅太阳电池的光电转换效率为15左右，实验室成果也有 20以上的。用于宇宙空间站的还有高达 50%以上的太阳能电池板。多晶硅太阳电池多晶硅太阳电池单晶硅太阳电池的生产需要消耗大量的高纯硅材料，而制造这些材料工艺复杂，电耗很大，在太阳
4、电池生产总成本中己超二分之一，加之拉制的单晶硅棒呈圆柱状，切片制作太阳电池也是圆片，组成太阳能组件平面利用率低。因此，80 年代以来，欧美一些国家投入了多晶硅太阳电池的研制。目前太阳电池使用的多晶硅材料，多半是含有大量单晶颗粒的集合体，或用废次单晶硅料和冶金级硅材料熔化浇铸而成。其工艺过程是选择电阻率为 100300 欧姆厘米的多晶块料或单晶硅头尾料，经破碎，用 1：5 的氢氟酸和硝酸混合液进行适当的腐蚀，然后用去离子水冲洗呈中性，并烘干。用石英坩埚装好多晶硅料，加人适量硼硅，放人浇铸炉，在真空状态中加热熔化。熔化后应保温约 20 分钟，然后注入石墨铸模中，待慢慢凝固冷却后，即得多晶硅锭。这种
5、硅锭可铸成立方体，以便切片加工成方形太阳电池片，可提高材质利用率和方便组装。多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，其光电转换效率约 12左右，稍低于单晶硅太阳电池，但是材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。随着技术得提高，目前多晶硅的转换效率也可以达到 14%左右。非晶硅太阳电池非晶硅太阳电池非晶硅太阳电池是 1976 年有出现的新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同，硅材料消耗很少，电耗更低，非常吸引人。制造非晶硅太阳电池的方法有多种，最常见的是辉光放电法，还有反应溅射法、化学气相沉积法、电子束蒸发法和热分解硅烷法等。辉光放电法是将一
6、石英容器抽成真空，充入氢气或氩气稀释的硅烷，用射频电源加热，使硅烷电离，形成等离子体。非晶硅膜就沉积在被加热的衬底上。若硅烷中掺人适量的氢化磷或氢化硼，即可得到 N 型或 P 型的非晶硅膜。衬底材料一般用玻璃或不锈钢板。这种制备非晶硅薄膜的工艺，主要取决于严格控制气压、流速和射频功率，对衬底的温度也很重要。非晶硅太阳电池的结构有各种不同，其中有一种较好的结构叫 PiN 电池，它是在衬底上先沉积一层掺磷的 N 型非晶硅，再沉积一层未掺杂的 i 层，然后再沉积一层掺硼的 P 型非晶硅，最后用电子束蒸发一层减反射膜，并蒸镀银电极。此种制作工艺，可以采用一连串沉积室，在生产中构成连续程序，以实现大批量
7、生产。同时，非晶硅太阳电池很薄，可以制成叠层式，或采用集成电路的方法制造，在一个平面上，用适当的掩模工艺，一次制作多个串联电池，以获得较高的电压。因为普通晶体硅太阳电池单个只有 0.5 伏左右的电压，现在日本生产的非晶硅串联太阳电池可达 2.4 伏。目前非晶硅太阳电池存在的问题是光电转换效率偏低，国际先进水平为 10左右，且不够稳定，常有转换效率衰降的现象，所以尚未大量用于作大型太阳能电源，而多半用于弱光电源，如袖珍式电子计算器、电子钟表及复印机等方面。估计效率衰降问题克服后，非晶硅太阳电池将促进太阳能利用的大发展，因为它成本低，重量轻，应用更为方便，它可以与房屋的屋面结合构成住户的独立电源。
8、目前我们重点使用的基本都是多晶硅和单晶硅太阳能电池板。太阳能灯具系统的应用要点一、太阳能电池的外特性一、太阳能电池的外特性 从应用的角度论述，大家主要关心的是太阳能电池的外特性。首先，对于单片太阳能电池来说，它是一个 PN 结，除了当太阳光照射在上面时，它能够产生电能外，它还具有 PN 结的一切特性。在标准光照条件下，它的额定输出电压为 0.48V。在太阳能照明灯具使用中的太阳能电池组件都是由多片太阳能电池连接构成的。它具有负的温度系数，温度每上升一度，电压下降 2mV。 太阳能电池一般都如下参数：Isc 是短路电流，Im 是峰值电流，Voc 是开路电压。Vm 是峰值电压，Pm 是峰值功率。在
9、使用中，太阳能电池开路或者短路都不会造成损坏，实际上我们也正是利用它的这个特性对系统蓄电池充放电进行控制的。二、太阳能电池在使用中必须注意的问题二、太阳能电池在使用中必须注意的问题 1、太阳能电池功率的选择 我们所说的太阳能电池输出功率 Wp 是标准太阳光照条件下，即：欧洲委员会定义的 101 标准，辐射强度 1000W/，大气质量 AM1.5，电池温度 25条件下，太阳能电池的输出功率。这个条件大约和平时晴天中午前后的太阳光照条件差不多，这并不象有些人想象的那样，只要有阳光就会有额定输出功率，甚至认为太阳能电池在夜晚日光灯下也可以正常使用。这就是说，太阳能电池的输出功率是随机的，在不同的时间
10、，不同的地点，同样一块太阳能电池的输出功率是不同的。太阳能灯具的设计和灯具的使用地区有关。太阳能电池组件额定输出功率和灯具输入功率之间关系在华东地区大约是 2-4:1，具体比例要根据灯具每天工作时间以及对连续阴雨天照明要求决定。另外太阳能电池的输出功率大约 120Wp/。2、 蓄电池容量的选择 由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定,所以必须配置蓄电池才能工作。一般有铅酸蓄电池、Ni-Cd 蓄电池、Ni-H 蓄电池、胶体蓄电池等。它们的容量选择直接影响系统的可靠性以及系统价格。蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：首先在能够满足夜晚照明的前提下,把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还要
11、能够存储连续阴雨天的夜晚照明所需要的电能。蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要，蓄电池容量过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时也造成浪费。3、 太阳能电池封装形式的选择目前太阳能电池的封装形式主要有 2 种：层压和滴胶，层压工艺可以保证太阳能电池工作寿命 25 年以上，滴胶虽然当时美观，但是太阳能电池工作寿命仅仅 1-2 年。因此，1W 以下的小功率太阳能草坪灯,在没有过高寿命要求的情况下，可以使用滴胶封装形式，对于使用年限有规定的太阳能灯具，建议使用层压的封装形式。另外，有一种硅凝胶用于滴胶封装太阳能电池，据说工作寿命可以达到 10 年。 目前市场上的太阳能电池基本都是
12、层压式封装。4、 太阳能电池安装倾斜角度的选择和装饰性外罩为了美观，许多太阳能灯具的工厂将太阳能电池水平放置，在这种情况下，太阳能电池的输出功率将减少 15%-20%，如果再在太阳能电池上面增加一个装饰性外罩，太阳能电池的输出功率又将减少 5%左右。太阳能电池价格昂贵，我们收集了许多国外太阳能灯资料，在美观和节能两者之间，大多数都选择节能。也就是说，实际使用中基本以当地的纬度数作为电池板的倾角以利于最大程度接受光照。三、三、 太阳能灯具中蓄电池的充放电控制太阳能灯具中蓄电池的充放电控制 无论太阳能灯具大小，一个性能良好的充放电控制电路是必不可少的。为了延长蓄电池的使用寿命，必须对它的充放电条件
13、加以限制，防止蓄电池过充电及深度放电，另外，由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定，光伏发电系统中对蓄电池充电的控制要比普通蓄电池充电的控制要复杂些。对于太阳能灯具的设计来说，成功与失败往往就取决于充放电控制电路的成功与失败，没有一个性能良好的充放电控制电路，就不可能有一个性能良好的太阳能灯具。1、 防反充电控制反充电就是说特殊状况下，电池板不但不给蓄电池充电还要消耗已经储存的电量，也叫逆电流电。防止反充电功能，一般来说，就是在太阳能电池回路中串联一个二极管，二极管防止反充电，这个二极管应该是肖特基二极管，肖特基二极管的压降比普通二极管低。另外，还可以用场效应晶体管控制防止反充电功能，它的管压降比肖特基二极管更低，只是控制电路要比前面复杂一些。2、 防过充电控制防止过充电功能，可以在输入回路中串联或者并联一个泄放晶体管，电压鉴别电路控制晶体管的开关，将多余的太阳能电池能量通过晶体管泄放，保证没有过高的电压给蓄电池充电。关键是防止过充电压的选择，单节铅酸蓄电池为 2.2V。3、 防过放电控制除了 Ni-Cd 电池外，其它蓄电池一般都要具有防止蓄电池过放电功能，因为会造成蓄电池过放电永久性损坏。需要注意的是，太阳能电池系统一般相对蓄电池是小倍率放电，所以放电截止电压不宜过低。
