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　　太阳能电池板及其工作原理 性能及特点： 太阳能电池分为单晶硅太阳电池（坚固耐用，使用寿命一般可达 20 年。光电转换效率为 15％。）多晶硅太阳电池（其光电转换效率 约 14.5％，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低非晶硅太 阳电池。）非晶硅太阳能电池（其光电转换率为 10%，成本低，重 量轻，应用方便。） 太阳能发电原理： 太阳能不象煤和石油一样用交通工具进行运输，而是应用光学原理 ，通过光的反射和折射进行直接传输，或者将太阳能转换成其它形 式的能量进行间接传输。 直接传输适用于较短距离。基本上有三种 方法： 基本上有三种方法：通过反射镜及其它光学元件组合，改变阳光 的传播方向，达到用能地点；通过光导纤维，可以将入射在其一端的阳光传输到另一端，传输时光导纤维可任意弯曲；采用表面镀有 高反射涂层的光导管，通过反射可以将阳光导入室内。间接传输适 用于各种不同距离。将太阳能转换为热能，通过热管可将太阳能传 输到室内；将太阳能转换为氢能或其它载能化学材料，通过车辆或 管道等可输送到用能地点；空间电站将太阳能转换为电能，通过微 波或激光将电能传输到地面。 太阳能的光电转换是指太阳的辐射能光子通过半导体物质转变为电 能的过程，通常叫做“光生伏打效应”,太阳电池就是利用这种效应制 成的。 当太阳光照射到半导体上时，其中一部分被表面反射掉，其余部 分被半导体吸收或透过。被吸收的光，当然有一些变成热，另一些 光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子-空穴对。这 样，光能就以产生电子-空穴对的形式转变为电能、如果半导体内存 在 P-n 结，则在 P 型和 n 型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱 向 n 区，空穴驱向 P 区，从而使得 n 区有过剩的电子，P 区有过剩 的空穴，在 P-n 结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。光生 电场的一部分除抵销势垒电场外，还使 P 型层带正电，n 型层带负 电，在 n 区与 p 区之间的薄层产生所谓光生伏打电动势。若分别在 P 型层和 n 型层焊上金属引线，接通负载，则外电路便有电流通过 。如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来，就能产生一定的电压和电流，输出功率。 太阳能发电原理图如下： 教你制作太阳能电池 第一步:制作二氧化钛膜 (1) 先把二氧化钛粉末放入研钵中与粘合剂进行研磨 (2) 接着用玻璃棒缓慢地在导电玻璃上进行涂膜(3) 把二氧化钛膜放入酒精灯下烧结 10～15 分钟，然后冷却 第二步：利用天然染料为二氧化钛着色如图所示，把新鲜的或冰冻的黑梅、山梅、石榴籽或红茶，加一 汤匙的水并进行挤压，然后把二氧化钛膜放进去进行着色，大约需 要 5 分钟，直到膜层变成深紫色，如果膜层两面着色的不均匀，可 以再放进去浸泡 5 分钟，然后用乙醇冲洗，并用柔软的纸轻轻地擦 干。 第三步：制作正电极 由染料着色的 TiO 2 为电子流出的一极（即负极）。正电极可由导 电玻璃的导电面（涂有导电的 SnO 2 膜层）构成，利用一个简单的万 用表就可以判断玻璃的哪一面是可以导电的，利用手指也可以做出 判断，导电面较为粗糙。如图所示，把非导电面标上‘+’，然后用铅 笔在导电面上均匀地涂上一层石墨。 第四步：加入电解质 利用含碘离子的溶液作为太阳能电池的电解质，它主要用于还原 和再生染料。如图所示，在二氧化钛膜表面上滴加一到两滴电解质 即可。 第五步：组装电池 把着色后的二氧化钛膜面朝上放在桌上，在膜上面滴一到两滴含 碘和碘离子的电解质，然后把正电极的导电面朝下压在二氧化钛膜 上。把两片玻璃稍微错开，用两个夹子把电池夹住，两片玻璃暴露 在外面的部分用以连接导线。这样，你的太阳能电池就做成了。第六步：电池的测试在室外太阳光下，检测你的太阳能电池是否可以产生电流。 多晶硅太阳能电池制作工艺众所周知，利用太阳能有许多优点，光伏发电将为人类提供主要 的能源，但目前来讲，要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的 消费者接受，提高太阳能电池的光电转换效率，降低生产成本应该 是我们追求的最大目标。从目前国际太阳能电池的发展过程可以看 出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料（包括微晶硅 基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。从工业化发展来看，重心已 由单晶向多晶方向发展，主要原因为: [1]可供应太阳能电池的头尾 料愈来愈少；[2]对太阳能电池来讲，方形基片更合算，通过浇铸法 和直接凝固法所获得的多晶硅可直接获得方形材料；[3]多晶硅的生 产工艺不断取得进展，全自动浇铸炉每生产周期（50 小时）可生产200 公斤以上的硅锭，晶粒的尺寸达到厘米级；[4] 由于近十年单 晶硅工艺的研究与发展很快，其中工艺也被应用于多晶硅电池的生 产，例如选择腐蚀发射结、背表面场、腐蚀绒面、表面和体钝化、 细金属栅电极，采用丝网印刷技术可使栅电极的宽度降低到 50 微 米，高度达到 15 微米以上，快速热退火技术用于多晶硅的生产可 大大缩短工艺时间，单片热工序时间可在一分钟之内完成，采用该 工艺在 100 平方厘米的多晶硅片上作出的电池转换效率超过 14％ 。据报道，目前在 50～60 微米多晶硅衬底上制作的电池效率超过 16％，利用机械刻槽、丝网印刷技术在 100 平方厘米多晶上效率 超过 17％，无机械刻槽在同样面积上效率达到 16％，采用埋栅结 构，机械刻槽在 130 平方厘米的多晶上电池效率达到 15.8％。 下面从两个方面对多晶硅电池的工艺技术进行讨论： 1. 实验室高效电池工艺 实验室技术通常不考虑电池制作的成本和是否可以大规模化生产， 仅仅研究达到最高效率的方法和途径，提供特定材料和工艺所能够 达到的极限。 1.1 关于光的吸收对于光吸收主要是： （1 ）降低表面反射； （2 ）改变光在电池体内的路径； （3 ）采用背面反射。 对于单晶硅，应用各向异性化学腐蚀的方法可在（100）表面制作 金字塔状的绒面结构，降低表面光反射。但多晶硅晶向偏离（100 ）面，采用上面的方法无法作出均匀的绒面，目前采用下列方法: [1] 激光刻槽 用激光刻槽的方法可在多晶硅表面制作倒金字塔结构，在 500 ～90 0nm 光谱范围内，反射率为 4～6 ％，与表面制作双层减反射膜相 当，而在（100 ）面单晶硅化学制作绒面的反射率为 11％。用激光 制作绒面比在光滑面镀双层减反射膜层（ZnS/MgF2）电池的短路 电流要提高 4％左右，这主要是长波光（波长大于 800nm）斜射进 入电池的原因。激光制作绒面存在的问题是在刻蚀中，表面造成损 伤同时引入一些杂质，要通过化学处理去除表面损伤层。该方法所 作的太阳电池通常短路电流较高，但开路电压不太高，主要原因是 电池表面积增加，引起复合电流提高。 [2] 化学刻槽应用掩膜（Si3N4 或 SiO2）各向同性腐蚀，腐蚀液可为酸性腐蚀 液，也可为浓度较高的氢氧化钠或氢氧化钾溶液，该方法无法形成 各向异性腐蚀所形成的那种尖锥状结构。据报道，该方法所形成的 绒面对 700 ～1030 微米光谱范围有明显的减反射作用。但掩膜层 一般要在较高的温度下形成，引起多晶硅材料性能下降，特别对质 量较低的多晶材料，少子寿命缩短。应用该工艺在 225cm2

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