太陽能電池

　　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。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濕式太陽能電池則還處于萌芽階段。
　　太陽能
　　太陽能（Solar Energy），一般是指太陽光的輻射能量，在現代一般用作發電。自地球形成生物就主要以太陽提供的熱和光生存，而自古人類也懂得以陽光曬干物件，并作為保存食物的方法，如制鹽和曬咸魚等。但在化石燃料減少下，才有意把太陽能進一步發展。太陽能的利用有被動式利用（光熱轉換）和光電轉換兩種方式。太陽能發電一種新興的可再生能源。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風能，化學能，水的勢能等等。
　　歷史
　　術語“光生伏特（Photovoltaics）”來源于希臘語，意思是光、伏特和電氣的，來源于意大利物理學家亞歷山德羅·伏特的名字，在亞歷山德羅·伏特以后“伏特”便作為電壓的單位使用。　
　　以太陽能發展的歷史來說，光照射到材料上所引起的“光起電力”行為，早在19世紀的時候就已經發現了。 　　
　　1839年，光生伏特效應第一次由法國物理學家A.E.Becquerel發現。1849年術語“光－伏”才出現在英語中。 　　
　　1883年第一塊太陽電池由Charles Fritts制備成功。Charles用鍺半導體上覆上一層極薄的金層形成半導體金屬結，器件只有1%的效率。 　　
　　到了1930年代，照相機的曝光計廣泛地使用光起電力行為原理。 　　
　　1946年Russell Ohl申請了現代太陽電池的制造專利。 　　
　　到了1950年代，隨著半導體物性的逐漸了解，以及加工技術的進步，1954年當美國的貝爾實驗室在用半導體做實驗發現在硅中摻入一定量的雜質后對光更加敏感這一現象后，第一個太陽能電池在1954年誕生在貝爾實驗室。太陽電池技術的時代終于到來。 　　
　　1960年代開始，美國發射的人造衛星就已經利用太陽能電池作為能量的來源。 　　
　　1970年代能源危機時，讓世界各國察覺到能源開發的重要性。 　　
　　1973年發生了石油危機，人們開始把太陽能電池的應用轉移到一般的民生用途上。 　　
　　目前，在美國、日本和以色列等國家，已經大量使用太陽能裝置，更朝商業化的目標前進。
　　在這些國家中，美國于1983年在加州建立世界上最大的太陽能電廠，它的發電量可以高達16百萬瓦特。南非、博茨瓦納、納米比亞和非洲南部的其他國家也設立專案，鼓勵偏遠的鄉村地區安裝低成本的太陽能電池發電系統。
　　而推行太陽能發電最積極的國家首推日本。1994年日本實施補助獎勵辦法，推廣每戶3,000瓦特的“市電并聯型太陽光電能系統”。在第一年，政府補助49%的經費，以后的補助再逐年遞減。“市電并聯型太陽光電能系統”是在日照充足的時候，由太陽能電池提供電能給自家的負載用，若有多余的電力則另行儲存。當發電量不足或者不發電的時候，所需要的電力再由電力公司提供。 
　　到了1996年，日本有2,600戶裝置太陽能發電系統，裝設總容量已經有8百萬瓦特。一年后，已經有9,400戶裝置，裝設的總容量也達到了32百萬瓦特。近年來由于環保意識的高漲和政府補助金的制度，預估日本住家用太陽能電池的需求量，也會急速增加。 　　
　　在中國，太陽能發電產業亦得到政府的大力鼓勵和資助。2009年3月，財政部宣布擬對太陽能光電建筑等大型太陽能工程進行補貼。
　　原理
　　太陽光照在半導體p-n結上，形成新的空穴-電子對，在p-n結電場的作用下，光生空穴由n區流向p區，光生電子由p區流向n區，接通電路后就形成電流。這就是光電效應太陽能電池的工作原理。太
太陽能發電有兩種方式，一種是光—熱—電轉換方式，另一種是光—電直接轉換方式。
　　光—熱—電轉換
　　（1） 光—熱—電轉換方式通過利用太陽輻射產生的熱能發電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換成工質的蒸氣，再驅動汽輪機發電。前一個過程是光—熱轉換過程；后一個過程是熱—電轉換過程，與普通的火力發電一樣.太陽能熱發電的缺點是效率很低而成本很高，估計它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍.一座1000MW的太陽能熱電站需要投資20～25億美元，平均1kW的投資為2000～2500美元。因此，目前只能小規模地應用于特殊的場合，而大規模利用在經濟上很不合算，還不能與普通的火電站或核電站相競爭。
　　光—電直接轉換
　　（2） 光—電直接轉換方式該方式是利用光電效應，將太陽輻射能直接轉換成電能，光—電轉換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由于光生伏特效應而將太陽光能直接轉化為電能的器件，是一個半導體光電二極管，當太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產生電流。當許多個電池串聯或并聯起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優點.太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發電、核能發電相比，太陽能電池不會引起環境污染；太陽能電池可以大中小并舉，大到百萬千瓦的中型電站，小到只供一戶用的太陽能電池組，這是其它電源無法比擬的。
　　太陽能電池產業現狀
　　現階段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濕式太陽能電池則還處于萌芽階段。
　　太陽能電池應用現狀
　　據Dataquest的統計資料顯示，目前全世界共有136 個國家投入普及應用太陽能電池的熱潮中，其中有95 個國家正在大規模地進行太陽能電池的研制開發，積極生產各種相關的節能新產品。1998年，全世界生產的太陽能電池，其總的發電量達1000兆瓦，1999年達 2850兆瓦。根據歐洲光伏工業協會EPIA2008年的預測，如果按照2007年全球裝機容量為2.4GW來計算，2010年全球的年裝機容量將達到6.9GW,2020年和2030年將分別達到56GW和281GW，2010年全球累計裝機容量為25.4GW，預計2020年達到278GW，2030年達到1864GW。全球太陽能電池產量以年均復合增長率47%的速度迅猛增長，2008年產量達到6.9GW。
　　目前，許多國家正在制訂中長期太陽能開發計劃，準備在21世紀大規模開發太陽能，美國能源部推出的是國家光伏計劃，日本推出的是陽光計劃。NREL光伏計劃是美國國家光伏計劃的一項重要的內容，該計劃在單晶硅和高級器件、薄膜光伏技術、PVMaT、光伏組件以及系統性能  太陽能電池汽車
和工程、 光伏應用和市場開發等5個領域開展研究工作。 　　
　　美國還推出了"太陽能路燈計劃",旨在讓美國一部分城市的路燈都改為由太陽能供電，根據計劃，每盞路燈每年可節電 800 度。日本也正在實施太陽能"7萬套工程計劃"， 日本準備普及的太陽能住宅發電系統，主要是裝設在住宅屋頂上的太陽能電池發電設備，家庭用剩余的電量還可以賣給電力公司。一個標準家庭可安裝一部發電3000瓦的系統。歐洲則將研究開發太陽能電池列入著名的"尤里卡"高科技計劃，推出了"10萬套工程計劃"。這些以普及應用光電池為主要內容的"太陽能工程"計劃是目前推動太陽能光電池產業大發展的重要動力之一。 　　
　　日本、韓國以及歐洲地區總共8個國家最近決定攜手合作，在亞洲內陸及非洲沙漠地區建設世界上規模最大的太陽能發電站，他們的目標是將占全球陸地面積約1/4的沙漠地區的長時間日照資源有效地利用起來，為30萬用戶提供100萬千瓦的電能。計劃將從2001年開始，花4年時間完成。
　　目前，美國和日本在世界光伏市場上占有最大的市場份額。美國擁有世界上最大的光伏發電廠，其功率為7MW，日本也建成了發電功率達1MW的光伏發電廠。全世界總共有23萬座光伏發電設備，以色列、澳大利亞、新西蘭居于領先地位。 　
　　20世紀90年代以來，全球太陽能電池行業以每年15%的增幅持續不斷地發展。據Dataquest發布的最新統計和預測報告顯示，美國、日本和西歐工業發達國家在研究開發太陽能方面的總投資，1998年達570億美元；1999年646億美元；2000年700億美元；2001年將達820億美元；2002年有望突破1000億美元。
　　中國太陽能電池現狀
　　中國對太陽能電池的研究開發工作高度重視，早在七五期間，非晶硅半導體的研究工作已經列入國家重大課題；八五和九五期間，中國把研究開發的重點放在大面積太陽能電池等方面。2003年10月，國家發改委、科技部制定出未來5年太陽能資源開發計劃，發改委"光明工程"將籌資100億元用于推進太陽能發電技術的應用，計劃到2015年全國太陽能發電系統總裝機容量達到300兆瓦。中國已成為全球光伏產品最大制造國，中國即將出臺的《新能源振興規劃》，中國光伏發電的裝機容量規劃為2020年達到20GW，是原來《可再生能源中長期規劃》中1.8GW的10多倍。
　　2002年，國家有關部委啟動了"西部省區無電鄉通電計劃"，通過太陽能和小型風力發電解決西部七省區無電鄉的  多晶硅太陽能電池
　　用電問題。這一項目的啟動大大刺激了太陽能發電產業，國內建起了幾條太陽能電池的封裝線，使太陽能電池的年生產量迅速增加。據專家預測，目前中國光伏市場需求量為每年5MW,2001～2010年，年需求量將達10MW，從2011年開始，中國光伏市場年需求量將大于20MW。 　　
　　目前國內太陽能硅生產企業主要有洛陽單晶硅廠、河北寧晉單晶硅基地和四川峨眉半導體材料廠等廠商，其中河北寧晉單晶硅基地是世界最大的太陽能單晶硅生產基地，占世界太陽能單晶硅市場份額的25%左右。 　　
　　在太陽能電池材料下游市場，目前國內生產太陽能電池的企業主要有宏威集團、無錫尚德、海潤光伏、南京中電、保定英利、河北晶澳、林洋新能源、蘇州阿特斯、常州天合、拓日新能、云南天達光伏科技、寧波太陽能電源、京瓷（天津）太陽能等公司，總計年產能在800MW以上。 　　
　　2009年，國務院根據工信提供的報告指出多晶硅產能過剩，實際業界人并不認可，科技部已經表態，多晶硅產能并不過剩[1]。
　　太陽能電池發展前景
　　目前，太陽能電池的應用已從軍事領域、航天領域進入工業、商業、農業、 通信、家用電器以及公用設施等部門，尤其可以分散地在邊遠地區、高山、沙漠、海島和農村使用，以節省造價很貴的輸電線路。但是在目前階段，它的成本還很高，發出1kW電需要投資上萬美元，因此大規模使用仍然受到經濟上的限制。 　　
　　但是，從長遠來看，隨著太陽能電池制造技術的改進以及新的光—電轉換裝置的發明，各國對環境的保護和對再生清潔能源的巨大需求，太陽能電池仍將是利用太陽輻射能比較切實可行的方法，可為人類未來大規模地利用太陽能開辟廣闊的前景。
　　太陽能電池的分類簡介
　　太陽能電池按結晶狀態可分為結晶系薄膜式和非結晶系薄膜式（以下表示為a-）兩大類，而前者又分為單結晶形和多結晶形。[2] 　　
　　按材料可分為硅薄膜形、化合物半導體薄膜形和有機膜形，而化合物半導體薄膜形又分為非結晶形（a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等）、ⅢV族（GaAs,InP等）、ⅡⅥ族（Cds系）和磷化鋅 (Zn 3 p 2 ）等。 　　
　　太陽能電池根據所用材料的不同，太陽能電池還可分為：硅太陽能電池、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、納米晶太陽能電池、有機太陽能電池、塑料太陽能電池，其中硅太陽能電池是目前發展最成熟的，在應用中居主導地位。
　　1）硅太陽能電池
　　硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池三種。單晶硅太陽能電池轉換效率最高，技術也最為成熟。在實驗室里最高的轉換效率為24.7%，規模生產時的效率為15%（截止2011，為18%）。在大規模應用和工業生產中仍占據主導地位，但由于單晶硅成本價格高，大幅度降低其成本很困難，為了節省硅材料，發展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做為單晶硅太陽能電池的替代產品。 　　
　　多晶硅薄膜太陽能電池與單晶硅比較，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜電池，其實驗室最高轉換效率為18%，工業規模生產的轉換效率為10%（截止2011，為17%）。因此，多晶硅薄膜電池不久將會在太陽能電地市場上占據主導地位。
　　非晶硅薄膜太陽能電池成本低重量輕，轉換效率較高，便于大規模生產，有極大的潛力。但受制于其材料引發的光電效率衰退效應，穩定性不高，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，那么，非晶硅太陽能電池無疑是太陽能電池的主要發展產品之一。
　　（2）多晶體薄膜電池
　　多晶體薄膜電池硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規模生產，但由于鎘有劇毒，會對環境造成嚴重的污染，因此，并不是晶體硅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，適合于制造高效單結電池。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。 　　
　　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，轉換效率和多晶硅一樣。具有價格低廉、性能良好和工藝簡單等優點，將成為今后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，由于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）有機聚合物太陽能電池
　　以有機聚合物代替無機材料是剛剛開始的一個太陽能電池制造的研究方向。由于有機材料柔性好，制作容易，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。但以有機材料制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硅電池相比。能否發展成為具有實用意義的產品，還有待于進一步研究探索。
　　（4）納米晶太陽能電池
　　納米TiO2晶體化學能太陽能電池是新近發展的，優點在于它廉價的成本和簡單的工藝及穩定的性能。其光電效率穩定在10%以上，制作成本僅為硅太陽電池的1/5～1/10．壽命能達到20年以上。此類電池的研究和開發剛剛起步，不久的將來會逐步走上市場。
　　（5）有機薄膜太陽能電池
　　有機薄膜太陽能電池，就是由有機材料構成核心部分的太陽能電池。大家對有機太陽能電池不熟悉，這是情理中的事。如今量產的太陽能電池里，95%以上是硅基的，而剩下的不到5%也是由其它無機材料制成的。
　　（6）染料敏化太陽能電池
　　染料敏化太陽能電池，是將一種色素附著在TiO2粒子上，然后浸泡在一種電解液中。色素受到光的照射，生成自由電子和空穴。自由電子被TiO2吸收，從電極流出進入外電路，再經過用電器，流入電解液，最后回到色素。染料敏化太陽能電池的制造成本很低，這使它具有很強的競爭力。它的能量轉換效率為12%左右。
　　（7）塑料太陽能電池
　　塑料太陽能電池以可循環使用的塑料薄膜為原料，能通過“卷對卷印刷”技術大規模生產，其成本低廉、環保。但目前塑料太陽能電池尚不成熟，預計在未來5年到10年，基于塑料等有機材料的太陽能電池制造技術將走向成熟并大規模投入使用。 太陽能電池（組件）生產封裝
　　組件線又叫封裝線，封裝是太陽能電池生產中的關鍵步驟，沒有良好的封裝工藝，多好的電池也生產不出好的組件板。電池的封裝不僅可以使電池的壽命得到保證，而且還增強了電池的抗擊強度。產品的高質量和高壽命是贏得可客戶滿意的關鍵，所以組件板的封裝質量非常重要。
流程
　　1、電池檢測——2、正面焊接—檢驗—3、背面串接—檢驗—4、敷設（玻璃清洗、材料切割、玻璃預處理、敷設）——5、層壓——6、去毛邊（去邊、清洗）——7、裝邊框（涂膠、裝角鍵、沖孔、裝框、擦洗余膠）——8、焊接接線盒——9、高壓測試——10、組件測試—外觀檢驗—11、包裝入庫
組件高效和高壽命如何保證
　　1、高轉換效率、高質量的電池片； 　　
　　2、高質量的原材料，例如：高的交聯度的EVA、高粘結強度的封裝劑（中性硅酮樹脂膠）、高透光率高強度的鋼化玻璃等； 　　
　　3、合理的封裝工藝 　　
　　4、員工嚴謹的工作作風； 　　
　　由于太陽電池屬于高科技產品，生產過程中一些細節問題，一些不起眼問題如應該戴手套而不戴、應該均勻的涂刷試劑而潦草完事等都是影響產品質量的大敵，所以除了制定合理的制作工藝外，員工的認真和嚴謹是非常重要的。