太阳能电池简介(20180724150644)

太阳能电池科技名词定义中文名称 ： 太阳能电池英文名称： solar cell 定义 1： 将太阳辐射直接转换成电能的器件。应用学科 ： 电力 （一级学科） ； 可再生能源 （二级学科）定义 2： 以吸收太阳辐射能并转化为电能的装置。应用学科： 资源科技（一级学科） ；能源资源学（二级学科）本内容由 全国科学技术名词审定委员会 审定公布太阳能电池是通过 光电效应 或者光化学效应直接把光能转化成 电能 的装置。 以光电效应工作的 薄膜 式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。太阳能太阳能（ Solar Energy ） ，一般是指 太阳光的辐 射能量，在 现代一般用 作发电。自 地球 形成生 物就 主要以 太阳 提供的 热和 光生存 ，而 自古人 类也 懂得以 阳光 晒干物件，并作为 保存食物的方法，如制盐和晒 咸鱼等。但在化石燃料减少下 ，才有意把太阳能进一步发 展。太阳能的利用有被动式利 用（光热转换）和光电转换 两种方式。太阳能发电一种 新兴的可再生能源。 广义上的太阳能是地球上许多 能量的来源， 如风能 ，化学能，水的 势能等等。历史术语 “ 光生伏打 (Photovoltaics) ” 来源于 希腊 语 ，意思是 光 、 伏特 和 电气 的，来源于 意 大利物理学 家亚历山德 罗 · 伏特 的 名字，在亚 历山德罗 · 伏特以后 “ 伏特 ” 便作为 电压 的单位使用 。太阳能电池 ( 18张 )以太阳能 发展的 历史 来说，光照射到 材料上所引起的 “ 光起电力 ” 行为，早在 19 世纪 的 时 候 就 已 经 发 现 了 。 1839 年 , 光 生 伏 特 效 应 第 一 次 由 法 国 物 理 学 家A.E.Becquerel 发现。 1849 年术语 “ 光－伏 ” 才出现在英语中。 1883 年第一块 太阳电池 由 Charles Fritts 制备成功。 Charles 用锗 半导体 上覆上一层极 薄的金层形成半导体金属结，器 件只有 1%的效率。 到了 1930 年代， 照相机 的曝 光计广泛地使用光 起电 力行为 原理 。 1946 年 Russell Ohl 申请了 现代 太阳电 池的 制造 专利。到了 1950 年代 ，随着半导 体物性的 逐渐了解 ，以及加工 技术的进 步， 1954 年 当 美国的 贝尔 实验室 在用 半导体 做实 验发现 在硅 中掺入 一定 量的杂 质后 对光更 加敏 感这一现象后， 第一个太阳能电池 在 1954 年诞生在贝尔实验室。 太阳电池技 术的时代终于到来。 1960 年代开始，美国发射的 人造卫星就已经利用太阳能电 池做为能量的来源。 1970 年代能源危 机时，让世界 各国察觉到 能源开发 的 重要性。 1973年发生了石油 危机， 人们开始把太阳能电 池的应用转移到一般的民生用途 上。 目前，在美国 、 日本 和 以色列 等国家，已 经大量使用太阳能装置，更朝 商业化 的目标前进。 在 这些国家中，美国于 1983 年 在 加州 建立世界上最大的太 阳能电厂，它的发电量 可以高 达 16百万 瓦特 。 南非 、 博茨瓦 纳 、 纳米比亚 和 非洲 南部 的其他国家也设立专案 ，鼓励偏远的 乡村 地区安装 低成本的太阳 能电池发电系 统。 而 推行 太阳能发电 最积 极的国家首推日本。 1994 年 日本实施补助奖励 办法，推广每户 3,000 瓦特的 “ 市电并联型太阳光电 能系统 ” 。在第一年 ， 政府补助 49% 的经费，以后的补助再逐年递减。 “ 市电并联型太阳 光 电能 系统 ” 是在 日照 充足的时候，由太阳 能电池提供电能给自家的 负载 用，若有多余的电力则另行储存。当发电量不 足或者不发电的时候，所需要的电力再 由 电力公司 提供。 到了 1996 年 ， 日 本有 2,600 户装 置太阳能发电系统，装设总 容量 已 经有 8百万瓦特。一年后，已经 有 9,400 户装置，装 设的总容量也达到了 32 百万瓦特 。 近年来由于环保意识的高涨和 政府补助金的制度，预估日本住家用太阳能 电池的需求量 ，也会急速增 加。 在 中国 ，太阳能 发电 产业 亦得 到政府的大力鼓励和资 助。 2009 年 3月 ， 财政 部 宣布拟对太阳能光电建筑等大 型 太阳能工程 进行补贴。太阳能电池的原理太阳光照 在半导体 p-n 结上，形成新的空穴 -电子对，在 p-n 结 电场 的作用下，空穴由 p 区流向 n 区，电子由 n 区流向 p 区，接通电路后就形 成 电流 。这就是 光电效应太阳能电池的 工作原理。太阳能绿色能 源太阳能发电方 式太阳能发电有两种方式，一种是 光 — 热 — 电转换方式，另一种是光 —电直接转换方 式。光 — 热 — 电 转换（ 1） 光 — 热 — 电转换 方式通过利用太阳辐射产生的 热能 发电，一般是由 太阳能集热器 将所吸 收的热能转换成工质的蒸气 ，再驱动 汽轮机 发电 。前一个过程是光 — 热转 换过程； 后一个 过程是热 — 电 转换过 程，与普 通的 火力 发电 一 样 .太阳能热 发电的缺 点 是 效 率 很 低 而 成 本很 高 ， 估 计 它的 投 资 至 少 要 比普 通 火 电 站 贵 5 ～ 10 倍 .一 座1000MW 的太阳能热电 站需要投资 20 ～ 25亿美元， 平均 1kW 的投资为 2000 ～ 2500 美元。因此，目 前只能小规模地应用于特殊的场 合，而大规模利用在经济上很 不合算，还不能与普通 的火电站或核电站相竞争。光 — 电直接转换（ 2 ） 光 — 电直 接转换方式该方式是利用光电效 应，将 太阳辐射 能 直接转换成电能 ，光 — 电转换的 基本装置就是太阳能电池 。太阳能电池是一种由于 光生伏特效应 而将太阳 光能 直 接转化为电能的器件，是一 个半导体光电二极管，当太 阳光照到光电二极管上时，光电二极管 就会把太阳的光能变成电能，产生电 流。当许多个 电池 串联或并联起来就可 以成为有比较大的输出功率的 太 阳能电池方阵 了。 太阳 能电池是一种大有 前途的新 型 电源 ， 具有永久 性、清 洁性和灵 活性三大 优点 .太阳能 电池寿命 长，只要太阳存在， 太阳能电池就可以一次投资而长 期使用；与火力发电、核能发 电相比，太阳能电池不 会引起 环境污染 ；太阳能电 池可以大中小并举，大到百 万千瓦的中型电站，小到只供 一户用的太阳能 电池组 ，这是其 它电源无法比拟的太阳能电池产业现状现阶段以 光电效应工作的 薄膜 式太阳能电 池为主流， 而以光化学 效应工作的湿式太阳能电池则 还处于萌芽阶段。全球太 阳能电池产业现 状据 Dataquest 的统计资料显示 ,目前全世界共有 136 个国家投入 普及应用太阳能电 池的热潮 中 ,其中有 95 个国家正 在大规 模地进行 太阳能 电池的 研制开发 ,积 极生产各种相关的节 能新产品。 1998 年 ,全世界生产的太阳能电池 ,其总的发电量达 100 光伏发电0兆瓦 ,1999 年达 2850 兆瓦。根据欧洲光伏工 业协会 EPIA2008 年的 预测，如果按照2007 年全 球装机容量为 2.4GW 来计算 ， 2010 年全球的年装机 容量将达到 6.9GW,2020年和 2030 年将分别达到 56GW 和 281GW ， 2010 年全球累计 装机容量为 25.4GW ，预计 2020 年达到 278GW ， 2030 年达到 1864GW 。全球太阳能 电池产量以年 均复合增长率 47% 的速度迅猛增长， 2008 年产量达 到 6.9GW 。 目前 ,许多国 家正在制订中长期太 阳能开发 计划 , 准备在 21 世纪大 规模开发 太阳能， 美 国能源部 推出的是国 家光伏计划 , 日本推出的是阳光计划。 NREL 光伏计划是美国国家光伏计划 的一项重要的内容，该计划在 单晶硅 和高级器件、薄膜光伏技 术、 PVMaT 、 光伏组件 以 及系统性能太阳能电池汽 车和工程 、 光伏应用和市场开发等 5个领域开展研究工作 。 美国还推出了 “太阳能路 灯 计划 “, 旨在让美 国一部 分城市的 路灯都改 为由太 阳能供电 ,根 据计划 ,每盏 路灯每年可节 电 800 度。日 本也正在实施 太阳能 “7 万套工程 计划 “， 日本准备普 及的太阳能住宅 发电系统 ,主要是装设在住 宅屋顶上的太阳 能电池发电设备 ,家庭用 剩余的电量还可以卖给电 力公司。 一个标准家庭可安装一部发电 3000 瓦的系统。 欧洲 则将研究开发太阳能电池 列入著名的 “尤里 卡 “高科技计划 ， 推出了 “10万套工 程计划 “。 这些以普及应用光电池 为主要内容的 “太阳能工程 “计划是目前推动太阳能光电 池产业大发展的重要 动力之一 。 日 本、 韩国 以及欧洲 地区总共 8个国家 最近决定携 手合作 ,在亚洲 内陆 及非 洲沙漠地 区建设世 界上规 模最大的 太阳能发 电站 ,他们的 目标是将 占全球陆地 面积约 1/4 的 沙漠地区的 长时间日照 资源有效地 利用起来 ,为 30 万用户 提供 100 万千瓦的 电能。计划将从 2001 年开始，花 4年时间完 成。 目前 ,美国和 日本在世界光伏市场上占 有最大的市场份额 。 美国拥有世界上最大的光 伏发电厂 ,其功率为 7MW,日 本也建 成了发 电功率 达 1MW 的光 伏发电 厂。全 世界总 共有 23 万 座光伏 发电设 备 ,以色列、澳大利亚、 新西兰 居于领先地位。 20世纪 90 年代以来 ,全球太阳能电池行业以每年 15% 的增幅持续不 断地发展。 据 Dataquest 发布的最新统 计和预测报告显示 ,美国、日本和 西欧 工业发达国 家在研究开发太阳能方面的总投 资 , 1998 年达 570 亿美 元 ;1999 年 646 亿美 元 ;2000 年 700 亿 美元 ;2001 年将 达 820 亿美 元 ;2002 年 有望 突破1000 亿美 元。我国太 阳能电池产业现 状我 国对太阳能电池 的研究开发工作 高度重视 , 早在七五期间 ,非晶硅 半 导体的研究工作已 经列入国家重大 课题 ;八五 和九五期间 ,我国把研究 开发的重点放在 大面积太阳能电池等方面 。 2003 年 10月 ，国家 发改委 、科技部制定出未来 5年 太 阳能资源 开发计划，发 改委 “光 明工程 “将筹资 100 亿元用于 推进太阳能发电 技术的应用，计 划到 2015年全国 太阳能 发电系统 总装机容量达到 300 兆瓦 。 我国已成为全球光 伏产品最大制造国，我国即 将出台的《新能源振兴规 划》 ，我国 光伏发电的装机容量规划 为 2020 年达到 20GW ，是 原来《可再生能 源中长期规划》中 1.8GW 的 10 多倍 。 2002 年 ，国家有关部委启 动了 “西部省 区无电乡通电计划 “，通过太阳能和小型风 力发电解决西部七省区无电乡 的多晶硅太阳能 电池用电问题 。这一项目的启动大大刺激了太 阳能发电产业，国内建起了 几条太阳能电池的 封装线， 使太阳能 电池的年 生产量 迅速增加 。据专家 预测 ,目前我 国光伏市 场需求量为每年 5MW,2001 ～ 2010 年 , 年需求量将达 10MW, 从 2011 年开始 ,我 国光伏市场年需求量 将大于 20MW 。 目前 国内太阳 能硅生产 企业主要 有 洛阳 单 晶硅厂、 河北 宁晋 单晶硅基地 和四川峨眉 半导体材料 厂等厂商 ， 其中河北宁晋单晶硅 基地是世界最大的太 阳能单晶硅生 产基地，占 世界太阳能单 晶硅市场份 额的 25% 左右。 在太阳能电池材料下 游市场，目前国内生产太阳能电 池的企业主要有 宏威集团 、 无 锡尚德 、海润光伏、南 京中电、 保定 英利、河北晶澳、 林洋 新能源、 苏州 阿特斯、 常 州 天合、拓日新能 、 云南 天达光伏科技 、 宁波 太阳能电源 、京瓷（ 天 津 ）太阳能等公司 ，总计年 产能 在 800MW 以上。 2009 年， 国务院根据工信 提供的报告指出 多晶硅 产能过剩，实际业 界人并不认可，科技部已经表态 ，多晶硅产能并不过剩 [ 1]。太阳能 电池及太阳能发 电前景简析目前 ,太阳能电池的应用已从 军事领域、 航天 领域进入工业、商业、农业、 通信 、家用电器以及 公用设施等部门，尤其可以分 散地在边远地区、高山、沙 漠、海岛和农村使用，以节省造价很贵的 输电线路 。但是在目前阶段，它的成本还很高，发出 1kW电需要 投资上万美元 ，因此大规模 使用仍然受到 经济上的限制 。 但是 ，从长远来看 ，随着太阳能电池制造技术 的改进以及新的光 — 电转换装置的发明 ，各国对环境的保护和对再 生清洁能源的巨大需求 ， 太阳能电池仍将是利用太阳辐 射能比较切实可行的方法，可 为人类未来大规模地利用太阳能 开辟广阔的前景。太阳能电池的分类太阳能 电池的分类简介太阳能电 池按结晶状态可分为结晶系薄膜 式和非结晶系薄膜式 (以下 表示为 a-) 两大类， 而前者又分为 单结晶形和多 结晶形。 按材料可分 为硅薄膜形、 化合物半导 体 薄 膜 形 和 有 机 膜 形 ， 而 化 合 物 半 导 体 薄 膜 形 又 分 为 非 结 晶 形(a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H 等 )、 Ⅲ V 族 (GaAs,InP 等 )、 Ⅱ Ⅵ 族 (Cds 系 )和磷化锌 (Zn 3 p 2 )等。 太阳能电池根据所 用材料的不同，太阳能电池还可 分为： 硅太阳能电池 、多元化合物薄膜 太阳能电池、 聚合物多层修饰电极型 太阳能电池 、纳米晶太阳能电池、 有机太阳能电 池 ，其中硅太阳能电池是目前发展最 成熟的，在应用中居主导地位。（ 1）硅太阳能电 池硅太阳能 电池分为单晶硅太阳能电池 、 多晶硅 薄膜太阳能电池 和 非晶硅薄膜太阳能电池 三种。 单晶硅太阳能 电池转换效率 最高，技术也 最为成熟。在 实验室里最高的转换效 率为 24.7% ，规模生产时的效率 为 15% 。在大规模应用 和工业生产中仍占据主导地位，但由于 单晶硅成本价格高，大幅度降低其成 本很困难，为了节省 硅材料 ，发 展了多晶硅薄 膜和 非晶硅薄 膜 做为单晶硅 太阳能电池的 替代产品。 多晶硅 薄膜太阳 能电池与 单晶硅比 较 ,成本低廉 ，而效率 高于非 晶硅 薄膜 电池 ，其 实验室最高转换效率 为 18%, 工业规模生产的转换效率为 10% 。 因此， 多晶硅 薄膜电池不久将会国际空间站太 阳能电池板在太阳 能电地市场上 占据主导地位 。 非晶 硅薄膜太阳能 电池成本低重 量轻，转换效率较高，便于大规 模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发 的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响 了它的实际应用。如果能进一步解决稳 定性问题及提高转换率问题， 那么，非晶硅太阳能电池无疑是 太阳能电池的主要发展产品之 一。（ 2）多元化合物 薄膜太阳能电池多元化合 物薄膜太阳能电池材料为无机盐 ，其主要包括 砷化镓 III-V 族化合物、硫化镉 、硫化镉及铜 锢硒薄膜电池 等。 硫 化镉、 碲化镉 多晶薄膜电池 的效率较非晶硅薄膜太 阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且 也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境 造成严重的污染，因此，并不是 晶体硅太阳能 电池 最理想的替代产品。 砷化 镓（ GaAs ） III-V 化合物电池的转换效率可达 28% ， GaAs 化合物材料具 有十分理想的光 学带隙以及较高 的吸收效率 ,抗辐照能力强 ,对热不 敏感，适合于制造高效单 结电池。 但是 GaAs 材料的 价格不菲 ,因而在很 大程度上限制了用 GaAs电池的普 及。 铜铟硒薄膜 电池（简称 CIS ）适合光电转换，不存 在光致衰退问题，转换效 率和多晶硅一样。具有价格低 廉、性能良好和工艺简单等优 点，将成为今后发展太阳能 电池的一个重要方向。唯一 的问题是材料的来源，由于 铟和硒都是比较稀有的 元素 ， 因此，这类电池的发展又必然受 到限制。（ 3）聚合物多层 修饰电极型太阳能 电池以有机聚 合物代替无机材料是刚刚开始的 一个太阳能电池制造的研究方 向。 由于有机材料柔性 好，制作容易，材料来源广 泛，成本底等优势，从而对 大规模利用太阳能，提供廉价 电能具有重要意义。但以有机材 料制备太阳能电池的研究仅仅 刚开始，不论是使用寿 命，还是电池效率都不能和 无机材料特别是硅电池相比 。能否发展成为具有实用意义 的产品，还有待于进一步研究探 索。（ 4）纳米晶太阳 能电池纳米 TiO2 晶体 化 学能太阳能电池 是新近发展的，优 点在于它廉价的 成本和简单的工艺及稳定 的性能。 其光电效 率稳定在 10% 以 上， 制作成本仅为硅 太阳电池的 1/5 ～1/10 ．寿命能达到 20 年以上 。 此类电 池的研究和开发 刚刚起步，不久 的将来会逐步走上市场 。（ 5）有机太阳能 电池有机太阳 能电池，就是由有机材料构 成核心部分的太阳能电池。大家对有机太阳能电池不熟悉 ，这是情理中的事 。如今量产的太阳能电池里 ， 95% 以上是 硅基的，而剩下的不到 5% 也是由其它无机材料制成 的。太阳能电池（组件）生产工艺封装组件线又 叫封装线， 封装是太 阳能电池生产中的 关键步骤 ， 没有良好的封装工艺 ，多好的电池也 生产不出好的组件板。电池 的封装不仅可以使电池的寿命得 到保证，而且还增强了电 池的抗击强度。产品的高质 量和高寿命是赢得可客户满意的 关键，所以组件板的封装 质量非常重要。流程：1、电池 检测 —— 2、正面焊接 — 检验 — 3、背面串接 — 检验 — 4、敷设（ 玻璃清洗 、材料 切割、玻 璃预处理、 敷设） —— 5、层压 —— 6、去 毛边（去边 、清洗） —— 7、装边框（涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶） —— 8、焊接接线盒 —— 9、高压测试 —— 10 、组件测试 — 外观检验 — 11、包装入 库组件高 效和高寿命如何 保证：1、高转换效率、高质量的 电池片 ； 2、高质量的原材 料，例如：高的交联度的 EVA 、高粘结强度的封装剂（中 性硅酮树脂胶） 、高透光率高强度的钢化玻璃等 ；3、合理的 封装工艺 4、员工 严谨的工作作风； 由于太阳电 池属于高科技产品，生产过程中一些细 节问题，一些不起眼问题如应该戴手 套而不戴、应该均匀的涂刷试剂而潦草 完事等都是影响产品质量的大敌 ，所以除了制定合理的制作 工艺外，员工的认真和严 谨是非常重要的。太阳电池组装工艺简介：在这里只 简单的介绍一下工艺的作用，给 大家一个感性的认识 . 1、 电池测试：由于电池 片制作条件的随机性，生产 出来的电池性能不尽相同，所以为了有效的将性能一致或 相近的电池组合在一起，所 以应根据其性能参数进行分类 ；电池测试即通过测试电池 的输出参数 （电流和电压 ） 的大小对其进行分类 。 以提高电池的利用率 ，做出质量合格 的电池组件。2、 正面焊接：是将汇流 带焊接到电池正面（ 负极 ）的主栅线上，汇流带为镀锡的 铜带，我们使用 的焊 接机可 以将 焊带以 多点 的形式 点焊 在主栅 线上 。焊接 用的 热源为 一个 红外灯（利用红外线 的热效应） 。焊带的长度 约为电池边长的 2倍。多出的焊 带在背面焊接时与后面的电池 片的背面电极相连3、 背面串接：背面焊接 是将 36 片电池 串接在一起形成一个组件串， 我们目前采 用的工艺是手动的，电 池的定位主要靠一个膜具板 ，上面有 36 个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大小相对应，槽的位 置已经设计好，不同规格的组件使用 不同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡 丝将 “ 前面 电池 ” 的 正面电极（负极）焊接到 “ 后面电池 ” 的背面电极（ 正极 ）上，这样 依次将 36 片串 接在一起并在组件串太阳能电池板的正负极焊接 出引线。4、 层压敷设：背面串接 好且经过检验合格后，将组件串 、玻璃和切割好的 EVA 、 玻璃纤维 、背板按照一定 的层次敷设好，准备层压。玻璃事先涂一层试剂（ primer ）以增加玻璃和 EVA 的粘接强度。敷设时保证电 池串与玻璃等材料的相对位置， 调整好电池间的距 离，为层 压打好基 础。 （敷设 层次：由 下向上 ：钢化玻 璃、 EVA 、电 池片、 EVA 、玻璃纤维、背 板） 。5、 组件层压：将 敷设好 的电 池放入 层压 机 内， 通过 抽 真空 将组 件内的 空气 抽出， 然后 加热使EVA 熔 化将电池、玻璃和背板粘接在一 起；最后冷却取出组件。层压 工艺是组件生产的关键一步， 层压温度层压时间根据 EVA 的性 质决定。我们使用快速固化 EVA 时，层压循环时间 约为 25 分钟。 固化温度为 150 ℃ 。6、 修边：层压 时 EVA 熔化后由于压力而 向外延伸固化形成毛边，所以层 压完毕应将其切除。7、 装框：类似与给 玻璃装一个镜框；给玻璃组件装铝框，增加组 件的强度，进一步的密封电池组件，延长电池的 使用寿命。边框和玻璃组件的缝隙用 硅酮树脂填充。各边框间用角键连接。8、 焊接接线盒：在组件背 面引线处焊接一个盒子，以利于 电池与其他设备或电池间的连 接。9、 高压测试：高压测试 是指在组件边框和电极引线间施 加一定的电压， 测试组 件的耐压性和绝缘强度，以保 证组件在恶劣的自然条件（雷击 等）下不被损坏。10 、 组件 测试：测试的目 的是对电池的输出功率进行标定 ，测试其输出特性，确 定组件的 质量等级 。目前主要 就是模拟 太阳光 的测试 Standard test condition （ STC ） ,一般一块电池板所需的测试 时间在 7-8 秒左右。太阳能 电池阵列设计步 骤1. 计算负载 24h 消耗 容量 P P=H/V V —— 负 载额定电源 2. 选定每天 日照时数 T(H) 。 3. 计算太 阳能阵列工作电流。 IP=P(1+Q)/T Q——按阴雨期富余 系数， Q=0.21 ～ 1.00 4.确定 蓄电 池 浮充电压 VF 。 镉镍 (GN)和铅酸 (CS) 蓄电池的 单体浮充电压分别为 1.4 ～ 1.6V 和 2.2V 。 5. 太阳能电池温度补偿电压 VT。 VT=2.1/430(T-25)VF 6. 计算太阳能电池 阵列工作电压 VP 。VP=VF+VD+VT 其中 VD=0.5 ～ 0.7 约等于 VF 7. 太阳 电池阵列输出功率 WP? 平板式 太阳能电板。 WP=IP × UP 8. 根据 VP 、 WP 在硅电池平板组合系列表格， 确定标准规格的串联块数和并联 组数。太阳能电池发展市场太阳能 电池发展市场简 介当电力、 煤炭 、石油等不 可再生 能源 频频告急，能源问题日益成 为制约国际社会经济发展的瓶 颈时，越来越多的国家 开始实行 “ 阳光计划 ” ，开发太阳能资源 ，寻求经济发展的新动 力。欧洲一些高水平的核研 究机构也开始转向可再生能源 。在国际光伏市场巨大潜力 的推动下，各国的太阳能电池制造业争 相投入巨资，扩大生产，以争一席之 地。 全球太阳能电 池产业 1994-2004 年 10 年里增 长了 17 倍，太阳 能电池生产主要分布在 日本、欧洲和美国。 2006 年全球太阳能电池安装规模已 达 1744MW ，较2005 年成 长 19% ，整个市场产 值已正式突破 100 亿美元 大关 。 2007 年 全球太阳能电池产 量 达 到 3436MW ， 较 2006 年 增长 了 56% 。 中 国 对太 阳 能电 池的 研 究起 步 于1958 年， 20 世纪 80 年代 末期，国内 先后引进 了多条太阳 能电池生 产线，使中 国太阳能电池生产能 力由原来的 3个小厂的 几百 kW 一 下子提升到 4个厂的 4.5MW ， 这种产能一直持续到 2002 年，产量则只有 2MW 左右 。 2002 年后，欧洲市场特 别是 德国 市场的急 剧放 大和 无 锡尚 德太阳 能电 力有限 公司 的横空 出世 及超常 规发 展给中 国 光 伏产业带来了 前所未有的发 展机遇和示范 效应。 目前，我国已 成为全球主要 的太阳能电池生 产国。 2007 年 全国太阳能电 池产量达到 1188MW ，同比增长 293% 。 中国已经成功超越欧洲、日本为 世界太阳能电池生产第一大国。在产 业布局上，我国太阳能电池产业已经形 成了一定的集聚态势。在长三角、 环渤海 、珠三角、中西部地 区，已经形成了各 具特色的太阳能产 业集群。 中 国的太阳能电池研 究比国外晚了 20 年，尽管最近 10 年国家在这方面 逐年加大了投入， 但投入仍然不够， 与国外差距还是很大 。政府应加强政 策引导和政策激励，尽快解 决太阳能发电上网与合理定价等 问题。同时可借鉴国外的 成功经验，在公共设施、政府 办公楼 等领域强 制推广使用太阳能，充分发挥政 府的示范作用 ，推动国内市 场尽快起步和 良性发展。 太阳能光 伏发电 在不远的将来会 占据世界 能源消费 的重要席位 ，不但要替代部分常规能源 ，而且将成为世界 能源供应 的主体。预计到 2030 年，可 再生能源在总绿色环保节能 太阳能能源结构中将 占到 30% 以上， 而太阳 能光伏发电在世界总电力供应中 的占比也将达到10% 以上；到 2040 年，可再生能源将占总 能耗 的 50% 以上，太阳能光 伏发电将占总电力的 20% 以上；到 21世纪 末，可再生能源在能源结构中将占到 80% 以上，太阳能发电将占到 60% 以上。 这些数字足以显示 出 太阳能光伏产业 的发展前景及 其在能源领域重要的战略地位 。由此可以看出，太阳能电池市 场前景广阔。利用太 阳能电池的离网 发电系统太阳能离 网发电系统包括 1、 太阳能控制器 (光伏控制器 和 风光互补控 制器 )对所发的电能进行调 节和控制，一方面把调整后 的能量送往直流负载或交流负载 ，另一方面把多余的能量 送往 蓄电池组 储存，当所发 的电不能满足负载需要时，太阳能 控制器 又把蓄电池的电 能送往负载。蓄电池充满电后，控制器要控制 蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电 能放完时，太阳能控制器要控制蓄电池 不被过放电，保护蓄电池。控制器的性 能不好时，对 蓄电池的使用 寿命影响很大， 并最终影响 系 统的可靠性 。 2、 太阳能蓄 电池 组的任务 是贮能，以便 在夜间或阴雨天 保证负载用电 。 3、太阳 能 逆变器[2] 负责把 直 流电 转换为交流电， 供交流 负荷 使用。 太阳能逆变器是光 伏 风力发电系统的核心部件 。由于使用地区相对落后、偏 僻，维护困难，为了提高光 伏风力发电系统的整体性能，保证电站 的长期稳定运行，对逆变器的可靠性 提出了很高的要求。另外由于新 能源 发电成本 较高，太阳能 逆变器的高效 运行也显得非 常重要。 太阳能离网发电系统 主要产品分类 A、光伏组件 B、风 机 C、控 制器 D、蓄电池组 E、逆变器 F 、风 力 /光伏发电 控制与 逆变器一体化电源。利用太 阳能电池的并网 发电系统可再生能 源并网发电系统是将光伏阵列 、 风力机以及 燃料电池 等 产生的可再生能源不经 过蓄电池储能 ，通过并网逆 变器直接反向 馈入 电网 的发 电系统。 因为直接将电能输入 电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和 释放的过程，可以充分利用可再生能源 所发出的电力，减小 能量损耗 ，降低系统成本。并网发 电系统能够并行使用市电和可 再生能源作为本地交流负载的电 源， 降低整个系统 的负载缺电率。 同时 ，可再生能源并 网系统可以对公用电网起到调峰 作用。 并网发电系统是 太阳能风力发电的发展方 向，代表了 21 世纪最具吸 引力的能源利用技术 。 太阳能并 网发电系统主要产 品分类 A、 光伏并网 逆变器 B、小型风力 机并网逆变器 C、大型 风机变流器（双馈变流器 ，全功率变流器） 。新型太阳电池目 前市 场上大 量产 的单晶 与多 晶硅 的太阳 电池 平均 效率约 在 15% 上 下， 也就是说，这样的太阳电池只能 将入射太阳光能转换成 15% 可用电能，其余的 85% 都浪费成无用的热能 。所以严格地说 ，现今太阳电池 ，也是某种型式的 “ 浪费能源 ” 。当然理论上，只要能有效的抑制 太阳电池内载子和声子的能量 交换，换言之，有效的抑制载子能带内或能带 间的能量释放，就能有效的 避免太阳电池内无用的热能的产 生，大幅地提高太阳电池 的效率，甚至达到超高效率的运作。而这样简 易的理论构想，在实际的技术上，却可以用不同 的方法来执行这样的原则。超高效率 的太阳电池（第三代太阳电池）的技 术发展，除了运用新颖的元件 结构设计，来尝试突破其物理 限制外，也有可能因为新材 料的引进，而达成大幅增加转换效率的目的。 薄 膜太阳电池 包括 非晶硅太阳 电池 ， CdTe 和 CIGS （ copper indium gallium selenide ）电池。虽然目前多数量产 薄膜太阳电池转换效率仍无法与 晶硅太阳电池抗衡， 但 是其低制造成本仍然使其在市 场有一席之地，且未来市场占有 率仍会持续成长。染料敏 化太阳电池染料感光 太阳电池（ Dye-sensitized solar cell ， DSSC ）是最近 被开发出来的一种 崭 新 的 太 阳 电 池 。 DSsC 也 被 称 为 Grtzel cell ， 因 为 是 在 1991 年 由Grtzel 等人发表的 构造和一般光伏特电池不同，其基板 通常是玻璃，也可以是透明且可弯曲 的聚合箔 （ polymer foil ） ， 玻璃上有 一层透明导电的 氧化物 （ transparent conducting oxide ， TCO ）通常是使用 FTO （ SnO2:F ） ，然后长有一层约 10 微米厚的porous 纳米尺寸的 TiO2 粒子（约 10 ～ 20 nm ）形成一 nano-porous 薄膜 。然后涂上一层染料附着于 TiO2 的粒子 上。通常染料是采用 ruthenium polypyridyl complex 。上层的电极除了 也是使用玻璃和 TCO 外，也镀上一层铂当 电解质 反应 的催化剂，二层电极间，则注 入填满含有 iodide/triiodide 电解质。 虽然目前 DSC 电 池的最高转换效率约在 12% 左右 （理论最高 29 ﹪） ，但是制造 过程简单，所 以一般认将大幅 降低生产成本，也同时 降低每度电的电费。串叠型 电池串叠型电 池（ Tandem Cell ）属 于一种运用新颖原件结构的电池 ，借由设计多层不同能隙的太 阳能电池来达到吸收效率最佳化 的结构设计。目前由理论计 算可知，如果在结构中放 入越多层数的电池 ，将可把电池效率逐步提升 ，甚至可达到 50% 的转换效率。透明太阳能电池据美国物 理学家组织网近日报道 ， 美国能源部 布鲁克海文国家实 验室 和洛斯阿拉莫 斯国 家实验 室的 科学家 们研 发出了 一种 可吸收 光线 并将其 大面 积转化 成为 电能的新型透明薄膜。这种薄 膜以半导体和富勒烯为原料，具有微 蜂窝结构。相关研究发表在最新一期的 《材料化学》 杂 志上， 论文称该技术可 被用于开发透明的 太阳能电池板 ，甚至还可以用 这种材料制成可以发电的窗户 。 这种材料由掺杂碳富 勒烯的半导体聚合物组成 。在严格控制的条件下，该 材料可通过自组装方式由一个微 米尺度的六边形结构展 开为一个数毫 米大小布满微 蜂窝结构的平 面。 负 责该研究的美 国布鲁克海 文国家实 验室多功 能 纳米 材料 中心 的物理 化学家 米 尔 恰 · 卡 特 莱特 说，虽然 这种蜂窝状薄膜的 制作采用了与传统高分 子材料 (如聚苯乙 烯 )类似的工艺，但 以半导体和富勒烯为 原料，并使其 能够吸收光线 产生电荷这还 是第一次。 据介绍， 该材料之所以还能在外 观上保持透明是因为聚合物链只 与六边形的边缘紧密相连 ， 而其余部分的结构则较为 简单，以连接点为中心向外越来越薄。这种结 构具有连接作用，同时具有较强的吸收 光线的能力，也有利于 传导电流 ，而其他部分 相对较薄也更为透明，主要起透 光的作用。 研究人员 通过一种十分 独特的方式来 编织这种蜂窝 状薄膜：首先在包含聚 合物以及富勒烯在内的溶液中加 入一层极薄的微米尺度的小水 滴。 这些水滴在接触到 聚合物溶液后就会自组装成大型 阵列，而当溶剂完全蒸发后 ，就会形成一块大面积的 六边形蜂窝状平面。此外 ，研究人员发现聚合物的形成 与溶剂的蒸发速度紧密相关，这相应地 又会决定最终材料的电荷传输 速度。溶剂蒸发得越慢，聚合物的结构就越紧 凑，电荷传输速度也就 越快。 “ 这是一种成本低廉 而效益显著的制备方法，很有潜力 从实验室应用到大规模商业化生 产之中。 ” 卡 特莱特说。 通过扫描探针式电 子显微镜和荧光共焦扫描显微镜 ， 研究人员证实了新材 料蜂窝结构的均匀性，并对 其不同部位 (边缘 、中心、节点 )的光 学性质和电荷产生情况 进行了测试。卡特 莱特表示： “ 我 们的工作让 人们对蜂 窝结构的光 学特征有了 更深的了解 。下一步我 们计 划将这 种材 料应用 于透 明且可 卷曲 的 柔性 太阳 能电池 以及 其他设 备的 制造当中，以推动这 种蜂窝薄膜尽快进入实用阶段。 ”