光伏电池工作原理是什么？类型有哪些？

1.什么是光伏电池

光伏电池是光伏发电系统的基本单元，主要是基于半导体的光生伏特效应将太阳能转换为电能。

2.光伏电池工作原理

当太阳光照射到光伏电池时，光伏电池吸收了其中一部分辐射能，产生电子—空穴对。在电池内建电场的作用下，电子和空穴被分离，电子向N区移动，空穴向P区转移，使得N区带负电荷，P区带正电荷，即在PN结附近产生与内建电场方向相反的光生电压，这就是光生伏特效应 ，如图所示。这时若在P区和N区分别接上金属导线，连接负载，则有“光生电流”流过负载，就有功率输出，实现了光电转换。

3.光伏电池的类型

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(1)晶体硅光电池：晶体硅光电池有单晶硅与多晶硅两大类，用P型(或n型)硅衬底，通过磷(或硼)扩散形成Pn结而制作成的，生产技术成熟，是光伏市场上的主导产品。采用埋层电极、表面钝化、强化陷光、密栅工艺、优化背电极及接触电极等技术，提高材料中的载流子收集效率，优化抗反射膜、 凹凸表面、高反射背电极等方式，光电转换效率有较大提高。单晶硅光电池面积有限，目前比较大的为 10至20cm的圆片，年产能力46MW/a。目前主要课题是继续扩大产业规模，开发带状硅光电池技术，提高材料利用率。国际公认最高效率在AM1.5条件下为24%，空间用高质量的效率在AM0条件约为13.5-18%，地面用大量生产的在AM1条件下多在11-18%之间。以定向凝固法生长的铸造多晶硅锭代替单晶硅，可降低成本，但效率较低。优化正背电极的银浆和铝浆丝网印刷，切磨抛工艺，千方百计进一步降成本，提高效率，大晶粒多晶硅光电池的转换效率最高达18.6%。

(2)非晶硅光电池：a-Si(非晶硅)光电池一般采用高频辉光放电方法使硅烷气体分解沉积而成的。由于分解沉积温度低，可在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑料片上沉积约1 m厚的薄膜，易于大面积化 (0.5m 1.0m)，成本较低，多采用pin结构。为提高效率和改善稳定性，有时还制成三层pin 等多层叠层式结构，或是插入一些过渡层。其商品化产量连续增长，年产能力45MW/a，10MW生产线已投入生产，全球市场用量每月在1千万片左右，居薄膜电池首位。发展集成型a-Si光电池组 件，激光切割的使用有效面积达90%以上，小面积转换效率提高到14.6%，大面积大量生产的为8-10%，叠层结构的最高效率为21%。研发动向是改善薄膜特性，精确设计光电池结构和控制各层厚度，改善各层之间界面状态，以求得高效率和高稳定性。

(3)多晶硅光电池：p-Si(多晶硅，包括微晶)光电池没有光致衰退效应，材料质量有所下降时也不会导致光电池受影响，是国际上正掀起的前沿性研究热点。在单晶硅衬底上用液相外延制备的p-Si光电池转 换效率为15.3%，经减薄衬底，加强陷光等加工，可提高到23.7%，用CVD法制备的转换效率约为12.6-17.3%。采用廉价衬底的p-Si薄膜生长方法有PECVD和热丝法，或对a-Si：H材料膜进行后退火，达到低温固相晶化，可分别制出效率9.8%和9.2%的无退化电池。微晶硅薄膜生长与a-Si工艺相容，光电性能和稳定性很高，研究受到很大重视，但效率仅为7.7%。大面积低温p-Si膜与-Si组成叠层电池结构，是提高a-S光电池稳定性和转换效率的重要途径，可更充分利用太阳光谱，理论计算表明其效率可在28%以上，将使硅基薄膜光电池性能产生突破性进展。

(4)其它光电池：InP(磷化铟)光电池的抗辐射性能特别好，效率达17-19%，多用于空间方面。采用SiGe单晶衬底，研制出在AM0条件下效率大于20%的GaAs/Si异质结外延光电池，最高效率23.3%。Si/Ge/GaAs结构的异质外延光电池在不断开发中，控制各层厚度，适当变化结构，可使太阳光中各 种波长的光子能量都得到有效利用，GaAs基多层结构光电池效率已接近40%。

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