隨著全球一次性能源緊缺的趨勢越來越嚴(yán)峻，開發(fā)和利用清潔能源以及二次能源已經(jīng)成為世界各行業(yè)研究的重點課題。太陽能電池是可以將光能轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置，在目前溫室效應(yīng)愈演愈烈的環(huán)境下可以為資源進行一定數(shù)量的補充，文章將會對太陽能電池的應(yīng)用以及發(fā)展趨勢做出分析，為我國電力資源的供應(yīng)奠定良好的基礎(chǔ)。

太陽能電池工作原理

太陽能電池工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)。所謂光生伏特效應(yīng)就是當(dāng)物體受到光照時，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應(yīng)。當(dāng)太陽光或其他光照射半導(dǎo)體的PN結(jié)時，就會在PN結(jié)的兩邊出現(xiàn)電壓，叫做光生電壓。

當(dāng)光照射到pn結(jié)上時，產(chǎn)生電子--空穴對，在半導(dǎo)體內(nèi)部P-N結(jié)附近生成的載流子沒有被復(fù)合而到達空間電荷區(qū)，受內(nèi)部電場的吸引，電子流入n區(qū)，空穴流入p區(qū)，結(jié)果使n區(qū)儲存了過剩的電子，p區(qū)有過剩的空穴。它們在p-n結(jié)附近形成與勢壘方向相反的光生電場。光生電場除了部分抵消勢壘電場的作用外，還使p區(qū)帶正電，N區(qū)帶負(fù)電，在N區(qū)和P區(qū)之間的薄層就產(chǎn)生電動勢，這就是光生伏特效應(yīng)。

當(dāng)把能量加到純硅中時(比如以熱的形式)，它會導(dǎo)致幾個電子脫離其共價鍵并離開原子。每有一個電子離開，就會留下一個空穴。然后，這些電子會在晶格周圍四處游蕩，尋找另一個空穴來安身。這些電子被稱為自由載流子，它們可以運載電流。將純硅與磷原子混合起來，只需很少的能量即可使磷原子(最外層五個電子)的某個“多余”的電子逸出，當(dāng)利用磷原子摻雜時，得到的硅被成為N型(“n”表示負(fù)電)，太陽能電池只有一部分是N型。另一部分硅摻雜的是硼，硼的最外電子層只有三個而不是四個電子，這樣可得到P型硅。P型硅中沒有自由電子

太陽能電池的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

能源數(shù)量消耗的增加必然會出現(xiàn)一種新的技術(shù)為其減輕壓力，我國傳統(tǒng)的火力發(fā)電技術(shù)十分完善，但是隨著社會電力資源需求的不斷增加，煤炭等可燃燒的資源已經(jīng)瀕臨殆盡，而且很多石油資源攜帶著一定含量的二氧化硫和氮系化合物，會在沒有過濾和凈化措施的前提下對大氣和環(huán)境產(chǎn)生大量污染。在面對資源枯竭危機以及環(huán)境污染的前提下，各國的創(chuàng)新技術(shù)研究部門都在積極地開展可再生能源利用裝置的實驗工作，為社會活動和生產(chǎn)生活提供足夠的電力資源。

一、太陽能電池的應(yīng)用

太陽能電池最開始的應(yīng)用領(lǐng)域是空間站的能源供應(yīng)，在上個世紀(jì)光伏發(fā)電被很多人重視，太陽能電池的開發(fā)和研究都是在這個時期得到有效的發(fā)展的，特別是在十九世紀(jì)末期出現(xiàn)石油危機之后，有更多的科研部門加緊了針對太陽能電池的研發(fā)進程。太陽能電池根據(jù)制作材料的不同分為了化合物太陽能電池、硅太陽能電池、有機薄膜太陽能電池以及染料敏化太陽能電池等種類，其中硅太陽能電池被應(yīng)用的范圍非常廣泛，因此又被細(xì)化分為了多晶硅太陽能電池、單晶硅太陽能電池以及非晶硅太陽能電池。在對電力企業(yè)進行基本的調(diào)查之后可以得知，太陽能電池已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在了并網(wǎng)發(fā)電、離網(wǎng)發(fā)電以及相關(guān)的商業(yè)電力領(lǐng)域。每一種太陽能電池對于光的轉(zhuǎn)化率是不同的，其中單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化率為百分之二十，而非晶硅的太陽能電池只有百分之五左右，但是由于成本以及市場需求等原因，處于中等轉(zhuǎn)化水平的多晶硅太陽能電池被應(yīng)用的范圍最廣，成為了光伏市場中較為搶手的主導(dǎo)產(chǎn)品?？傮w來說，目前最適合太陽能電池的材料是硅，但是如果僅僅使用硅作為原料會讓太陽能電池的成本無限提高，因此人們會嘗試使用很多的化合物來代替硅元素，其中有著鈣系的半導(dǎo)體材料、砷化鎵化合物材料以及銅銦硒薄膜材料等等，還有一些太陽能電池廠家會將兩個獨立的電池疊加在一起，獲取更好的光電轉(zhuǎn)化效率。

太陽能電池的具體可以用在高原或者邊境區(qū)域的特種發(fā)電系統(tǒng)中，讓邊遠地區(qū)的軍民也可以在生活和工作有著充足的電力資源使用，另外現(xiàn)在城市中很多小區(qū)的建筑樓頂也設(shè)立了太陽能電池裝置，為其中居住的人們提供光熱轉(zhuǎn)化的效果。我國城市中的交通和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也應(yīng)用到了太陽能電池板，例如路燈和交通崗的信號燈都是由其附帶的太陽能電池板供應(yīng)電量的。除了生活中常見的設(shè)施，海洋、氣象、石油等領(lǐng)域也常常會應(yīng)用太陽能電池，很多地區(qū)的水文和氣象觀察以及檢測設(shè)備都是由太陽能供電的，同時我國在各個省份和地區(qū)都設(shè)立了光伏電站，可以將太陽能、風(fēng)能、石油能源互相補充，協(xié)調(diào)產(chǎn)生電力資源。還有一些汽車廠家也會將太陽能電池與汽車的動力系統(tǒng)和充電設(shè)備相匹配，形成太陽能電動車或者是太陽能式充電汽車，車內(nèi)的空調(diào)、換氣扇以及車載冰箱的電能都可以用太陽能電池供電。我國目前新研發(fā)了一種將太陽能制成的氫加燃料電池，可以為海水轉(zhuǎn)化淡水的過程提供電量，另外在航天、衛(wèi)星以及空間站中也有應(yīng)用。

二、太陽能電池的發(fā)展趨勢

至今，國際上的太陽能電池已經(jīng)發(fā)展到了第2代。第1代太陽能電池包括單晶硅和多晶硅2種，工化產(chǎn)品效率一般為百分之十五以內(nèi)，目前可工業(yè)化生產(chǎn)可獲得利潤的太陽能電池就是指第1代電池。但是由于生產(chǎn)工藝等因素使得該類型的電池生成本較高。第2代太陽能電池是薄膜太陽能電池，其成本低于第1代，可大幅度增加電池板制造面積，但是效率不如第1代。國際國內(nèi)市場正在火熱進行第2代產(chǎn)品的投資。在將來的第3代太陽能電池應(yīng)該具有上兩代的綜合特征：為薄膜化、高效率、原材料豐富和無毒性?？赏麑崿F(xiàn)的第3代電池效率的途徑包括，疊層電池、多帶光伏電池、碰撞離化、光子下轉(zhuǎn)換、熱載流子電池、熱離化、熱光伏電池等。從表1中列出的實用化太陽能電池產(chǎn)品中可以大體看出，單晶硅、多晶硅技術(shù)成熟、光電效率轉(zhuǎn)化效率高，但由于成本高，人們致力于價格低廉的多晶硅、非晶硅薄膜電池的開發(fā)以及砷化鎵等Ⅲ一V族化合物、硫化鎘、碲化鎘及銅銦硒薄膜電池等其他材料太陽能電池的開發(fā)。從技術(shù)成本上看，有希望發(fā)展成與單晶硅、多晶硅太陽能電池相抗衡的是沒有污染、價格低廉、穩(wěn)定性好的多晶硅薄膜電池和沒有光電效率衰退效應(yīng)、轉(zhuǎn)換率較高、穩(wěn)定性好、工藝簡單的CIS電池。

國際上在目前對太陽能電池材料硅化物的綜合利用主要有兩個發(fā)展趨勢，一方面是以四氯化硅為原料生產(chǎn)其它化工產(chǎn)品如白碳黑、有機硅、硅酸乙酯、光纖預(yù)制棒等;另一方向是氫化還原為三氯化硅對四氯化硅進行循環(huán)利用。太陽能電池的主要組成部件多晶硅的生產(chǎn)提純過程耗電量非常大，加上其他部件生成過程的能耗，其生產(chǎn)過程超過了現(xiàn)有社會條件所能接受的范圍。因此，降低精餾提純?nèi)葰涔柽^程的能耗對提高中國企業(yè)競爭力具有重要意義。

三、太陽能電池發(fā)展中遇到的問題

2010年，我國太陽能電池產(chǎn)量達八千兆瓦，該規(guī)模已經(jīng)達到全球的一半。但是國內(nèi)市場的需求卻僅僅四百兆瓦，占全球比例的百分之五，出口比例高達9百分之九十五。因此，我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)在高速發(fā)展的同時，還面臨著日益嚴(yán)峻的貿(mào)易摩擦。以德國光伏公司為首的七家企業(yè)聯(lián)合向美國政府遞交了對中國出口到美國的太陽能電池進行反傾銷和反補貼調(diào)查申請，而美國商務(wù)部也啟動了立案調(diào)查。之后，美國國際貿(mào)易委員會針對美對華“雙反”做出初裁，認(rèn)定中國出口的太陽能電池及其組件價格低于合理價值，并得到中國政府的補貼，對美國的光伏產(chǎn)業(yè)是一種損害。

結(jié)束語：

綜上所述，為了降低環(huán)境污染以及能源消耗的危機，各個國家和行業(yè)都在開展太陽能電池的開發(fā)和研制工作，其中以硅基太陽能電池為主，但是也有很多的材料可以將其高昂的價格進行取代，因此研究部門應(yīng)當(dāng)加強太陽能電池材料的研究工作，為降低我國能源消耗數(shù)量做出貢獻。