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(diǎn)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(jìn)行一定數(shù)量的補(bǔ)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(dá)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(yùn)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(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)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(jìn)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(dú)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(yuǎn)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(bǔ)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(jìn)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。可望實現(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(jī)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(jìn)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(dá)八千兆瓦，該規(guī)模已經(jīng)達(dá)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(dá)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(jìn)行反傾銷和反補(bǔ)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(bǔ)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(jī)，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(jìn)行取代，因此研究部門應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)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(xiàn)。