光伏發電是根據光生伏特效應原理，利用太陽能電池將太陽光能直接轉化為電能。不論是獨立使用還是并網發電，光伏發電系統主要由太陽能電池板（組件）、控制器和逆變器光伏發電2三大部分組成。光伏發電利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能。技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經過串聯后進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發電裝置。

太陽能電池：制作太陽能電池主要是以半導體材料為基礎，其工作原理是利用光電材料吸收光能后發生光電于轉換反應，根據所用材料的不同，太陽能電池可分為：

1、硅太陽能電池;

2、以無機鹽如砷化鎵III-V化合物、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的電池;

3、功能高分子材料制備的大陽能電池;

4、納米晶太陽能電池等。

硅太陽能電池

1.硅太陽能電池工作原理與結構

太陽能電池發電的原理主要是半導體的光電效應，一般的半導體主要結構如下：

圖中，正電荷表示硅原子，負電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。當硅晶體中摻入其他的雜質，如硼、磷等，當摻入硼時，硅晶體中就會存在著一個空穴，它的形成可以參照下圖：

圖中，正電荷表示硅原子，負電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。而黃色的表示摻入的硼原子，因為硼原子周圍只有3個電子，所以就會產生入圖所示的藍色的空穴，這個空穴因為沒有電子而變得很不穩定，容易吸收電子而中和，形成p（posiTIve）型半導體。同樣，摻入磷原子以后，因為磷原子有五個電子，所以就會有一個電子變得非常活躍，形成N（negaTIve）型半導體。黃色的為磷原子核，紅色的為多余的電子。如下圖。

N型半導體中含有較多的空穴，而p型半導體中含有較多的電子，這樣，當p型和N型半導體結合在一起時，就會在接觸面形成電勢差，這就是pN結。

當p型和N型半導體結合在一起時，在兩種半導體的交界面區域里會形成一個特殊的薄層），界面的p型一側帶負電，N型一側帶正電。這是由于p型半導體多空穴，N型半導體多自由電子，出現了濃度差。N區的電子會擴散到p區，p區的空穴會擴散到N區，一旦擴散就形成了一個由N指向p的“內電場”，從而阻止擴散進行。達到平衡后，就形成了這樣一個特殊的薄層形成電勢差，這就是pN結。

當晶片受光后，pN結中，N型半導體的空穴往p型區移動，而p型區中的電子往N型區移動，從而形成從N型區到p型區的電流。然后在pN結中形成電勢差，這就形成了電源。（如下圖所示）

由于半導體不是電的良導體，電子在通過p-n結后如果在半導體中流動，電阻非常大，損耗也就非常大。但如果在上層全部涂上金屬，陽光就不能通過，電流就不能產生，因此一般用金屬網格覆蓋p-n結（如圖梳狀電極），以增加入射光的面積。另外硅表面非常光亮，會反射掉大量的太陽光，不能被電池利用。為此，科學家們給它涂上了一層反射系數非常小的保護膜（如圖），將反射損失減小到5%甚至更小。一個電池所能提供的電流和電壓畢竟有限，于是人們又將很多電池（通常是36個）并聯或串聯起來使用，形成太陽能光電板。

2.硅太陽能電池的生產流程通常的晶體硅太陽能電池是在厚度350～450μm的高質量硅片上制成的，這種硅片從提拉或澆鑄的硅錠上鋸割而成。

上述方法實際消耗的硅材料更多。為了節省材料，目前制備多晶硅薄膜電池多采用化學氣相沉積法，包括低壓化學氣相沉積（LpCVD）和等離子增強化學氣相沉積（pECVD）工藝。此外，液相外延法（LppE）和濺射沉積法也可用來制備多晶硅薄膜電池。化學氣相沉積主要是以SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiH4，為反應氣體，在一定的保護氣氛下反應生成硅原子并沉積在加熱的襯底上，襯底材料一般選用Si、SiO2、Si3N4等。但研究發現，在非硅襯底上很難形成較大的晶粒，并且容易在晶粒間形成空隙。解決這一問題辦法是先用LpCVD在襯底上沉積一層較薄的非晶硅層，再將這層非晶硅層退火，得到較大的晶粒，然后再在這層籽晶上沉積厚的多晶硅薄膜，因此，再結晶技術無疑是很重要的一個環節，目前采用的技術主要有固相結晶法和中區熔再結晶法。多晶硅薄膜電池除采用了再結晶工藝外，另外采用了幾乎所有制備單晶硅太陽能電池的技術，這樣制得的太陽能電池轉換效率明顯提高。三、納米晶化學太陽能電池在太陽能電池中硅系太陽能電池無疑是發展最成熟的，但由于成本居高不下，遠不能滿足大規模推廣應用的要求。為此，人們一直不斷在工藝、新材料、電池薄膜化等方面進行探索，而這當中新近發展的納米TIO2晶體化學能太陽能電池受到國內外科學家的重視。以染料敏化納米晶體太陽能電池（DSSCs）為例，這種電池主要包括鍍有透明導電膜的玻璃基底，染料敏化的半導體材料、對電極以及電解質等幾部分。

陽極：染料敏化半導體薄膜（TIO2膜）

陰極：鍍鉑的導電玻璃

電解質：I3-/I-如圖所示，白色小球表示TiO2，紅色小球表示染料分子。染料分子吸收太陽光能躍遷到激發態，激發態不穩定，電子快速注入到緊鄰的TiO2導帶，染料中失去的電子則很快從電解質中得到補償，進入TiO2導帶中的電于最終進入導電膜，然后通過外回路產生光電流。

納米晶TiO2太陽能電池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。但由于此類電池的研究和開發剛剛起步，估計不久的將來會逐步走上市場。