硅太陽能電池分類

一、按硅片厚度分

可分為(wei)晶(jing)體硅太陽(yang)能電池和(he)薄膜硅太陽(yang)能電池。

二、按材料的結晶形態分

可分為單晶硅（c-Si）和多晶硅（p-Si）太陽(yang)能電池兩類(lei)；

薄(bo)膜硅(gui)太陽(yang)(yang)能電(dian)池分為非晶硅(gui)（a-Si）薄(bo)膜太陽(yang)(yang)能電(dian)池、微晶硅(gui)（c-Si）太陽(yang)(yang)能電(dian)池和多晶硅(gui)（p-Si）薄(bo)膜太陽(yang)(yang)能電(dian)池三種。

1、單晶硅太陽能電池

轉換效率(lv)最高(gao)，技術也最為(wei)(wei)成(cheng)熟。在實驗(yan)室(shi)里最高(gao)的(de)轉換效率(lv)為(wei)(wei)24.7%（理論最高(gao)光電(dian)轉化效率(lv)為(wei)(wei)25%），規模(mo)生產(chan)(chan)時的(de)效率(lv)為(wei)(wei)18%（截至(zhi)2011年）。在大(da)規模(mo)應用和工業(ye)生產(chan)(chan)中仍(reng)占據主導地位，但由(you)于單晶(jing)硅成(cheng)本(ben)價格(ge)高(gao)，大(da)幅度降低其成(cheng)本(ben)很困難，為(wei)(wei)了節省硅材料，發展(zhan)了多品硅薄膜(mo)和非(fei)晶(jing)硅薄膜(mo)作為(wei)(wei)單晶(jing)硅太(tai)陽(yang)能電(dian)池的(de)替(ti)代產(chan)(chan)品。

2、多晶硅太陽能電池

一般(ban)采用低(di)(di)等級(ji)的半導體多(duo)(duo)(duo)晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)，或者專門為太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)池(chi)使用而(er)生產(chan)的鑄造多(duo)(duo)(duo)晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)等材料。與單晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)池(chi)相比(bi)，多(duo)(duo)(duo)晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)池(chi)成本(ben)較(jiao)低(di)(di)，而(er)且轉換效率與單晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)池(chi)比(bi)較(jiao)接近，它是太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)池(chi)的主(zhu)(zhu)要產(chan)品之一。多(duo)(duo)(duo)晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)池(chi)硅(gui)片制造成本(ben)低(di)(di)，組件效率高(gao)，規模生產(chan)時的效率已達18%左右。多(duo)(duo)(duo)晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)池(chi)占據主(zhu)(zhu)流，除(chu)取決于(yu)(yu)此類電(dian)(dian)池(chi)的優異性能(neng)(neng)外，還在于(yu)(yu)其充(chong)足(zu)、廉價(jia)、無毒、無污染(ran)的硅(gui)原料來源，而(er)近年來多(duo)(duo)(duo)晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)成本(ben)的降低(di)(di)更將(jiang)使多(duo)(duo)(duo)晶(jing)(jing)(jing)硅(gui)太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)池(chi)大行其道。

3、非晶硅薄膜太陽能電池

成(cheng)本(ben)(ben)低(di)(di)重量輕，便于大規(gui)模生產，有(you)極大的(de)(de)潛力。非晶態(tai)硅(gui)(gui)，其(qi)原(yuan)子結構不(bu)像晶體硅(gui)(gui)那樣排(pai)列得有(you)規(gui)則，而是一(yi)種不(bu)定形(xing)晶體結構的(de)(de)半導體。非晶硅(gui)(gui)屬于直接帶系材(cai)料，對陽(yang)光(guang)吸收(shou)(shou)系數高(gao)(gao)，只需要1μm厚的(de)(de)薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)就可以吸收(shou)(shou)80%的(de)(de)陽(yang)光(guang)。非晶硅(gui)(gui)薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)于1976年問(wen)世，南(nan)于硅(gui)(gui)原(yuan)料不(bu)足和(he)價(jia)格上漲，促進了(le)高(gao)(gao)效(xiao)使用硅(gui)(gui)的(de)(de)技術(shu)和(he)非晶硅(gui)(gui)薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)系太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)開發(fa)。非晶硅(gui)(gui)薄(bo)(bo)膜(mo)(mo)電(dian)(dian)池(chi)低(di)(di)廉的(de)(de)成(cheng)本(ben)(ben)彌(mi)補了(le)其(qi)在光(guang)電(dian)(dian)轉換效(xiao)率上的(de)(de)不(bu)足。但是南(nan)于非晶硅(gui)(gui)缺陷較多，制備的(de)(de)太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)效(xiao)率偏低(di)(di)，且受制于其(qi)材(cai)料引(yin)發(fa)的(de)(de)光(guang)電(dian)(dian)效(xiao)率衰(shuai)退效(xiao)應，穩(wen)定性不(bu)高(gao)(gao)，直接影響了(le)它的(de)(de)實際應用。

4、微晶硅（μc-Si）薄膜太陽能電池

同(tong)樣由于(yu)光電(dian)效(xiao)率(lv)衰(shuai)退效(xiao)應致使其性(xing)能不穩定。發展受(shou)到(dao)一定的(de)限制。

5、多晶硅薄膜太陽能電池

是近年(nian)來太陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)研(yan)究的(de)熱點。雖然多(duo)晶(jing)硅屬于間接帶(dai)隙材料(liao)，不是理想(xiang)的(de)薄膜(mo)太陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)材料(liao)，但(dan)是隨(sui)著陷光技(ji)術(shu)(shu)、鈍化技(ji)術(shu)(shu)以(yi)及載流(liu)子束(shu)縛技(ji)術(shu)(shu)的(de)不斷發展，人(ren)們完(wan)全有可能(neng)制備出高效、廉(lian)價的(de)多(duo)晶(jing)硅薄膜(mo)太陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)。

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硅太陽能電池工作原理

太陽能電池發電(dian)的(de)原理主要是(shi)半導(dao)體(ti)(ti)的(de)光電(dian)效(xiao)應，一般的(de)半導(dao)體(ti)(ti)主要結構(gou)如下：硅材料是(shi)一種半導(dao)體(ti)(ti)材料，太陽(yang)能電(dian)池(chi)發電(dian)的(de)原理主要就(jiu)是(shi)利用這種半導(dao)體(ti)(ti)的(de)光電(dian)效(xiao)應。

當硅(gui)晶體中(zhong)摻(chan)入(ru)(ru)其他的(de)雜質，如硼(peng)（黑色或銀灰色固(gu)體，熔點(dian)為(wei)(wei)2 300℃，沸點(dian)為(wei)(wei)3 658℃，密度(du)為(wei)(wei)2.349/cm3，硬度(du)僅次于金(jin)(jin)剛石，在(zai)室溫下較穩定，可與氮、碳、硅(gui)作用，高溫下硼(peng)還與許多金(jin)(jin)屬(shu)和(he)金(jin)(jin)屬(shu)氧(yang)化物反應，形成(cheng)金(jin)(jin)屬(shu)硼(peng)化物。這些化合物通常(chang)是(shi)高硬度(du)、耐熔、高電導(dao)率和(he)化學(xue)惰性的(de)物質）、磷等，當摻(chan)入(ru)(ru)硼(peng)時，硼(peng)元素能夠俘獲電子(zi)，硅(gui)晶體中(zhong)就(jiu)會存在(zai)一(yi)個空穴(xue)，這個空穴(xue)因為(wei)(wei)沒有電子(zi)而變得很不穩定，容易吸收電子(zi)而中(zhong)和(he)，它就(jiu)成(cheng)為(wei)(wei)空穴(xue)型(xing)半導(dao)體，稱為(wei)(wei)P型(xing)半導(dao)體（在(zai)半導(dao)體材料硅(gui)或鍺(zang)晶體中(zhong)摻(chan)入(ru)(ru)三價(jia)元素雜質可構成(cheng)缺殼(ke)粒的(de)P型(xing)半導(dao)體，摻(chan)入(ru)(ru)五(wu)價(jia)元素雜質可構成(cheng)多余(yu)殼(ke)粒的(de)N型(xing)半導(dao)體）。

同樣，摻入(ru)磷(lin)原子(zi)以(yi)后，因為磷(lin)原子(zi)有五個電(dian)(dian)子(zi)，所以(yi)就會(hui)有一(yi)(yi)個電(dian)(dian)子(zi)變得非常活躍，形(xing)(xing)(xing)成電(dian)(dian)子(zi)型(xing)(xing)半導(dao)(dao)體，稱為N型(xing)(xing)半導(dao)(dao)體。P型(xing)(xing)半導(dao)(dao)體中含有較多的(de)(de)(de)空(kong)穴(xue)，而(er)N型(xing)(xing)半導(dao)(dao)體中含有較多的(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)，這樣，當P型(xing)(xing)和N型(xing)(xing)半導(dao)(dao)體結(jie)合在一(yi)(yi)起時。在兩種半導(dao)(dao)體的(de)(de)(de)交界面區(qu)(qu)域里(li)會(hui)形(xing)(xing)(xing)成一(yi)(yi)個特殊的(de)(de)(de)薄層，界面的(de)(de)(de)P型(xing)(xing)一(yi)(yi)側帶負電(dian)(dian)，N型(xing)(xing)一(yi)(yi)側帶正電(dian)(dian)，出(chu)現了(le)濃度差。N區(qu)(qu)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)會(hui)擴散到(dao)P區(qu)(qu)，P區(qu)(qu)的(de)(de)(de)空(kong)穴(xue)會(hui)擴散到(dao)N區(qu)(qu)，一(yi)(yi)旦擴散就形(xing)(xing)(xing)成了(le)一(yi)(yi)個由N指向P的(de)(de)(de)“內電(dian)(dian)場”，從(cong)(cong)而(er)阻止擴散進(jin)行。達到(dao)平(ping)衡后，就形(xing)(xing)(xing)成了(le)這樣一(yi)(yi)個特殊的(de)(de)(de)薄層形(xing)(xing)(xing)成電(dian)(dian)勢(shi)差，從(cong)(cong)而(er)形(xing)(xing)(xing)成PN結(jie)。當晶片(pian)受光后，PN結(jie)中，N型(xing)(xing)半導(dao)(dao)體的(de)(de)(de)空(kong)穴(xue)往P型(xing)(xing)區(qu)(qu)移動，而(er)P型(xing)(xing)區(qu)(qu)中的(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)往N型(xing)(xing)區(qu)(qu)移動，從(cong)(cong)而(er)形(xing)(xing)(xing)成從(cong)(cong)N型(xing)(xing)區(qu)(qu)到(dao)P型(xing)(xing)區(qu)(qu)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)流。然后在PN結(jie)中形(xing)(xing)(xing)成電(dian)(dian)勢(shi)差，這就形(xing)(xing)(xing)成了(le)電(dian)(dian)源。

由于半(ban)導體不是電(dian)的良導體，電(dian)子在(zai)通過PN結(jie)后(hou)如果在(zai)半(ban)導體中流動，電(dian)阻非(fei)(fei)常大(da)，損耗也(ye)就(jiu)非(fei)(fei)常大(da)。但如果在(zai)上層(ceng)全部涂上金屬(shu)，陽(yang)(yang)光(guang)就(jiu)不能通過，電(dian)流就(jiu)不能產生，因此一般(ban)用金屬(shu)網格覆蓋PN結(jie)，以增加入射光(guang)的面積。另外硅表面非(fei)(fei)常光(guang)亮，會(hui)反(fan)射掉大(da)量的太陽(yang)(yang)光(guang)，不能被(bei)電(dian)池(chi)利用。

為此，科學家們給它涂(tu)上了一(yi)層反(fan)射系數非常(chang)小的(de)(de)(de)保護膜（減反(fan)射膜），實際工(gong)業生產基本都是用化學氣相(xiang)沉積(ji)一(yi)層氮(dan)化硅膜，厚度在1000A左右。將反(fan)射損失減小到(dao)5%甚至更(geng)小。或者采用制備絨面(mian)(mian)的(de)(de)(de)方法，即用堿溶液（一(yi)般為NaOH溶液）對(dui)硅片進行各向異性(xing)腐蝕在硅片表(biao)面(mian)(mian)制備絨面(mian)(mian)。入(ru)射光(guang)在這種表(biao)面(mian)(mian)經過多(duo)次反(fan)射和(he)折射，降低了光(guang)的(de)(de)(de)反(fan)射，增加了光(guang)的(de)(de)(de)吸(xi)收(shou)，提(ti)高了太陽(yang)電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)短路電(dian)(dian)流(liu)和(he)轉換效率。一(yi)個電(dian)(dian)池所能提(ti)供(gong)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)流(liu)和(he)電(dian)(dian)壓畢競有限，于(yu)是人們又將很多(duo)電(dian)(dian)池（通常(chang)是36個）并聯或串聯起來使用，形成太陽(yang)能光(guang)電(dian)(dian)板。