光電池

　　定義

　　1.是一種在光的照射下產(chǎn)生電動勢的半導體元件。光電池的種類很多，常用有硒光

　　電池、硅光電池和硫化鉈、硫化銀光電池等。主要用于儀表，自動化遙測和遙控方面。有的光電池可以直接把太陽能轉變?yōu)殡娔埽@種光電池又叫太陽能電池。太陽能電池作為能源廣泛應用在人造地衛(wèi)星、燈塔、無人氣象站等處

　　2.光電池是一種特殊的半導體二極管，能將可見光轉化為直流電。有的光電池還可以將紅外光和紫外光轉化為直流電。光電池是太陽能電力系統(tǒng)內(nèi)部的一個組成部分，太陽能電力系統(tǒng)在替代電力能源方面正有著越來越重要的地位。最早的光電池是用摻雜的氧化硅來制作的，摻雜的目的是為了影響電子或空穴的行為。其它的材料，例如CIS，CdTe和GaAs，也已經(jīng)被開發(fā)用來作為光電池的材料。有二種基本類型的半導體材料，分別叫做正電型（或P型態(tài)）和負電型（或N型態(tài)）。在一個PV電池中，這些材料的薄片被一起放置，而且他們之間的實際交界叫做P-N結。通過這種結構方式，P-N結暴露于可見光，紅外光或紫外線下，當射線照射到P-N結的時候，在P-N結的兩側產(chǎn)生電壓，這樣連接到P型材料和N型材料上的電極之間就會有電流通過。一套PV電池能被一起連接形成太陽的模組，行列或面板。用來產(chǎn)生可用電能的PV電池就是光電伏特計。光電伏特計的主要優(yōu)點之一是沒有污染，只需要裝置和陽光就可工作。另外的一個優(yōu)點是太陽能是無限的。一旦光電伏特計系統(tǒng)被安裝，它能提供在數(shù)年內(nèi)提供能量而不需要花費，并且只需要最小的維護。

　　光電池也叫太陽能電池，直接把太陽光轉變成電。因此光電池的特點是能夠把地球從太陽輻射中吸收的大量光能轉化換成電能。

　　2發(fā)展歷史

　　1839年，安托石-貝克雷爾制造出了最早的光電池。貝克雷爾電池是一個圓柱體，內(nèi)裝硝酸鉛溶液，溶液中進入一個鉛陽極和一個氧化銅陰極。這種電池一經(jīng)陽光照射，就會供給電流。

　　1875年，德國技師維爾納-西門子是制成第一個硒光電池，并提議用于光量測定。西門子的光電池是根據(jù)1873年英國人史密斯發(fā)現(xiàn)的“內(nèi)光電效應”提出的。

　　L.H.亞當斯于1876年指出，硒在光的作用下，不僅出現(xiàn)電阻的變化，而且在一定條件下還出現(xiàn)電動勢，從而發(fā)現(xiàn)了“阻擋層效應”。阻擋層效應則成了光電池的基本原理。光電池被廣泛地用于自動控制技術、信息電子學和測量技術。這些元件的性能約自1950年起，因半導體技術的發(fā)展而得到顯著改善。

　　3構造

　　A.單層光電池（Single-layerSolarCell）：

　　光電池像“三明治（Sandwich)"，外兩層是保護層，中間的一層是主體，由

　　硅（Silicon）物質組成。

　　硅原子中的“外層繞軌電子(Orbitelectron)”比較松動，易被「擊(Bombard)」出。

　　這和用硅制造「半導體（電晶體)」的考慮是一樣的。再就是「硅」到處都是，

　　便宜，而且“物性”穩(wěn)定。

　　光（Light）是由「光子(Photon)」連續(xù)不斷自太陽（Sun）射來。

　　白光中有「紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫」7色頻率（Frequency）的

　　“成份光(componentlight)”。現(xiàn)今商用「光電池」所依賴的是「紅光頻率」。

　　光電池的表面，只讓「紅色光通過」，將他色光一律反射出去。

　　「紅光子(RedlightPhoton)」將“矽”中的「外軌電子(OrbitElectron)」

　　釋出，由一導線引至轉換器（Inverter*）中，直流電變成交流電

　　(AlternatingCurrent)。這種交流電與電力公司的供電一樣，可以「照明」、

　　「熱水」、「烹飪」等用。

　　*即“整流器(Rectifier)”的對等裝置。整流器可將交流電變成直流電。

　　日間每家「產(chǎn)生」的電用不完，賣回給電力公司。晚間沒有電，向電力公司買！

　　這樣，屋頂裝有「光電池」的家庭，每月只付有限的電費。家居負？大為減輕。

　　B.多層光電池（Multi-layerSolarCell）：

　　單只用一個頻率的光電池之效率很低。送至Mars火星上的Mover用的就是這種多層光電池（Multi-layerSolarCell）三年多了，運轉仍好。

　　4工作原理

　　光伏發(fā)電是利用半導體pn結（pnjunction）的光生伏特效應而將光能直接轉變?yōu)殡娔艿囊环N技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池(solarcell)。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件（module），再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。光伏發(fā)電的優(yōu)點是較少受地域限制，因為陽光普照大地；光伏系統(tǒng)還具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發(fā)電供電及建設同期短的優(yōu)點。

　　工作原理

　　光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應原理，當P-N結受光照時，樣品對光子的本征吸收和非本征吸收都將產(chǎn)生光生載流子。但能引起光伏效應的只能是本征吸收所激發(fā)的少數(shù)載流子。因P區(qū)產(chǎn)生的光生空穴，N區(qū)產(chǎn)生的光生電子屬多子，都被勢壘阻擋而不能過結。只有P區(qū)的光生電子和N區(qū)的光生空穴和結區(qū)的電子空穴對（少子）擴散到結電場附近時能在內(nèi)建電場作用下漂移過結。光生電子被拉向N區(qū)，光生空穴被拉向P區(qū)，即電子空穴對被內(nèi)建電場分離。這導致在N區(qū)邊界附近有光生電子積累，在P區(qū)邊界附近有光生空穴積累。它們產(chǎn)生一個與熱平衡P-N結的內(nèi)建電場方向相反的光生電場，其方向由P區(qū)指向N區(qū)。此電場使勢壘降低，其減小量即光生電勢差，P端正，N端負。于是有結電流由P區(qū)流向N區(qū)，其方向與光電流相反。如果這時分別在P型層和N型層焊上金屬導線，接通負載，則外電路便有電流通過，如此形成的一個個電池元件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來，就能產(chǎn)生一定的電壓和電流，輸出功率。

　　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(wǎng)發(fā)電，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要

　　太陽電池的等效電路

　　由太陽能電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構成，不涉及機械部件，所以，光伏發(fā)電設備極為精煉，可靠穩(wěn)定壽命長、安裝維護簡便。理論上講，光伏發(fā)電技術可以用于任何需要電源的場合，上至航天器，下至家用電源，大到兆瓦級電站，小到玩具，光伏電源無處不在。以晶體硅材料制備的太陽能電池主要包括：單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。單晶硅電池具有電池轉換效率高，穩(wěn)定性好，但是成本較高；非晶硅太陽電池則具有生產(chǎn)效率高，成本低廉，但是轉換效率較低，而且效率衰減得比較厲害；鑄造多晶硅太陽能電池則具有穩(wěn)定得轉換的效率，而且性能價格比最高；薄膜晶體硅太陽能電池則還只能處在研發(fā)階段。鑄造多晶硅太陽能電池已經(jīng)取代直拉單晶硅成為最主要的光伏材料。但是鑄造多晶硅太陽能電池的轉換效率略低于直拉單晶硅太陽能電池，材料中的各種缺陷，如晶界、位錯、微缺陷，和材料中的雜質碳和氧，以及工藝過程中玷污的過渡族金屬被認為是電池轉換效率較低的關鍵原因，因此關于鑄造多晶硅中缺陷和雜質規(guī)律的研究，以及工藝中采用合適的吸雜，鈍化工藝是進一步提高鑄造多晶硅電池的關鍵。量產(chǎn)的單晶硅電池轉換效率在17%左右，多晶硅電池轉換效率在16%左右。而薄膜電池量產(chǎn)的轉換效率為10%左右。

　　光伏發(fā)電產(chǎn)品主要用于三大方面：一是為無電場合提供電源，主要為廣大無電地區(qū)居民生活生產(chǎn)提供電力，還有微波中繼電源、通訊電源等，另外，還包括一些移動電源和備用電源；二是太陽能日用電子產(chǎn)品，如各類太陽能充電器、太陽能路燈和太陽能草坪燈等；三是并網(wǎng)發(fā)電，這在發(fā)達國家已經(jīng)大面積推廣實施。我國并網(wǎng)發(fā)電還未起步，不過，2008年北京奧運會部分用電將會由太陽能發(fā)電和風力發(fā)電提供。

　　5太陽電池

　　除了常用的單晶、多晶、非晶硅電池之外，多元化合物太陽電池指不是用單一元素半導體材料制成的太陽電池。各國研究的品種繁多，大多數(shù)尚未工業(yè)化生產(chǎn)，主要有以下幾種：a)硫化鎘太陽能電池b)砷化鎵太陽能電池c)銅銦硒太陽能電池(新型多元帶隙梯度Cu(In，Ga)Se2薄膜太陽能電池)

　　6分類

　　直流電源可以分為電流電源，電壓電源，光電池的特性很接近理想電流電源的特性，可以認為是理想電流電源。