光電太陽能電池

中國對太陽能電池的研究起步于1958年，20世紀(jì)80年代末期，國內(nèi)先后引進(jìn)了多條太陽能電池生產(chǎn)線，使中國太陽能電池生產(chǎn)能力由原來的3個小廠的幾百kW一下子提升到4個廠的4.5MW，這種產(chǎn)能一直持續(xù)到2002年，產(chǎn)量則只有2MW左右。2002年后，歐洲市場特別是德國市場的急劇放大和無錫尚德太陽能電力有限公司的橫空出世及超常規(guī)發(fā)展給中國光伏產(chǎn)業(yè)帶來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇和示范效應(yīng)。

目前，中國已成為全球主要的太陽能電池生產(chǎn)國。2006年全國太陽能電池的產(chǎn)量為438MW，2007年全國太陽能電池產(chǎn)量為1188MW。中國已經(jīng)成超越歐洲、日本為世界太陽能電池生產(chǎn)第一大國。2008年的產(chǎn)量繼續(xù)提高，達(dá)到了200萬千瓦。

近5年來，中國光伏電池產(chǎn)量年增長速度為1-3倍，光伏電池產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的比例也由2002年1.07%增長到2008年的近15%。商業(yè)化晶體硅太陽能電池的效率也從3年前的13%-14%提高到16%-17%。總體來看，中國太陽能電池的國際市場份額和技術(shù)競爭力大幅提高。在產(chǎn)業(yè)布局上，中國太陽能電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了一定的集聚態(tài)勢。在長三角、環(huán)渤海、珠三角、中西部地區(qū)，已經(jīng)形成了各具特色的太陽能產(chǎn)業(yè)集群。

太陽能光伏發(fā)電在不遠(yuǎn)的將來會占據(jù)世界能源消費的重要席位，不但要替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應(yīng)的主體。預(yù)計到2030年，可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中將占到30%以上，而太陽能光伏發(fā)電在世界總電力供應(yīng)中的占比也將達(dá)到10%以上；到2040年，可再生能源將占總能耗的50%以上，太陽能光伏發(fā)電將占總電力的20%以上；到21世紀(jì)末，可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占到80%以上，太陽能發(fā)電將占到60%以上。這些數(shù)字足以顯示出太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景及其在能源領(lǐng)域重要的戰(zhàn)略地位。由此可以看出，太陽能電池市場前景廣闊。

目前太陽能電池主要包括晶體硅電池和薄膜電池兩種，它們各自的特點決定了它們在不同應(yīng)用中擁有不可替代的地位。但是，未來10年晶體硅太陽能電池所占份額盡管會因薄膜太陽能電池的發(fā)展等原因而下降，但其主導(dǎo)地位仍不會根本改變；而薄膜電池如果能夠解決轉(zhuǎn)換效率不高、制備薄膜電池所用設(shè)備價格昂貴等問題，會有巨大的發(fā)展空間。

光電太陽能電池，又稱PV(photo-voltaic)電池

常見的PV電池有多晶硅，單晶硅，硅帶和超薄涂層4種

比較環(huán)保，產(chǎn)生每千瓦時電能僅產(chǎn)生55克溫室氣體，而煤電發(fā)電廠會產(chǎn)生1000克，即使是使用來自廠礦業(yè)的重金屬的超薄涂層太陽能電池，其有毒物質(zhì)排放量也比每點發(fā)電廠低90至300倍。

2008年第2期《環(huán)球科學(xué)》中的文章《太陽史記》中說，假如壓縮空氣等儲存即使等到改進(jìn)，PV電池就可以供給100%的電力

光電轉(zhuǎn)換材料選取

光照射在物質(zhì)上時，部份的光會被物質(zhì)吸收，部份的光則經(jīng)由反射或穿透等方式離開物質(zhì)，選取太陽光電池材料的第一考量就是吸光效果要很好，如此才能使輸出功率增加。選取太陽光電池材料的第二考量是光導(dǎo)效果，欲選取光導(dǎo)效果佳的材料首先必須了解太陽光的成分及其能量分布狀況，進(jìn)而找出適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)作為太陽光電池的材料。

光電轉(zhuǎn)換應(yīng)用

隨著傳統(tǒng)燃料能源的減少以及對環(huán)境造成的危害也越來越嚴(yán)重 ,能源問題日益成為制約國際社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，越來越多的國家制定了大力發(fā)展太陽能的計劃。例如，美國的“ 光伏建筑計劃”、歐洲的“百萬屋頂光伏計劃” ，日本的“朝日計劃 ” ，以及我國發(fā)展的“光明工程 ”等都極大地促進(jìn)了太陽能的發(fā)展。當(dāng)前太陽能電池產(chǎn)品類型主要有單晶硅、多晶硅、非晶硅、化合物半導(dǎo)體和疊層太陽能電池等，主要應(yīng)用在以下領(lǐng)域。

1、用戶太陽能電源：用于邊遠(yuǎn)無電地區(qū)，如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機(jī)等；3-5kw家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；光伏水泵，解決無電地區(qū)的深水井飲用、灌溉；

2、交通領(lǐng)域：如航標(biāo)燈、交通、鐵路信號燈、交通站、光纜維護(hù)站、廣播、通訊、尋呼電源系統(tǒng)、農(nóng)村微波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機(jī)、士兵供電等；

3、石油、海洋、氣象領(lǐng)域：石油管道和水庫閘門陰極保護(hù)太陽能 電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺生活及應(yīng)急電源、海洋檢測設(shè)備、氣 象/水文觀測設(shè)備等；

4、太陽能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統(tǒng)；海水淡化設(shè)備供電；衛(wèi)星、航天器、空間太陽能電站等。

光電轉(zhuǎn)換發(fā)展前景

未來超高效率太陽能電池的發(fā)展方向主要有以下幾個方面：

1、多接面、多能隙、多能帶結(jié)構(gòu)，使用不同能隙的材料來吸收不同波長的光子。減少載子能帶內(nèi)的能量釋放，大幅度提高太陽能電池的效率；

2、一個光子產(chǎn)生多個電子一空穴對，增加輸出的光 電流，從而提高太陽能 電池的效率；

3、熱載子太陽能電池，提高載子溫度能夠大幅度提高太陽能電池的效率；

4、黑體輻射的頻譜轉(zhuǎn)換，將太陽光改變成理想的光源，減少載子能帶內(nèi)的能量釋放，提高太陽能電池的效率；

5、新材料如染料感光太陽能電池、聚合物和有機(jī)物材料的太陽能電池等；

6、熱光伏特效應(yīng)，將不能進(jìn)行光伏效應(yīng)的太陽能通過晶格振動的多聲子吸收轉(zhuǎn)化為可以進(jìn)行光伏效應(yīng)的光能 ，從而提高太陽能電池的效率。

太陽能電池是太陽能利用中最重要的應(yīng)用之一，也是發(fā)展最快的技術(shù)之一。單晶硅太陽能電池，目前仍在太陽能電池市場占主導(dǎo)地位。它的光電轉(zhuǎn)換效率最高，達(dá)到14%，然而生產(chǎn)成本昂貴，影響了發(fā)展；多晶硅電池要比單晶硅電池便宜，但效率只有12%。隨著薄膜太陽能電池采用，它的效率只有9%，但它可以用高度自動化和比較廉價的方法生產(chǎn)，成本會大幅度下降。不久后有些可從現(xiàn)在每千瓦4000美元降至每千瓦1000美元。到時太陽能電池將會有個大的發(fā)展。

太陽能電池應(yīng)用面很廣，在通信領(lǐng)域有微波中繼站、光纜通訊臺站、無線尋呼臺站、衛(wèi)星通信地面站、衛(wèi)星電視地面站及電視差轉(zhuǎn)臺、農(nóng)村程控電話交換機(jī)電源、軍隊通信系統(tǒng)等其他工業(yè)領(lǐng)域有鐵路及公路信號電源系統(tǒng)、航標(biāo)燈和燈塔電源、氣象及地震臺站電源系統(tǒng)、石油管道及水閘陰極管道保護(hù)系統(tǒng)、森林防火無線報警系統(tǒng)等；農(nóng)業(yè)及農(nóng)村電氣化領(lǐng)域有獨立光伏電站、光伏戶用電源、太陽能照明燈、光伏水泵系統(tǒng)、風(fēng)、光互補發(fā)電系統(tǒng)、電圍欄、農(nóng)用黑光燈等。

國家為了解決西藏自治區(qū)一些縣的供電問題，先后在西藏建成了幾座容量從10 kwp、25kwp、100 kwp的獨立光伏電站，其海拔高度都在4700m以上。到2003年底全國已安裝光伏電池約5.5萬kwp。 2100433B