太陽能電池主要分類

太陽能電池按結(jié)晶狀態(tài)可分為結(jié)晶系薄膜式和非結(jié)晶系薄膜式（以下表示為a-）兩大類，而前者又分為單結(jié)晶形和多結(jié)晶形。

按材料可分為硅薄膜形、化合物半導(dǎo)體薄膜形和有機(jī)膜形，而化合物半導(dǎo)體薄膜形又分為非結(jié)晶形（a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等）、ⅢV族（GaAs,InP等）、ⅡⅥ族（Cds系）和磷化鋅 (Zn 3 p 2 ）等。

太陽能電池根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池還可分為：硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電池、有機(jī)太陽能電池、塑料太陽能電池，其中硅太陽能電池是目前發(fā)展最成熟的，在應(yīng)用中居主導(dǎo)地位。

硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池三種。

單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。在實(shí)驗(yàn)室里最高的轉(zhuǎn)換效率為24.7%，規(guī)模生產(chǎn)時的效率為15%（截止2011，為18%）。在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于單晶硅成本價格高，大幅度降低其成本很困難，為了節(jié)省硅材料，發(fā)展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做為單晶硅太陽能電池的替代產(chǎn)品。

多晶硅薄膜太陽能電池與單晶硅比較，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜電池，其實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)換效率為18%，工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率為10%（截止2011，為17%）。因此，多晶硅薄膜電池不久將會 在太陽能電池市場上占據(jù)主導(dǎo)地位。

非晶硅薄膜太陽能電池成本低重量輕，轉(zhuǎn)換效率較高，便于大規(guī)模生產(chǎn)，有極大的潛力。但受制于其材料引發(fā)的光電效率衰退效應(yīng)，穩(wěn)定性不高，直接影響了它的實(shí)際應(yīng)用。如果能進(jìn)一步解決穩(wěn)定性問題及提高轉(zhuǎn)換率問題，那么，非晶硅太陽能電池?zé)o疑是太陽能電池的主要發(fā)展產(chǎn)品之一。

多晶體薄膜電池硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但由于鎘有劇毒，會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，因此，并不是晶體硅太陽能電池最理想的替代產(chǎn)品。

砷化鎵（GaAs）III-V化合物電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光學(xué)帶隙以及較高的吸收效率，抗輻照能力強(qiáng)，對熱不敏感，適合于制造高效單結(jié)電池。但是GaAs材料的價格不菲，因而在很大程度上限制了用GaAs電池的普及。

銅銦硒薄膜電池（簡稱CIS）適合光電轉(zhuǎn)換，不存在光致衰退問題，轉(zhuǎn)換效率和多晶硅一樣。具有價格低廉、性能良好和工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，將成為今后發(fā)展太陽能電池的一個重要方向。唯一的問題是材料的來源，由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類電池的發(fā)展又必然受到限制。

以有機(jī)聚合物代替無機(jī)材料是剛剛開始的一個太陽能電池制造的研究方向。由于有機(jī)材料柔性好，制作容易，材料來源廣泛，成本低等優(yōu)勢，從而對大規(guī)模利用太陽能，提供廉價電能具有重要意義。但以有機(jī)材料制備太陽能電池的研究僅僅剛開始，不論是使用壽命，還是電池效率都不能和無機(jī)材料特別是硅電池相比。能否發(fā)展成為具有實(shí)用意義的產(chǎn)品，還有待于進(jìn)一步研究探索。

納米TiO2晶體化學(xué)能太陽能電池是新近發(fā)展的，優(yōu)點(diǎn)在于它廉價的成本和簡單的工藝及穩(wěn)定的性能。其光電效率穩(wěn)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(dá)到20年以上。

此類電池的研究和開發(fā)剛剛起步，不久的將來會逐步走上市場。

有機(jī)薄膜太陽能電池，就是由有機(jī)材料構(gòu)成核心部分的太陽能電池。大家對有機(jī)太陽能電池不熟悉，這是情理中的事。如今量產(chǎn)的太陽能電池里，95%以上是硅基的，而剩下的不到5%也是由其它無機(jī)材料制成的。

染料敏化太陽能電池，是將一種色素附著在TiO2粒子上，然后浸泡在一種電解液中。色素受到光的照射，生成自由電子和空穴。自由電子被TiO2吸收，從電極流出進(jìn)入外電路，再經(jīng)過用電器，流入電解液，最后回到色素。染料敏化太陽能電池的制造成本很低，這使它具有很強(qiáng)的競爭力。它的能量轉(zhuǎn)換效率為12%左右。

塑料太陽能電池以可循環(huán)使用的塑料薄膜為原料，能通過“卷對卷印刷”技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)，其成本低廉、環(huán)保。但目前塑料太陽能電池尚不成熟，預(yù)計在未來5年到10年，基于塑料等有機(jī)材料的太陽能電池制造技術(shù)將走向成熟并大規(guī)模投入使用。

組件線又叫封裝線，封裝是太陽能電池生產(chǎn)中的關(guān)鍵步驟，沒有良好的封裝工藝，多好的電池也生產(chǎn)不出好的組件板。電池的封裝不僅可以使電池的壽命得到保證，而且還增強(qiáng)了電池的抗擊強(qiáng)度。產(chǎn)品的高質(zhì)量和高壽命是贏得可客戶滿意的關(guān)鍵，所以組件板的封裝質(zhì)量非常重要。

1、電池檢測——2、正面焊接—檢驗(yàn)—3、背面串接—檢驗(yàn)—4、敷設(shè)（玻璃清洗、材料切割、玻璃預(yù)處理、敷設(shè)）——5、層壓——6、去毛邊（去邊、清洗）——7、裝邊框（涂膠、裝角鍵、沖孔、裝框、擦洗余膠）——8、焊接接線盒——9、高壓測試——10、組件測試—外觀檢驗(yàn)—11、包裝入庫

1、高轉(zhuǎn)換效率、高質(zhì)量的電池片；

2、高質(zhì)量的原材料，例如：高的交聯(lián)度的EVA、高粘結(jié)強(qiáng)度的封裝劑（中性硅酮樹脂膠）、高透光率高強(qiáng)度的鋼化玻璃等；

3、合理的封裝工藝

4、員工嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)；

由于太陽電池屬于高科技產(chǎn)品，生產(chǎn)過程中一些細(xì)節(jié)問題，一些不起眼問題如應(yīng)該戴手套而不戴、應(yīng)該均勻的涂刷試劑而潦草完事等都是影響產(chǎn)品質(zhì)量的大敵，所以除了制定合理的制作工藝外，員工的認(rèn)真和嚴(yán)謹(jǐn)是非常重要的。

在這里只簡單的介紹一下工藝的作用，給大家一個感性的認(rèn)識.

由于電池片制作條件的隨機(jī)性，生產(chǎn)出來的電池性能不盡相同，所以為了有效的將性能一致或相近的電池組合在一起，所以應(yīng)根據(jù)其性能參數(shù)進(jìn)行分類；電池測試即通過測試電池的輸出參數(shù)（電流和電壓）的大小對其進(jìn)行分類。以提高電池的利用率，做出質(zhì)量合格的電池組件。

是將匯流帶焊接到電池正面（負(fù)極）的主柵線上，匯流帶為鍍錫的銅帶，我們使用的焊接機(jī)可以將焊帶以多點(diǎn)的形式點(diǎn)焊在主柵線上。焊接用的熱源為一個紅外燈（利用紅外線的熱效應(yīng)）。焊帶的長度約為電池邊長的2倍。多出的焊帶在背面焊接時與后面的電池片的背面電極相連

背面焊接是將36片電池串接在一起形成一個組件串，我們目前采用的工藝是手動的，電池的定位主要靠一個膜具板，上面有36個放置電池片的凹槽，槽的大小和電池的大小相對應(yīng)，槽的位置已經(jīng)設(shè)計好，不同規(guī)格的組件使用不同的模板，操作者使用電烙鐵和焊錫絲將“前面電池”的正面電極（負(fù)極）焊接到“后面電池”的背面電極（正極）上，這樣依次將36片串接在一起并在組件串 的正負(fù)極焊接出引線。

背面串接好且經(jīng)過檢驗(yàn)合格后，將組件串、玻璃和切割好的EVA 、玻璃纖維、背板按照一定的層次敷設(shè)好，準(zhǔn)備層壓。玻璃事先涂一層試劑（primer）以增加玻璃和EVA的粘接強(qiáng)度。敷設(shè)時保證電池串與玻璃等材料的相對位置，調(diào)整好電池間的距離，為層壓打好基礎(chǔ)。（敷設(shè)層次：由下向上：鋼化玻璃、EVA、電池片、EVA、玻璃纖維、背板）。

將敷設(shè)好的電池放入層壓機(jī)內(nèi)，通過抽真空將組件內(nèi)的空氣抽出，然后加熱使EVA熔化將電池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷卻取出組件。層壓工藝是組件生產(chǎn)的關(guān)鍵一步，層壓溫度層壓時間根據(jù)EVA的性質(zhì)決定。我們使用快速固化EVA時，層壓循環(huán)時間約為25分鐘。固化溫度為150℃。

層壓時EVA熔化后由于壓力而向外延伸固化形成毛邊，所以層壓完畢應(yīng)將其切除。

類似與給玻璃裝一個鏡框；給玻璃組件裝鋁框，增加組件的強(qiáng)度，進(jìn)一步的密封電池組件，延長電池的使用壽命。邊框和玻璃組件的縫隙用硅酮樹脂填充。各邊框間用角鍵連接。

在組件背面引線處焊接一個盒子，以利于電池與其他設(shè)備或電池間的連接。

高壓測試是指在組件邊框和電極引線間施加一定的電壓，測試組件的耐壓性和絕緣強(qiáng)度，以保證組件在惡劣的自然條件（雷擊等）下不被損壞。

測試的目的是對電池的輸出功率進(jìn)行標(biāo)定，測試其輸出特性，確定組件的質(zhì)量等級。目前主要就是模擬太陽光的測試Standard test condition（STC），一般一塊電池板所需的測試時間在7-8秒左右。

1.計算負(fù)載24h消耗容量P

P=H/V

V——負(fù)載額定電源

2.選定每天日照時數(shù)T(H）。

3.計算太陽能陣列工作電流。

IP=P(1+Q)/T

Q——按陰雨期富余系數(shù)，Q=0.21～1.00

4.確定蓄電池浮充電壓VF。

鎘鎳（GN）和鉛酸（CS）蓄電池的單體浮充電壓分別為1.4～1.6V和2.2V。

5.太陽能電池溫度補(bǔ)償電壓VT。

VT=2.1/430(T-25)VF

6.計算太陽能電池陣列工作電壓VP。

VP=VF+VD+VT

其中VD=0.5～0.7

約等于VF

7.太陽電池陣列輸出功率WP?平板式太陽能電板。

WP=IP×UP

8.根據(jù)VP、WP在硅電池平板組合系列表格，確定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的串聯(lián)塊數(shù)和并聯(lián)組數(shù)。

目前市場上大量產(chǎn)的單晶與多晶硅的太陽電池平均效率約在15%上下，也就是說，這樣的太陽電池只能將入射太陽光能轉(zhuǎn)換成15%可用電能，其余的85%都浪費(fèi)成無用的熱能。所以嚴(yán)格地說，現(xiàn)今太陽電池，也是某種型式的“浪費(fèi)能源”。當(dāng)然理論上，只要能有效的抑制太陽電池內(nèi)載子和聲子的能量交換，換言之，有效的抑制載子能帶內(nèi)或能帶間的能量釋放，就能有效的避免太陽電池內(nèi)無用的熱能的產(chǎn)生，大幅地提高太陽電池的效率，甚至達(dá)到超高效率的運(yùn)作。而這樣簡易的理論構(gòu)想，在實(shí)際的技術(shù)上，卻可以用不同的方法來執(zhí)行這樣的原則。超高效率的太陽電池（第三代太陽電池）的技術(shù)發(fā)展，除了運(yùn)用新穎的元件結(jié)構(gòu)設(shè)計，來嘗試突破其物理限制外，也有可能因?yàn)樾虏牧系囊M(jìn)，而達(dá)成大幅增加轉(zhuǎn)換效率的目的?！?/p>

薄膜太陽電池 包括非晶硅太陽電池，CdTe 和 CIGS（copper indium gallium selenide）電池。雖然目前多數(shù)量產(chǎn)薄膜太陽電池轉(zhuǎn)換效率仍無法與晶硅太陽電池抗衡，但是其低制造成本仍然使其在市場有一席之地，且未來市場占有率仍會持續(xù)成長。

染料感光太陽電池（Dye-sensitized solar cell，DSSC）是最近被開發(fā)出來的一種嶄新的太陽電池。DSsC也被稱為Grätzel cell，因?yàn)槭窃?991年由Grätzel等人發(fā)表的構(gòu)造和一般光伏特電池不同，其基板通常是玻璃，也可以是透明且可彎曲的聚合箔（polymer foil），玻璃上有一層透明導(dǎo)電的氧化物（transparent conducting oxide，TCO）通常是使用FTO（SnO2:F），然后長有一層約10微米厚的porous納米尺寸的 TiO2粒子（約10～20 nm）形成一nano-porous薄膜。然后涂上一層染料附著于TiO2的粒子上。通常染料是采用ruthenium polypyridyl complex。上層的電極除了也是使用玻璃和TCO外，也鍍上一層鉑當(dāng)電解質(zhì)反應(yīng)的催化劑，二層電極間，則注入填滿含有iodide/triiodide電解質(zhì)。雖然目前DSC電池的最高轉(zhuǎn)換效率約在12%左右（理論最高29﹪），但是制造過程簡單，所以一般認(rèn)將大幅降低生產(chǎn)成本，也同時降低每度電的電費(fèi)。

串疊型電池（Tandem Cell）屬于一種運(yùn)用新穎原件結(jié)構(gòu)的電池，借由設(shè)計多層不同能隙的太陽能電池來達(dá)到吸收效率最佳化的結(jié)構(gòu)設(shè)計。目前由理論計算可知，如果在結(jié)構(gòu)中放入越多層數(shù)的電池，將可把電池效率逐步提升，甚至可達(dá)到50%的轉(zhuǎn)換效率。

光纖太陽能電池（Fiber-based solar cell 或者Fiber cell）由美國Wake Forest University納米與分子研究中心首先提出，并在美國《Applied Physics Letters》（doi:10.1063/1.3263947）和《Physical Review B》（DOI: 10.1103/PhysRevB.84.085206,2011）上報道了這種電池的最新成果。目前，它利用特有的光纖結(jié)構(gòu)，并結(jié)合有機(jī)吸收層，達(dá)到了超出平面電池的吸收效率，并已被證明能夠很好的應(yīng)用到超光強(qiáng)的聚光型電站中。

據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，美國能源部布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室和洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們研發(fā)出了一種可吸收光線并將其大面積轉(zhuǎn)化成為電能的新型透明薄膜。這種薄膜以半導(dǎo)體和富勒烯為原料，具有微蜂窩結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究發(fā)表在最新一期的《材料化學(xué)》雜志上，論文稱該技術(shù)可被用于開發(fā)透明的太陽能電池板，甚至還可以用這種材料制成可以發(fā)電的窗戶?！∵@種材料由摻雜碳富勒烯的半導(dǎo)體聚合物組成。在嚴(yán)格控制的條件下，該材料可通過自組裝方式由一個微米尺度的六邊形結(jié)構(gòu)展開為一個數(shù)毫米大小布滿微蜂窩結(jié)構(gòu)的平面。

負(fù)責(zé)該研究的美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室多功能納米材料中心的物理化學(xué)家米爾恰·卡特萊特說，雖然這種蜂窩狀薄膜的制作采用了與傳統(tǒng)高分子材料（如聚苯乙烯）類似的工藝，但以半導(dǎo)體和富勒烯為原料，并使其能夠吸收光線產(chǎn)生電荷這還是第一次。

據(jù)介紹，該材料之所以還能在外觀上保持透明是因?yàn)榫酆衔镦溨慌c六邊形的邊緣緊密相連，而其余部分的結(jié)構(gòu)則較為簡單，以連接點(diǎn)為中心向外越來越薄。這種結(jié)構(gòu)具有連接作用，同時具有較強(qiáng)的吸收光線的能力，也有利于傳導(dǎo)電流，而其他部分相對較薄也更為透明，主要起透光的作用。

研究人員通過一種十分獨(dú)特的方式來編織這種蜂窩狀薄膜：首先在包含聚合物以及富勒烯在內(nèi)的溶液中加入一層極薄的微米尺度的小水滴。這些水滴在接觸到聚合物溶液后就會自組裝成大型陣列，而當(dāng)溶劑完全蒸發(fā)后，就會形成一塊大面積的六邊形蜂窩狀平面。此外，研究人員發(fā)現(xiàn)聚合物的形成與溶劑的蒸發(fā)速度緊密相關(guān)，這相應(yīng)地又會決定最終材料的電荷傳輸速度。溶劑蒸發(fā)得越慢，聚合物的結(jié)構(gòu)就越緊湊，電荷傳輸速度也就越快。

“這是一種成本低廉而效益顯著的制備方法，很有潛力從實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用到大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)之中?！笨ㄌ厝R特說。

通過掃描探針式電子顯微鏡和熒光共焦掃描顯微鏡，研究人員證實(shí)了新材料蜂窩結(jié)構(gòu)的均勻性，并對其不同部位（邊緣、中心、節(jié)點(diǎn)）的光學(xué)性質(zhì)和電荷產(chǎn)生情況進(jìn)行了測試。

卡特萊特表示：“我們的工作讓人們對蜂窩結(jié)構(gòu)的光學(xué)特征有了更深的了解。下一步我們計劃將這種材料應(yīng)用于透明且可卷曲的柔性太陽能電池以及其他設(shè)備的制造當(dāng)中，以推動這種蜂窩薄膜盡快進(jìn)入實(shí)用階段。” ? ?