• 太陽能電池板

太陽能電池板（Solar panel）是通過吸收太陽光，將太陽輻射能通過光電效應或者光化學效應直接或間接轉換成電能的裝置，大部分太陽能電池板的主要材料為“硅”，但因制作成本較大，以至于它普遍地使用還有一定的局限。

相對于普通電池和可循環(huán)充電電池來說，太陽能電池屬于更節(jié)能環(huán)保的綠色產(chǎn)品。

• 中文名

• 太陽能電池板

• 外文名

• Solar panel

• 主要材料

• 硅”

• 能 源

• 太陽能

• 是否可再生

• 可再生

• 污染指數(shù)

• 低

目錄

1. 1 結構組成

2. 2 材料分類

3. ▪ 單晶硅

4. ▪ 多晶硅

5. ▪ 非晶硅

6. ▪ 多元化合物

7. ▪ 柔性電池

8. 3 應用領域

9. 4 發(fā)電原理

10. ▪ 功率計算

11. ▪ 發(fā)電效率

12. 5 使用壽命

13. 6 制作流程

14. 7 測試方法

15. 8 檢測與維護

16. 9 新型開發(fā)

17. ▪ 新型涂層

18. ▪ 植物材料

結構組成

1） 鋼化玻璃 其作用為保護發(fā)電主體（如電池片），透光其選用是有要求的， 1.透光率必須高（一般91%以上）；2.超白鋼化處理

2） EVA 用來粘結固定鋼化玻璃和發(fā)電主體（如電池片），透明EVA材質的優(yōu)劣直接影響到組件的壽命，暴露在空氣中的EVA易老化發(fā)黃，從而影響組件的透光率，從而影響組件的發(fā)電質量除了EVA本身的質量外，組件廠家的層壓工藝影響也是非常大的，如EVA膠連度不達標，EVA與鋼化玻璃、背板粘接強度不夠，都會引起EVA提早老化，影響組件壽命。

3）電池片主要作用就是發(fā)電，發(fā)電主體市場上主流的是晶體硅太陽電池片、薄膜太陽能電池片，兩者各有優(yōu)劣。晶體硅太陽能電池片,設備成本相對較低，但消耗及電池片成本很高，但光電轉換效率也高，在室外陽光下發(fā)電比較適宜；薄膜太陽能電池，相對設備成本較高，但消耗和電池成本 很低，但光電轉化效率相對晶體硅電池片一半多點，但弱光效應非常好，在普通燈光下也能發(fā)電，如計算器上的太陽能電池。

4）EVA作用如上，主要粘結封裝發(fā)電主體和背板

太陽能電池板

5） 背板 作用，密封、絕緣、防水（一般都用TPT、TPE等材質必須耐老化，大部分組件廠家都質保25年，鋼化玻璃，鋁合金一般都沒問題，關鍵就在與背板和硅膠是否能達到要求。）

6）鋁合金保護層壓件，起一定的密封、支撐作用

7） 接線盒 保護整個發(fā)電系統(tǒng)，起到電流中轉站的作用，如果組件短路接線盒自動斷開短路電池串，防止燒壞整個系統(tǒng)。接線盒中最關鍵的是二極管的選用，根據(jù)組件內電池片的類型不同，對應的二極管也不相同

8） 硅膠 密封作用，用來密封組件與鋁合金邊框、組件與接線盒交界處。有些公司使用雙面膠條、泡棉來替代硅膠，國內普遍使用硅膠，工藝簡單，方便，易操作，而且成本很低。

材料分類

當前，晶體硅材料（包括多晶硅和單晶硅）是最主要的光伏材料，其在90%以上,而且在今后相當長的一段時期也依然是太陽能電池的主流材料。多晶硅材料的生產(chǎn)技術長期以來掌握在美、日、德等3個國家7個公司的10家工廠手中，形成技術、市場壟斷的狀況。多晶硅的需求主要來自于半導體和太陽能電池。按純度要求不同，分為電子級和太陽能級。其中，用于電子級多晶硅占55%左右，太陽能級多晶硅占45%，隨著光伏產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，太陽能電池對多晶硅需求量的增長速度高于半導體多晶硅的發(fā)展，預計到2008年太陽能多晶硅的需求量將超過電子級多晶硅。 1994年太陽能電池的總產(chǎn)量只有69MW，而2004年就接近1200MW，在短短的10年里就增長了17倍。太陽能光伏產(chǎn)業(yè)在二十一世紀前半期將超過核電成為最重要的基礎能源之一。

晶體硅電池板：多晶硅太陽能電池、單晶硅太陽能電池。

非晶硅電池板：薄膜太陽能電池、有機太陽能電池。

化學染料電池板：染料敏化太陽能電池。

柔性太陽能電池

單晶硅

單晶硅太陽能電池的光電轉換效率為18%左右，的達到24%，這是所有種類的太陽能電池中光電轉換高的，但制作成本很大，以致于它還不能被普遍地使用。由于單晶硅一般采用鋼化玻璃以及防水樹脂進行封裝，因此其堅固耐用，使用壽命可達25年。

多晶硅

多晶硅太陽電池的制作工藝與單晶硅太陽電池差不多，但是多晶硅太陽能電池的光電轉換效率則要降低不少，其光電轉換效率約16%左右 (2004年7月1日日本夏普上市效率為14.8%的高效率多晶硅太陽能電池)。 從制作成本上來講，比單晶硅太陽能電池要便宜一些，材料制造簡便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大量發(fā)展。此外，多晶硅太陽能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽能電池短。從性能價格比來講，單晶硅太陽能電池還略好。

非晶硅

非晶硅太陽電池是1976年出現(xiàn)的新型薄膜式太陽電池，它與單晶硅和多晶硅太陽電池的制作方法不同，工藝過程大大簡化，硅材料消耗很少，電耗更低，它的主要優(yōu)點是在弱光條件也能發(fā)電。但非晶硅太陽電池存在的主要問題是光電轉換效率偏低，水平為10%左右，且不夠穩(wěn)定，隨著時間的延長，其轉換效率衰減。

多元化合物

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)

Cu(In, Ga)Se2是一種性能優(yōu)良太陽光吸收材料，具有梯度能帶間隙（導帶與價帶之間的能級差）多元的半導體材料，可以擴大太陽能吸收光譜范圍，進而提高光電轉化效率。以它為基礎可以設計出光電轉換效率比硅薄膜太陽能電池明顯提高的薄膜太陽能電池?？梢赃_到的光電轉化率為18%，而且，此類薄膜太陽能電池到目前為止，未發(fā)現(xiàn)有光輻射引致性能衰退效應（SWE），其光電轉化效率比商用的薄膜太陽能電池板提高約50~75%，在薄膜太陽能電池中屬于世界的的光電轉化效率。

柔性電池

柔性薄膜太陽能電池是相對于常規(guī)太陽能電池來區(qū)分的。

常規(guī)太陽能電池一般是兩層玻璃中間是EVA材料和電池片的結構，這樣的組件重量較重，安裝的時候需要支架，不易移動。

柔性薄膜太陽能電池不需要采用玻璃背板和蓋板，重量比雙層玻璃的太陽能電池片組件輕80%，采用pvc背板和ETFE薄膜蓋板的柔性電池片甚至可以任意彎曲，方便攜帶。安裝的時候也不需要特殊的支架，可以方便安裝在屋頂，和帳篷頂上使用。

缺點是光電的轉換效率要比常規(guī)的晶硅組件低。

應用領域

1.用戶太陽能電源：（1）小型電源10-100W不等，用于邊遠無電地區(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、收錄機等；（2）3-5KW家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；（3）光伏水泵：解決無電地區(qū)的深水井飲用、灌溉。

2. 交通領域：如航標燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標志燈、宇翔路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。

3. 通訊/通信領域：太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播/通訊/尋呼電源系統(tǒng)；農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機、士兵GPS供電等。

4. 石油、海洋、氣象領域：石油管道和水庫閘門陰極保護太陽能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺生活及應急電源、海洋檢測設備、氣象/水文觀測設備等。

5.燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。

6.光伏電站：10KW-50MW獨立光伏電站、風光（柴）互補電站、各種大型停車廠充電站等。

7.太陽能建筑：將太陽能發(fā)電與建筑材料相結合，使得未來的大型建筑實現(xiàn)電力自給，是未來一大發(fā)展方向。

8.其他領域包括：（1）與汽車配套：太陽能汽車/電動車、電池充電設備、汽車空調、換氣扇、冷飲箱等；（2）太陽能制氫加燃料電池的再生發(fā)電系統(tǒng)；（3）海水淡化設備供電；（4）衛(wèi)星、航天器、空間太陽能電站等。

發(fā)電原理

太陽電池是一種對光有響應并能將光能轉換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應的材料有許多種，如：單晶硅，多晶硅， 非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)以晶體硅為例描述光發(fā)電過程。 P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅，形成P-N結。

當光線照射太陽電池表面時，一部分光子被硅材料吸收;光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了躍遷，成為自由電子在P-N結兩側集聚形成了電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個過程的實質是：光子能量轉換成電能的過程。

一、太陽能發(fā)電方式太陽能發(fā)電有兩種方式，一種是光—熱—電轉換方式，另一種是光—電直接轉換方式。

（1） 光—熱—電轉換方式通過利用太陽輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉

太陽能電池板

換成工質的蒸氣，再驅動汽輪機發(fā)電。前一個過程是光—熱轉換過程；后一個過程是熱—電轉換過程，與普通的火力發(fā)電一樣。太陽能熱發(fā)電的缺點是效率很低而成本很高，估計它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍。一座1000MW的太陽能熱電站需要投資20～25億美元，平均1kW的投資為2000～2500美元。因此，適用小規(guī)模特殊的場合，而大規(guī)模利用在經(jīng)濟上很不合算，還不能與普通的火電站或核電站相競爭。

（2） 光—電直接轉換方式該方式是利用光電效應，將太陽輻射能直接轉換成電能，光—電轉換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由于光生伏應而將太陽光能直接轉化為電能的器件，是一個半導體光電二極管，當太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當許多個電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點.太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池不會引起環(huán)境污染；太陽能電池可以大中小并舉，大到百萬千瓦的中型電站，小到只供一戶用的太陽能電池組，這是其它電源的

功率計算

太陽能交流發(fā)電系統(tǒng)是由太陽電池板、充電控制器、逆變器和蓄電池共同組成；太陽能直流發(fā)電系統(tǒng)則不包括逆變器。為了使太陽能發(fā)電系統(tǒng)能為負載提供足夠的電源，就要根據(jù)用電器的功率，合理選擇各部件。下面以100W輸出功率，每天使用6個小時為例，介紹一下計算方法：

1.首先應計算出每天消耗的瓦時數(shù)(包括逆變器的損耗)：若逆變器的轉換效率為90%，則當輸出功率為100W時，則實際需要輸出功率應為100W/90%=111W；若按每天使用5小時，則輸出功率為111W*5小時=555Wh。

2.計算太陽能電池板：按每日有效日照時間為6小時計算，再考慮到充電效率和充電過程中的損耗，太陽能電池板的輸出功率應為555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充電過程中，太陽能電池板的實際使用功率。

發(fā)電效率

單晶硅太陽能的光電轉換高的達到24%,這是目前所有種類的太陽能電池中光電轉換高的。但是單晶硅太陽能電池的制作成本很大，以至于它還不能被大量廣泛和普遍地使用。多晶硅太陽能電池從制作成本上來講，比單晶硅太陽能電池要便宜一些，但是多晶硅太陽能電池的光電轉換效率則要降低不少，此外，多晶硅太陽能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽能電池短。因此，從性能價格比來講，單晶硅太陽能電池還略好。

研究者發(fā)現(xiàn)有一些化合物半導體材料適于作太陽能光電轉化薄膜。例如CdS,CdTe；Ⅲ-V化合物半導體：GaAs,AIPInP等；用這些半導體制作的薄膜太陽能電池表現(xiàn)出很好光電轉化效率。具有梯度能帶間隙多元的半導體材料，可以擴大太陽能吸收光譜范圍，進而提高光電轉化效率。使薄膜太陽能電池大量實際的應用呈現(xiàn)廣闊的前景。在這些多元的半導體材料中Cu(In,Ga)Se2是一種性能優(yōu)良太陽光吸收材料。以它為基礎可以設計出光電轉換效率比硅明顯地高的薄膜太陽能電池,可以達到的光電轉化率為18%.

使用壽命

太陽能電池板的使用壽命由電池片，鋼化玻璃，EVA，TPT等的材質決定，一般會用好一點材料的廠家做出來的電池板使用壽命可以達到25年，但隨著環(huán)境的影響，太陽能電池板的材料會隨著時間的變化而老化。一般情況下用到20年功率會衰減30%，用到25年功率會衰減70%。

制作流程

切片，清洗，制備絨面，周邊刻蝕，去除背面PN+結，制作上下電極，制作減反射膜，燒結，測試分檔等10步。

太陽能電池具體的制作工藝說明

（1） 切片：采用多線切割，將硅棒切割成正方形的硅片。

（2） 清洗：用常規(guī)的硅片清洗方法清洗，然后用酸（或堿）溶液將硅片表面切割損傷層除去30－50um。

（3） 制備絨面：用堿溶液對硅片進行各向異性腐蝕在硅片表面制備絨面。

（4） 磷擴散：采用涂布源（或液態(tài)源，或固態(tài)氮化磷片狀源）進行擴散，制成PN+結，結深一般為0.3－0.5um。

（5） 周邊刻蝕：擴散時在硅片周邊表面形成的擴散層，會使電池上下電極短路，用掩蔽濕法腐蝕或等離子干法腐蝕去除周邊擴散層。

（6） 去除背面PN+結。常用濕法腐蝕或磨片法除去背面PN+結。

（7） 制作上下電極：用真空蒸鍍、化學鍍鎳或鋁漿印刷燒結等工藝。先制作下電極，然后制作上電極。鋁漿印刷是大量采用的工藝方法。

（8） 制作減反射膜：為了減少入反射損失，要在硅片表面上覆蓋一層減反射膜。制作減反射膜的材料有MgF2 ，SiO2 ，Al2O3 ，SiO ，Si3N4 ，TiO2 ，Ta2O5等。工藝方法可用真空鍍膜法、離子鍍膜法，濺射法、印刷法、PECVD法或噴涂法等。

（9） 燒結：將電池芯片燒結于鎳或銅的底板上。

（10）測試分檔：按規(guī)定參數(shù)規(guī)范，測試分類。

測試方法

（1）由于太陽能組件的輸出功率取決于太陽輻照度和太陽能電池溫度等因素，因此太陽能電池組件的測量在標準條件下（STC）進行，標準條件定義為：

大氣質量AM1.5， 光照強度1000W/m2，溫度25℃。

（2）開路電壓：用500W的鹵鎢燈，0～250V的交流變壓器，光強設定為3.8~4.0萬LUX，燈與測試平臺的距離大約為15-20CM，直接測試值為開路電壓；

（3）在該條件下，太陽能電池組件所輸出的功率稱為峰值功率，在很多情況下，組件的峰值功率通常用太陽能模擬儀測定。影響太陽能電池組件輸出性能的主要因素有以下幾點：

1）負載阻抗

2）日照強度

3）溫度

4）陰影

檢測與維護

1、檢查電池板有無破損，要做到及時發(fā)現(xiàn)，及時更換。

2、檢查電池板連接線及地線是否接觸良好，有無脫落現(xiàn)象。

3、檢查匯流箱接線處是否有發(fā)熱現(xiàn)象。

4、檢查電池板支架有無松動和斷裂現(xiàn)象。

5、檢查清理電池板周圍遮擋電池板的雜草。

6、檢查電池板表面有無遮蓋物。

7、檢查電池板表面上的鳥糞，必要時進行清理。

8、對電池板的清潔程度進行鑒定。

9、大風天氣應對電池板及支架進行重點檢查。

10、大雪天應對電池板進行及時清理，避免電池板表面積雪凍冰。

11、大雨應檢查所有的防水密封是否良好，有無漏水現(xiàn)象。

12、檢查是否有動物進入電站對電池板進行破壞。

13、冰雹天氣應對電池板表面進行重點檢查。

14、對電池板溫度進行檢測，與環(huán)境溫度相比較進行分析。

15、對所檢查出來的問題要要及時進行處理，分析、總結。

16、對每次檢查要做詳細的記錄，以便于以后的分析。

17、做分析總結記錄并歸檔。

新型開發(fā)

新型涂層

美國倫斯勒理工學院研究人員2008年開發(fā)出一種新型涂層，將其覆蓋在太陽能電池板上能使后者的陽光吸收率提高到96.2%，而普通太陽能電池板的陽光吸收率僅為70%左右。

新涂層主要解決了兩個技術難題，一是幫助太陽能電池板吸收幾乎全部的太陽光譜，二是使太陽能電池板吸收來自更大角度的太陽光，從而提高了太陽能電池板吸收太陽光的效率。

普通太陽能電池板通常只能吸收部分太陽光譜，而且通常只在吸收直射的太陽光時工作效率較高，因此很多太陽能裝置都配備自動調整系統(tǒng)，以保證太陽能電池板始終與太陽保持利于吸收能量的角度。