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4 太阳能光发电

太阳能光发电是指无需通过热过程直接将光能转变为

电能的发电方式。它包括光伏发电、光化学发电、光感应发

电和光生物发电。光伏发电是利用太阳能级半导体电子器

件有效地吸收太阳光辐射能，并使之转变成电能的直接发电

方式，是当今太阳光发电的主流。目前世界上应用Zui广泛的

太阳电池是单晶体硅太阳电池、多晶硅太阳能电池、薄膜太

阳能电池等。

4．1 单晶硅电池

单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的加工

处理工艺基础上的。它的转换效率Zui高，技术也Zui为成熟。

在实验室里Zui高的转换效率为 23％，而规模生产的单晶硅太

阳能电池，其效率为 15％。单晶硅高效电池的典型代表是斯

坦福大学的背面点接触电池、新南威尔士大学的钝化发射区

电池（PERL）以及德国 Fraunhofer太阳能研究所的局域化背

场电池等。硅电池进展的重要原因之一是表面钝化技术的

提高。此外，倒金字塔技术、双层减反射膜技术以及陷光理

论的完善也是高效晶硅电池发展的主要原因。如新南威尔

士大学的钝化发射区电池和激光刻槽埋栅电池分别取到

247％和 196％的转化率，日本 Sanyo公司采用 PECVD工

艺开发的 HIT电池取得了 21％的转化率。

4．2 多晶硅太阳能电池

多晶硅太阳能电池与单晶硅比较，由于所使用的硅远比

单晶硅少，其成本远低于单晶硅电池，具有独特的优势。但

是由于它存在着晶粒界面和晶格错位的明显缺陷，造成多晶

硅电池光电转换率一直无法突破 20％的关口，低于单晶硅电

池。多晶硅太阳能电池的实验室以往的Zui高转换效率为

18％，工业规模生产的转换效率为 10％。不过乔治亚工大光

伏中心采用磷吸杂和双层减反射膜技术，使电池的效率达到

186％；新南威尔士大学光伏中心采用类似 PERL电池技术，

使电池的效率达到 198％；日本 Kysera公司采用了 PECVD

－SiN技术，起到钝化和减反射双重作用，加上表面织构化和

背场技术，使 15×15cm2 面积多晶硅电池效率达 171％，此

种电池技术已经实现了工业化生产，商业化电池效率在 14％

以上。Zui近德国弗劳恩霍夫协会科研人员采用新技术，在世

界上率先使多晶太阳能电池的光电转换率达到 203％。如

能在工业生产中大规模使用该新技术，基于成本低廉的优

势，预计多晶硅电池不久将会在太阳能电池市场上占据主导

地位。

4．3 薄膜太阳电池

由于受到原材料、加工工艺和制造过程的制约，若要再

大幅度地降低单晶硅太阳电池成本是非常困难的。作为单

晶硅电池的替代产品，现在发展了薄膜太阳电池。目前薄膜

电池主要有硅基薄膜太阳电池、化合物半导体薄膜电池、染

料敏化 TiO2太阳电池等。具有代表性的产品主要有：

（1）非晶硅（a－Si）太阳电池，即硅和氢（约 10％）的一

种合金。Zui早提出非晶硅太阳能电池思路的是美国 RCA实

验室的 Carlson和 Wronski。2000年我国把以双结非晶硅电

池为重点的硅基薄膜太阳电池的研究列入国家重点基础研

究发展计划（973）项目，使我国非晶硅电池的研究又进入一

个新阶段。

（2）CVD多晶硅薄膜及电池，即利用 PECVD（等离子强

化 CVD），RECVD（快速热 CVD），HotwireCVD（热线 CVD）等

技术来生长多晶硅薄膜。德国 Fraunhofer太阳能研究所使用

SiO2和 SiN包覆陶瓷或 SiC包覆石墨为衬底，用 RTCVD沉

积多晶硅薄膜，硅膜经过再结晶后制备太阳电池，两种衬底

的电池效率分别达到 93％和 11％。

（3）CdTe和 CIGS电池被认为是未来实现低于 1美分／

W成本目标的典型薄膜电池。从 2003年 11月公布的第 21

版的太阳电池组件的转换效率数据，可以看出由日本昭和壳

牌石油公司开发的 CIGS太阳电池组件，转换效率达到了

134％，Pacificsolar公司开发的薄膜 Si系薄膜太阳能电池转

换效率也达到了 82％。

4．4 太阳能光伏发电系统的主要优点

（1）可以有效利用建筑物屋顶和幕墙，无需占用土地资

源；

（2）可原地发电，原地使用，减少电力输送的线路损耗；

（3）各种彩色光伏组件可取代和节约外饰材料（如玻璃

幕墙等）；

（4）在白天用电高峰期供电，从而舒缓高峰电力需求；

（5）配备蓄电池后，还能满足安全用电设施的不断电要

求；

（6）太阳能发电板阵列直接吸收太阳能，降低墙面及屋

顶的温升，减轻建筑空调负荷。