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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。目前世界上应用最广泛的

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。它的转换效率最高，技术也最为成熟。

在实验室里最高的转换效率为 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

２４７％和 １９６％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最高转换效率为

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

１８６％；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 １９８％；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 １７１％，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。最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 ２０３％。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。最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），ＨｏｔｗｉｒｅＣＶＤ（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 ９３％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

１３４％，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 ８２％。

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。