硅太陽(yáng)能電池分類

一、按硅片厚度分

可分為晶體硅太陽(yáng)能電池和薄膜硅太陽(yáng)能電池。

二、按材料的結(jié)晶形態(tài)分

可分為單晶硅（c-Si）和多晶硅（p-Si）太陽(yáng)能電池兩類；

薄膜硅太陽(yáng)能電池分為非晶硅（a-Si）薄膜太陽(yáng)能電池、微晶硅（c-Si）太陽(yáng)能電池和多晶硅（p-Si）薄膜太陽(yáng)能電池三種。

1、單晶硅太陽(yáng)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%（理論最高光電轉(zhuǎn)化效率為25%），規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的效率為18%（截至2011年）。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(jià)格高，大幅度降低其成本很困難，為了節(jié)省硅材料，發(fā)展了多品硅薄膜和非晶硅薄膜作為單晶硅太陽(yáng)能電池的替代產(chǎn)品。

2、多晶硅太陽(yáng)能電池

一般采用低等級(jí)的半導(dǎo)體多晶硅，或者專門為太陽(yáng)能電池使用而生產(chǎn)的鑄造多晶硅等材料。與單晶硅太陽(yáng)能電池相比，多晶硅太陽(yáng)能電池成本較低，而且轉(zhuǎn)換效率與單晶硅太陽(yáng)能電池比較接近，它是太陽(yáng)能電池的主要產(chǎn)品之一。多晶硅太陽(yáng)能電池硅片制造成本低，組件效率高，規(guī)模生產(chǎn)時(shí)的效率已達(dá)18%左右。多晶硅太陽(yáng)能電池占據(jù)主流，除取決于此類電池的優(yōu)異性能外，還在于其充足、廉價(jià)、無(wú)毒、無(wú)污染的硅原料來(lái)源，而近年來(lái)多晶硅成本的降低更將使多晶硅太陽(yáng)能電池大行其道。

3、非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池

成本低重量輕，便于大規(guī)模生產(chǎn)，有極大的潛力。非晶態(tài)硅，其原子結(jié)構(gòu)不像晶體硅那樣排列得有規(guī)則，而是一種不定形晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。非晶硅屬于直接帶系材料，對(duì)陽(yáng)光吸收系數(shù)高，只需要1μm厚的薄膜就可以吸收80%的陽(yáng)光。非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池于1976年問(wèn)世，南于硅原料不足和價(jià)格上漲，促進(jìn)了高效使用硅的技術(shù)和非晶硅薄膜系太陽(yáng)能電池的開發(fā)。非晶硅薄膜電池低廉的成本彌補(bǔ)了其在光電轉(zhuǎn)換效率上的不足。但是南于非晶硅缺陷較多，制備的太陽(yáng)能電池效率偏低，且受制于其材料引發(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。

4、微晶硅（μc-Si）薄膜太陽(yáng)能電池

同樣由于光電效率衰退效應(yīng)致使其性能不穩(wěn)定。發(fā)展受到一定的限制。

5、多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池

是近年來(lái)太陽(yáng)能電池研究的熱點(diǎn)。雖然多晶硅屬于間接帶隙材料，不是理想的薄膜太陽(yáng)能電池材料，但是隨著陷光技術(shù)、鈍化技術(shù)以及載流子束縛技術(shù)的不斷發(fā)展，人們完全有可能制備出高效、廉價(jià)的多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池。

硅太陽(yáng)能電池工作原理

太陽(yáng)能電池發(fā)電的原理主要是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，一般的半導(dǎo)體主要結(jié)構(gòu)如下：硅材料是一種半導(dǎo)體材料，太陽(yáng)能電池發(fā)電的原理主要就是利用這種半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。

當(dāng)硅晶體中摻入其他的雜質(zhì)，如硼（黑色或銀灰色固體，熔點(diǎn)為2 300℃，沸點(diǎn)為3 658℃，密度為2.349/cm3，硬度僅次于金剛石，在室溫下較穩(wěn)定，可與氮、碳、硅作用，高溫下硼還與許多金屬和金屬氧化物反應(yīng)，形成金屬硼化物。這些化合物通常是高硬度、耐熔、高電導(dǎo)率和化學(xué)惰性的物質(zhì)）、磷等，當(dāng)摻入硼時(shí)，硼元素能夠俘獲電子，硅晶體中就會(huì)存在一個(gè)空穴，這個(gè)空穴因?yàn)闆](méi)有電子而變得很不穩(wěn)定，容易吸收電子而中和，它就成為空穴型半導(dǎo)體，稱為P型半導(dǎo)體（在半導(dǎo)體材料硅或鍺晶體中摻入三價(jià)元素雜質(zhì)可構(gòu)成缺殼粒的P型半導(dǎo)體，摻入五價(jià)元素雜質(zhì)可構(gòu)成多余殼粒的N型半導(dǎo)體）。

同樣，摻入磷原子以后，因?yàn)榱自佑形鍌€(gè)電子，所以就會(huì)有一個(gè)電子變得非?；钴S，形成電子型半導(dǎo)體，稱為N型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體中含有較多的空穴，而N型半導(dǎo)體中含有較多的電子，這樣，當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)。在兩種半導(dǎo)體的交界面區(qū)域里會(huì)形成一個(gè)特殊的薄層，界面的P型一側(cè)帶負(fù)電，N型一側(cè)帶正電，出現(xiàn)了濃度差。N區(qū)的電子會(huì)擴(kuò)散到P區(qū)，P區(qū)的空穴會(huì)擴(kuò)散到N區(qū)，一旦擴(kuò)散就形成了一個(gè)由N指向P的“內(nèi)電場(chǎng)”，從而阻止擴(kuò)散進(jìn)行。達(dá)到平衡后，就形成了這樣一個(gè)特殊的薄層形成電勢(shì)差，從而形成PN結(jié)。當(dāng)晶片受光后，PN結(jié)中，N型半導(dǎo)體的空穴往P型區(qū)移動(dòng)，而P型區(qū)中的電子往N型區(qū)移動(dòng)，從而形成從N型區(qū)到P型區(qū)的電流。然后在PN結(jié)中形成電勢(shì)差，這就形成了電源。

由于半導(dǎo)體不是電的良導(dǎo)體，電子在通過(guò)PN結(jié)后如果在半導(dǎo)體中流動(dòng)，電阻非常大，損耗也就非常大。但如果在上層全部涂上金屬，陽(yáng)光就不能通過(guò)，電流就不能產(chǎn)生，因此一般用金屬網(wǎng)格覆蓋PN結(jié)，以增加入射光的面積。另外硅表面非常光亮，會(huì)反射掉大量的太陽(yáng)光，不能被電池利用。

為此，科學(xué)家們給它涂上了一層反射系數(shù)非常小的保護(hù)膜（減反射膜），實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)基本都是用化學(xué)氣相沉積一層氮化硅膜，厚度在1000A左右。將反射損失減小到5%甚至更小。或者采用制備絨面的方法，即用堿溶液（一般為NaOH溶液）對(duì)硅片進(jìn)行各向異性腐蝕在硅片表面制備絨面。入射光在這種表面經(jīng)過(guò)多次反射和折射，降低了光的反射，增加了光的吸收，提高了太陽(yáng)電池的短路電流和轉(zhuǎn)換效率。一個(gè)電池所能提供的電流和電壓畢競(jìng)有限，于是人們又將很多電池（通常是36個(gè)）并聯(lián)或串聯(lián)起來(lái)使用，形成太陽(yáng)能光電板。

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