太阳能光伏电池(简称光伏电池)用于把太阳的光能直接转化为电能。目前地面光伏系统大量使用的是以硅为基底的硅太阳能电池，可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池。在能量转换效率和使用寿命等综合性能方面，单晶硅和多晶硅电池优于非晶硅电池。多晶硅比单晶硅转换效率低，但价格更便宜。

简介

按照应用需求，太阳能电池经过一定的组合，达到一定的额定输出功率和输出的电压的一组光伏电池，叫光伏组件。根据光伏电站大小和规模，由光伏组件可组成各种大小不同的阵列。

光伏组件，采用高效率单晶硅或多晶硅光伏电池、高透光率钢化玻璃、Tedlar、抗腐蚀铝合多边框等材料，使用先进的真空层压工艺及脉冲焊接工艺制造。即使在最严酷的环境中也能保证长的使用寿命。

组件的安装架设十分方便。组件的背面安装有一个防水接线盒，通过它可以十分方便地与外电路连接。对每一块太阳电池组件，都保证20年以上的使用寿命。

发展历史

术语“光生伏打”(Photovoltaics)来源于希腊语，意思是光、伏特和电气的，来源于意大利物理学家亚历山德罗·伏特的名字，在亚历山德罗·伏特以后“伏特”便作为电压的单位使用。

以太阳能发展的历史来说，光照射到材料上所引起的“光起电力”行为，早在19世纪的时候就已经发现了。

1849年术语“光-伏”(photo-voltaic)才出现在英语中，意指由光产生电动势，即光产生伏特。

1839年，光生伏特效应第一次由法国物理学家A.E.Becquerel发现。

1883年第一块太阳电池由Charles Fritts制备成功。Charles用硒半导体上覆上一层极薄的金层形成半导体金属结，器件只有1%的效率。

到了1930年代，照相机的曝光计广泛地使用光起电力行为原理。

1946年Russell Ohl申请了现代太阳电池的制造专利。

到了1950年代，随着半导体物理性质的逐渐了解，以及加工技术的进步，1954年当美国的贝尔实验室在用半导体做实验发现在硅中掺入一定量的杂质后对光更加敏感这一现象后，第一个有实际应用价值的太阳能电池于1954年诞生在贝尔实验室。太阳电池技术的时代终于到来。

1960年代开始，美国发射的人造卫星就已经利用太阳能电池做为能量的来源。

1970年代能源危机时，让世界各国察觉到能源开发的重要性。1973年发生了石油危机，人们开始把太阳能电池的应用转移到一般的民生用途上。

在美国、日本和以色列等国家，已经大量使用太阳能装置，更朝商业化的目标前进。

在这些国家中，美国于1983年在加州建立世界上最大的太阳能电厂，它的发电量可以高达16百万瓦特。南非、博茨瓦纳、纳米比亚和非洲南部的其他国家也设立专案，鼓励偏远的乡村地区安装低成本的太阳能电池发电系统。

而推行太阳能发电最积极的国家首推日本。1994年日本实施补助奖励办法，推广每户3,000瓦特的“市电并联型太阳光电能系统”。在第一年，政府补助49%的经费，以后的补助再逐年递减。“市电并联型太阳光电能系统”是在日照充足的时候，由太阳能电池提供电能给自家的负载用，若有多余的电力则另行储存。当发电量不足或者不发电的时候，所需要的电力再由电力公司提供。

到了1996年，日本有2,600户装置太阳能发电系统，装设总容量已经有8百万瓦特。一年后，已经有9,400户装置，装设的总容量也达到了32百万瓦特。

在中国，太阳能发电产业亦得到政府的大力鼓励和资助。2009年3月，财政部宣布拟对太阳能光电建筑等大型太阳能工程进行补贴。

工作原理

太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应原理工作的太阳能电池则还处于萌芽阶段。太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴--电子对。在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。

实现过程：

房顶的太阳能板将阳光转换为DC电流。不间断电源(UPS)将该DC能源转换为AC 220V/50Hz。

这个电能可以完全用于当地的设备，也可以部分使用，剩余的电能卖给公用事业机构，或全部卖出。

强烈建议应防止这一昂贵的设施遭受雷击。

分类

按结构分类

同质结太阳电池，异质结太阳电池，肖特基太阳电池

按材料分类

硅太阳电池，敏化纳米晶太阳电池，有机化合物太阳电池，塑料太阳电池，无机化合物半导体太阳电池

按光电转换机理分类

传统太阳电池，激子太阳电池

按品种分类

单晶硅光伏电池

单晶硅光伏电池是开发较早、转换率最高和产量较大的一种光伏电池。

单晶硅光伏电池转换效率在我国已经平均达到16.5%,而实验室记录的最高转换效率超过了24.7%。这种光伏电池一般以高纯的单晶硅硅棒为原料，纯度要求99.9999%。

多晶硅光伏电池

多晶硅光伏电池是以多晶硅材料为基体的光伏电池。由于多晶硅材料多以浇铸代替了单晶硅的拉制过程，因而生产时间缩短，制造成本大幅度降低。再加之单晶硅硅棒呈圆柱状，用此制作的光伏电池也是圆片，因而组成光伏组件后平面利用率较低。与单晶硅光伏电池相比，多晶硅光伏电池就显得具有一定竞争优势。

非晶硅光伏电池

非晶硅光伏电池是用非晶态硅为原料制成的一种新型薄膜电池。非晶态硅是一种不定形晶体结构的半导体。用它制作的光伏电池只有1微米厚度,相当于单晶硅光伏电池的1/300。它的工艺制造过程与单晶硅和多晶硅相比大大简化, 硅材料消耗少, 单位电耗也降低了很多。

铜铟硒光伏电池

铜铟硒光伏电池是以铜、铟、硒三元化合物半导体为基本材料，在玻璃或其它廉价衬底上沉积制成的半导体薄膜。由于铜铟硒电池光吸收性能好，所以膜厚只有单晶硅光伏电池的大约l/100。

砷化镓光伏电池

砷化镓光伏电池是一种Ⅲ-V族化合物半导体光伏电池。与硅光伏电池相比,

砷化镓光伏电池光电转换效率高，硅光伏电池理论效率为23% ,而单结砷化镓光伏电池的转换效率已经达到27%;可制成薄膜和超薄型太阳电池，同样吸收95%的太阳光, 砷化镓光伏电池只需5-10μm的厚度,而硅光伏电池则需大于150μm。

碲化镉光伏电池

碲化镉是一种化合物半导体,其带隙最适合于光电能量转换。用这种半导体做成的光伏电池有很高的理论转换效率， 已实际获得的最高转换效率达到16.5%。碲化镉光伏电池通常在玻璃衬底上制造，玻璃上第一层为透明电极，其后的薄层分别为硫化镉、碲化镉和背电极，其背电极可以是碳桨料，也可以是金属薄层。碲化镉的沉积技术方法很多，如电化学沉积法、近空间升华法、近距离蒸气转运法、物理气相沉积法、丝网印刷法和喷涂法等。碲化镉层的厚度通常为1.5-3um，而碲化镉对于光的吸收有1.5um的厚度也就足够了。

聚合物光伏电池

聚合物光伏电池是利用不同氧化还原型聚合物的不同氧化还原电势, 在导电材料表面进行多层复合, 制成类似无机P-N结的单向导电装置。

特点

1、优点

无枯竭危险;绝对干净(无污染，除蓄电池外);不受资源分布地域的限制;可在用电处就近发电;能源质量高;使用者从感情上容易接受;获取能源花费的时间短;供电系统工作可靠。

2、缺点

照射的能量分布密度小;获得的能源与四季、昼夜及阴晴等气象条件有关;造价比较高。

应用情况

一、用户太阳能电源

1.小型电源10-100W不等，用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、电视、收录机等;

2. 3-5KW家庭屋顶并网发电系统;

3.光伏水泵

解决无电地区的深水井饮用、灌溉。

二、交通领域

如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。

三、通讯/通信领域

太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通讯/寻呼电源系统;农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPS供电等。

四、石油、海洋、气象领域

石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等

五、家庭灯具电源

如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。

六、光伏电站

10KW-50MW独立光伏电站、风光(柴)互补电站、各种大型停车厂充电站等。

市场竞争

第一代晶硅太阳能电池，主流市场转换效率约为18%，由于发展早，产业链上各企业生产技术较为成熟，占应用市场约80%的份额;

第二代薄膜太阳能电池，已经产业化的主要有薄膜硅电池、CIGS电池和CdTe电池等，占应用市场约19%的份额，由于生产成本较低，预计到2015年市场占有率将超过20%;

第三代太阳能电池主要包括聚光和有机太阳能电池等。聚光光伏组件最高转换效率达到40%，但由于技术尚不成熟，聚光光伏电池占应用市场约1%得市场份额。

功率计算

太阳能交流发电系统是由太阳能电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池共同组成;太阳能直流发电系统则不包括逆变器。为了使太阳能发电系统能为负载提供足够的电源，就要根据用电器的功率，合理选择各部件。下面以100W输出功率，每天使用6个小时为例，介绍一下计算方法：

1.首先应计算出每天消耗的瓦时数(包括逆变器的损耗)：若逆变器的转换效率为90%，则当输出功率为100W时，则实际需要输出功率应为100W/90%=111W;若按每天使用5小时，则耗电量为111W*5小时=555Wh。

2.计算太阳能电池板：按每日有效日照时间为6小时计算，再考虑到充电效率和充电过程中的损耗，太阳能电池板的输出功率应为555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充电过程中，太阳能电池板的实际使用功率。

电池充电

太阳能电池应用在消费性商品上，大多有充电的问题，过去一般的充电对象采用镍氢或镍镉干电池，但是镍氢干电池无法抗高温，镍镉干电池有环保污染的问题。

超级电容发展快速，容量超大，面积反缩小，加上价格低廉，因此有部份太阳能产品开始改采超级电容为充电对象，因而改善了太阳能充电的许多问题：光伏电池充电较快速，寿命长5倍以上，充电温度范围较广，减少太阳能电池用量(可低压充电)。

相关介绍

太阳能电池应用市场的发展

由于光伏电池封装技术，焊接材料与加工方法及芯片上的改良，在1991年太阳能系统的寿命约5到10年。到了1995年则增加到10～20年，而到公元2000年更可延长使用年限到25年以上。于1995年仅美国市场的太阳能电池销售额为35亿美元。由于石油及环保(全球温室效应)的问题，以及外交上对落后地区的援助，使得在公元2000年后全球的太阳能电池销售额成数倍的成长。

到了2005年后，由于德国等环保先进国家新建筑法规的因素，造成太阳能板需求量爆发大增，瞬间市场严重缺货，造成全球太阳能电池产业的蓬勃发展，许多太阳能电池厂的股价，一夕之间冲到最高点。同时也带动洞悉商机的传统制造业转型，投入太阳能相关商品的开发、应用。

缺点及克服办法

夜间不能发电是太阳能电池的一大缺点，但是针对这一个缺点有3种方式可以克服。

把太阳能电池当作补充电力的方案：由于日间电力需求较高，单纯的只让太阳能电池在日间提供服务刚好可以让发电厂等供电源负载更平均、也减少电力网的尖峰负载;若以传统方法应付尖峰负载，其成本可能会比使用太阳能电池高。

把白天的太阳光能转成其他的能量形式加以储存，例如蓄电池、飞轮装置、压缩空气、抽蓄发电厂等，到黑夜的时候再把储存的能量释放出来。

太阳能电池成本还很高：比许多绿色/再生能源高很多，无法以合理成本提供大量需求。未来可以期待科学家及工程师们不断的研究，再加上半导体产业技术的进步，太阳能电池的效率也逐渐增加，而且发电系统的单位成本也正逐年下降。因此，随着太阳能电池效率的增加、成本的降低以及环保意识的高涨，太阳能电池的成本可望大幅降低。也可以利用便宜的镜子将阳光反射至昂贵的高效能太阳能电池(需注意散热)，可以发电降低成本。

中国情况

世界的节约能源概念普遍下，光伏电池绿色科技已是产业新星。而这波绿色科技潮流，又首推太阳能最为行情看涨，有可能成为全球红透半边天的明日之星。面对国际油价不断飙高，第三次石油危机即将到来的危机，一股全世界重新洗牌的能源卡位战，已经响起咚咚战鼓，蓄势待发了。

当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。

欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造业争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。

全球太阳能电池市场竞争激烈，欧洲和日本领先的格局已被打破。尽管主要的销售市场在欧洲，但太阳能电池的生产重镇已经转移到亚洲。2011年，在光伏市场带动下，全球光伏电池产量持续增长，达到29.5GW。

在世界光伏市场的强力拉动下，中国太阳能电池制造业通过引进、消化、吸收和再创新，获得了长足的发展。中国太阳能电池产业的发展大致可分为三个阶段。第一阶段为1984年以后的研究开发时期;之后迎来了2001年以后的产业形成时期，第二阶段也是尚德等太阳能电池厂商开始创业的时期;2005年至今的第三阶段是中国太阳能电池产业的快速发展时期。

光伏电池得益于国家对太阳能等新能源产业的政策、资金支持，2011年太阳能电池产业增长迅速，在世界10大太阳能电池生产商中有6家是中国企业。

中国对太阳能电池的研究起步于1958年，20世纪80年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，使中国太阳能电池生产能力由原来的3个小厂的几百kW一下子提升到4个厂的4.5MW，这种产能一直持续到2002年，产量则只有2MW左右。2002年后，欧洲市场特别是德国市场的急剧放大和无锡尚德太阳能电力有限公司的横空出世及超常规发展给中国光伏产业带来了前所未有的发展机遇和示范效应。欧盟委员会公告显示，反倾销调查的产品为光伏组件、硅片、电池等，范围较美国有所扩大，国内数百家企业牵涉其中。

中国已成为全球主要的太阳能电池生产国。2006年全国太阳能电池的产量为438MW，2007年全国太阳能电池产量为1188MW。中国已经成超越欧洲、日本为世界太阳能电池生产第一大国。2008年的产量继续提高，达到了200万千瓦。

中国光伏电池产量年增长速度为1-3倍，光伏电池产量占全球产量的比例也由2002年1.07%增长到2008年的近15%。总体来看，中国太阳能电池的国际市场份额和技术竞争力大幅提高。在产业布局上，中国太阳能电池产业已经形成了一定的集聚态势。在长三角、环渤海、珠三角、中西部地区，已经形成了各具特色的太阳能产业集群。

按照反倾销的程序，欧盟下一步将会根据企业规模、出口数量、出口金额等选取抽样企业，这些抽样企业将会享有单独的反倾销税率。与以往不同的是，过去欧洲选取抽样企业一般是2至3家企业，但欧盟此次可能会选择5至6家企业作为应诉企业。

业内人士分析，欧盟反倾销税率一向较高，多在50%-60%左右，当前预测欧盟对中国光伏产品征收的反倾销税率也会较高。而欧盟既然选择了美国作为参照国来裁定是否倾销以及相应的反倾销税率，预计税率将会高于美国初裁制定的30%。

可见，立案后中国光伏企业将面临严峻考验。甚至有预测称，欧盟对中国光伏产品征收高额的反倾销税，有可能导致六成的中国光伏企业倒闭。

2015年12月4日，欧盟委员会证实将延长对中国太阳能进口产品征收关税的反倾销措施，但关于是否继续对中国进口光伏电池进行征税还尚未定夺。

12月7日，在反倾销税失效之前，欧洲光伏制造商联盟就已要求进行反倾销期满复审，布鲁塞尔现在要花长达15个月的时间去调查取消反倾销税是否会导致欧洲太阳能制造行业继续受到中国进口产品带来的冲击。但欧盟委员会就关于是否要将光伏电池排除在该政策覆盖产品范围之外启动了期中复审。