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太阳能电池的研发进展


□ 张亮

张亮

(广东梅州五指石科技有限公司 广东 广州 514000)

  摘 要:对太阳能电池做了简要阐述,介绍了太阳能电池的重要作用及其产业化的基本情况,分析了硅系太阳能电池、非晶硅薄膜太阳能电池和有机太阳能电池的研发现状及其存在的问题,并指出了太阳能电池的发展方向及今后的研发重点。

  关键词:新能源;太阳能;光伏产业;晶体硅太阳能电池;薄膜太阳能电池;有机太阳能电池

  中图分类号:TM914.4      文献标识码:A

1 前言

  在人类生存和发展的社会中,主要有三个要素,即物质、信息和能量。根据能量守恒定律,能量即不能凭空产生,也不会无缘无故地消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体,但能量总量保持不变。迄今为止,能源资源使用已经历了三个发展时期,即薪柴时代、煤炭时代和石油时代。据14届世界石油大会估计,全球常规石油可采量为3 113亿t,到20世纪末已开采石油1 016亿t,按20世纪90年代的开采速度估计,已探明可采石油只能开采40多年。而随着科技和生产的不断发展,各种能源资源的消耗量不断增加,因此开发和使用新能源,缓解人类社会发展与石油能源的矛盾已成为世界各国政府和科技界共同关心的主题。

2 太阳能电池的研发现状及进展

  太阳能作为可再生能源不仅储量大,而且属于清洁能源,所以太阳能的使用研究已为当前科技界的热点。太阳能是一种即时性的辐射能,其强度随季节和时间的变化而变化,要储存和使用太阳能必须要把太阳能转变成其他的形式。太阳能电池是当前世界开发和利用太阳能的一种普遍形式,它是利用光伏效应将太阳能转换成电能以供给用户使用。根据太阳能电池所用材料不同,一般有硅系太阳能电池、非晶硅薄膜太阳能电池和有机高分子太阳能电池等。

2.1 硅系太阳能电池

  硅系太阳能电池自20世纪50代问世以来,得到了迅速的发展。硅系太阳能电池主要由晶体硅,包括单晶硅、多晶硅为主要材料构成,是目前广泛使用和研究的热点。硅系太阳能电池占太阳能电池的80%~90%。由于晶硅原料的紧缺和加工技术要求高,设备价格较昂贵,并且制造过程能耗高等特点,导致晶硅原料生产为少数国家的厂家所垄断,生产成本高达1.5美元/W左右。为了降低晶硅材料的生产成本,目前有关部门正在研究和开发用切薄硅片、扩大平面晶体或采用聚光等方法,因此预测10~15年后硅片生产可降低到0.5美元/W,太阳能电池组的生产成本可降低到1美元/W,发电成本可降至0.1美元/kWh,届时与常规能源的价格相持平,才使得太阳能进入公共电网,供普通用户使用成为可能。我国硅太阳能电池发展与世界同步,在很多方面已达到世界先进水平。但由于原材料受欧美日的限制,其生产成本较高,达25~30元/W,成本和售价高于国外同类产品,国际市场竞争力不强。目前世界上单晶硅电池的光电转换率可以达到25%,多晶硅电池的转换率可达到20%。世界上硅电池研究开发的重点主要是多晶硅材料的制备技术,快速掺杂表面处理技术,提高硅片质量的新技术和新工艺等。德国科学家正在设想在单晶硅中掺入一些杂质,形成晶体内的缺陷,以致提高光电流。目前他们在单晶硅中掺入稀土元素铒(Er)制造太阳能电池,理论上讲,这种太阳能电池的最大转换率可达到95%,但实际仅有85%,这也为今后硅系太阳能电池的开发提供发展方向。

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