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太阳能电池技术文献综述

王胤

东南大学机械学院

摘要:资源和环境一直都是制约许多国家持续发展的两大瓶颈,因而在环境

愈加恶化、资源日益紧缺、科技日新月异的今天,对于清洁的可再生能源的研究

成为了热点。太阳能作为一种可再生能源,不仅来源较为广泛(光照),并且几乎不

会产生污染,因而倍受研究人员的青睐,也是前景比较广阔的研究方向。本文主要

介绍与太阳能电池相关的技术背景、研究方向和发展前景。

关键词:太阳能,太阳能电池,研究现状,发展前景。太阳能可以说是“取

之不尽,用之不蝎”的能源,与矿物燃料相比,太阳能具有清洁和可在生等独特优

点。将太阳能直接转换为热能和电能,解决能源危机,造福于全人类一直是广大科

学家的奋斗目标。太阳能的利用分为光电转换和集热两种,前者主要有太阳能电

池,后者主要有太阳能热水器、太阳能温室等。利用半导体材料的光伏效应原理

把太阳光能转换成电能称太阳能光伏技术,这也是太阳能电池的主要原理。对

光生伏特效应的研究最早可追溯到1839年,到上世纪五十年代,太阳能利用领域

出现了两项重大突破:一是1954年美国贝尔实验室研制出效率为6%的实用型单

晶硅电池;是1955年以色列科学家提出了选择性吸收表面概念和理论并研制成

功选择性太阳吸收涂层。这两项突破既是太阳能利用进入现代发展时期的划时代

标志,也是人类能源技术又一次变革的技术基础。

1.太阳辐射[[1]施敏著,黄振岗译,《半导体器件物理》,电子工业出版

社,1987年12月第一版。

[2]马丁?格林著,李秀文,谢洪礼,赵海滨等译,《太阳电池工作原理、工艺

和系统的应用》,电子工业出版社,1987年1月第一版。][1]

太阳发出的辐射能来自核聚变反应。每秒钟约有6×1011kg的H2转变为He,

净质量损失约为4×103kg,这一质量损失通过爱因斯坦关系(Emc2)转变为4×

1012J的能量。此能量主要作为从紫外到红外和无线电频段(0.2至3μm)的电磁

辐射发射出去。太阳的总质量目前约为2×1030kg,估计有近乎恒定辐射能输出

的相当稳定的寿命要超过100亿年。

在日?地平均距离的自由空间内的同样辐射强度定义为太阳常数,其值为

1353W/m2。当阳光到达地表时,大气层要使阳光减弱,主要原因是在红外波段的水

汽吸收,紫外波段的臭氧层吸收,以及受飞尘和悬浮微粒的散射。大气层对地表处

接收到的阳光的影响程度定义为“大气质量”(AM)。太阳与天顶夹角的正割(sec

θ)称为大气质量,用以度量大气层路程与太阳正当顶时最短路程的相对值。

图1阳光的光谱分布

图1中示出了AM1和AM1.5时的光谱分布,同时假设了太阳是6000K的黑体

时所预期的太阳辐射的光谱分布。[2]

大气质量1.5的状态(太阳与地平线成45°角)代表地面应用的满意的加权

能量平均值。AM1.5情形单位时间单位面积的单位能量光子数[[3]//.ry,

“LimitingEfficiencyofIdealSingleandMultipleEnergyGap

TerrestrialSolarCells,”J.Appl.Phvs.5144941980.

[4]陈海全,上海交通大学硕士学位论文,2006.

[5]J.Zhao,A.Wang,//.en,F.Ferrazza,APPI.PhyS,Lett.1998,73,1991。

[6]//.lson,S.Wanger,“RenewaableEnergy”1993,Island

Press,Washington.

[7]R.R.King,D.C.Law,K.M.Edmondson,C.M.Fetzer,G.S.Kinsey,

H.Yoon,R.A.Sherif,andN.H.Karam.“40%ef?cientmetamorphicGaInP

/GaInAs/Gemultijunctionsolarcells”,APPLIEDPHYSICSLETTERS90,

1835162007.