太陽(yáng)能電池技術(shù)的成熟與發(fā)展

多年來(lái)，光伏發(fā)電對(duì)發(fā)電的重要性迅速增加，同時(shí)成本下降。自2000年以來(lái)，世界市場(chǎng)每年平均增長(zhǎng)44％。在同一時(shí)期，太陽(yáng)能組件的價(jià)格下降了約90％，每瓦安裝不到50美分。截至2014年底，全球光伏系統(tǒng)的裝機(jī)容量總計(jì)183千兆瓦，其中略超過(guò)五分之一。目前，硅基太陽(yáng)能電池的市場(chǎng)份額為92％，效率在21％至26％之間。

不到90％，自20世紀(jì)90年代以來(lái)的生產(chǎn)重點(diǎn)已從歐洲和美國(guó)轉(zhuǎn)移到亞洲，特別是中國(guó)和***。在歐洲，2014年生產(chǎn)了6％，美國(guó)和日本各生產(chǎn)了4％。盡管如此，德國(guó)研究機(jī)構(gòu)仍然在開發(fā)更高效的太陽(yáng)能電池和新電池概念以及優(yōu)化模塊生產(chǎn)方面占據(jù)全球領(lǐng)先地位。例如，太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所憑借由化合物半導(dǎo)體制成的四重太陽(yáng)能電池，效率創(chuàng)下了46％的世界紀(jì)錄。

除了用于大規(guī)模生產(chǎn)太陽(yáng)能電池組件的與間隔材料的最重要的硅，是合適的化合物半導(dǎo)體，例如碲化鎘，銅銦鎵硒化物和砷化鎵，一些有機(jī)化合物或供能的光電轉(zhuǎn)換鈣鈦礦型結(jié)晶含鉛。這種多樣性打開下一個(gè)剛性細(xì)胞用于太陽(yáng)能公園額外的應(yīng)用，例如彈性，集成到服裝發(fā)電機(jī)和Windows低印刷或透明的太陽(yáng)能模塊。

硅太陽(yáng)能電池的主導(dǎo)地位并非巧合。綁定到二氧化硅，沙或石英的形式，或硅酸鹽熔體，它是在地殼中最豐富的元素，適用于全球和相對(duì)便宜。由于計(jì)算機(jī)行業(yè)的發(fā)展，純硅的加工已經(jīng)走過(guò)了漫長(zhǎng)的道路，太陽(yáng)能電池制造商可以在早期大量使用這種材料。復(fù)雜的太陽(yáng)能電池，包括一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)的硅層，以更好地吸收光，使用380至1150納米的大部分太陽(yáng)光譜發(fā)電。

目前最好的電池由單晶硅組成，在實(shí)驗(yàn)室中效率為25.6％，在太陽(yáng)能電池模塊中效率為22.9％。為了實(shí)現(xiàn)這些相對(duì)較高的值，近年來(lái)細(xì)胞生產(chǎn)得到了改善。因此，硅太陽(yáng)能電池的背面用諸如氧化鋁的介電材料保護(hù)。該層有效地阻止了太陽(yáng)能電池中正負(fù)電荷載流子的不希望的重組。在前面，晶格型磷摻雜金屬電極提高了效率，因?yàn)橛捎诠杞缑嫣幍?a target="_blank">電阻較低，所產(chǎn)生的電子可以更好地流動(dòng)。在制造中，正面與電極的接觸，它們從后面穿過(guò)細(xì)胞。結(jié)果，電極屏蔽較少的電池區(qū)域免受陽(yáng)光照射，并且每個(gè)區(qū)域的電流效率增加。

然而，目前生產(chǎn)的硅太陽(yáng)能電池中有一半以上使用多晶硅。這是為了制造顯著較不昂貴，所以從20.8％和在模塊中18.5％的電流最大值的降低的效率被接受。成本下降不僅僅是由于成熟的大規(guī)模生產(chǎn)。而且，純單晶硅或多晶硅中材料的使用減少了一半以上。因此，在硅層現(xiàn)在只有180微米厚，而不是400微米在1990年和300微米的硅太陽(yáng)能電池在2004年進(jìn)一步降低成本可在生產(chǎn)的優(yōu)化可以預(yù)料的，不傾向于在效率顯著增加。硅的理論最大可實(shí)現(xiàn)效率為29％，因?yàn)樵摬牧喜晃仗?yáng)光中的長(zhǎng)波光子。