光伏（Photovoltaic – PV）電池也被稱為太陽能電池。一組太陽能光伏板或太陽能光伏組件與太陽能接線，斷路器，太陽能充電器，電池，太陽能逆變器等下游設(shè)備一起構(gòu)成光伏系統(tǒng)。

它們將太陽光轉(zhuǎn)化為電能以儲存或供電其他設(shè)備（包括人造光源）的神奇技術(shù)。那么他們運行的 ？它是如何制造的？讓我們找出來。

光伏
“Photo”是指光線或可見光譜中的光子或電磁波。 “Volt”是指電位差，它會導致電子流動并產(chǎn)生電流。光伏是指當被光源（具有足夠的波長和能量的自然或人造光源）撞擊光電材料表面時,它產(chǎn)生電力。

光伏（PV）電池的運行需要三個基本屬性：

• 光的吸收，產(chǎn)生電子空穴對或激子。

• 相反類型的電荷載體的分離。

• 將這些載流子分開提取到完成電子循環(huán)的外部電路。

在光伏電池中有兩個獨特的不同組，即單結(jié)和多結(jié)電池。

單結(jié)太陽能電池僅具有一個p-n（正 – 負）結(jié)，而多結(jié)太陽能電池具有多于一個p-n結(jié)。 p-n結(jié)是兩種半導體材料之間的界面，其中一種是富電子半導體（N型），另一種是電子耗盡（P型）。

單結(jié)和多結(jié)光伏電池

單結(jié)光伏電池在市場上大多數(shù)常規(guī)太陽能電池中都能找到。晶體硅太陽能電池（單晶硅和多晶硅）就是[敏感詞]的例子之一。添加微量硼的純硅將形成P型半導體，而添加微量磷的純硅將形成N型半導體。

當太陽光中的光子撞擊太陽能電池并從n區(qū)（高電子濃度）中去除電子時，脫離的電子從該區(qū)域逸出，并通過電路到達p區(qū)（低電子濃度）。這種電子流動構(gòu)成了電力。

太陽能電池的基本工作原理當太陽光中的光子撞擊太陽能電池并從n區(qū)（高電子濃度）中去除電子時，脫離的電子從該區(qū)域逸出，并通過電路到達p區(qū)（低電子濃度）。這種電子流動構(gòu)成了電力。

單結(jié)太陽能電池可能的[敏感詞]理論效率約為34％（Shockley Queisser Efficiency Limit）。關(guān)于效率的更多信息在接下來的幾章中。

為了尋求更高效率的光伏器件，通過堆疊多層不同的p型和n型半導體來形成多層p-n結(jié)。這使得能夠?qū)⒏鼜V泛的光能轉(zhuǎn)換成電能。

使用不同的半導體材料，例如磷化銦鎵（GaInP），砷化鎵銦（GaInAs）和鍺（Ge）。這些半導體中的每一個都使用不同波長范圍的太陽光來發(fā)電。

多結(jié)太陽能電池的一個例子

太陽能電池的類型

最常見的是晶體硅（c-Si）類型。正如名稱所示，它是由硅晶體制成的。它占據(jù)了目前市場上近90％的太陽能用量。然而市場上有太多的太陽能電池板。它的構(gòu)建材料和形式都不相同。

首先我們看看兩種最常見的硅太陽能光伏 – 單晶硅和多晶硅光伏。

單晶硅太陽能光伏 (Moocrystaline Solar Cells) – [敏感詞]效的硅基太陽能電池，是由人工生長的單晶硅晶片通過切克勞斯基工藝制成的。它具有[敏感詞]的純度，顯得黑暗均勻，并且通常具有切割邊緣的明顯特征，因為從晶錠切下四個側(cè)面以形成均勻的晶片。在溫暖和低光環(huán)境下表現(xiàn)更好，效率在15-22％之間。多晶的太陽能電池也比較昂貴。

典型的多晶太陽能電池板

多晶硅太陽能光伏 (Polycrystaline Solar Cells) – 最經(jīng)濟的硅基太陽能電池。它被稱為多晶硅（p-Si）或（mc-Si）。獨特的斑點特征是由于一起生長的多個互鎖硅晶體。不使用切克勞斯基工藝，而是將熔融硅倒入方形模具中以形成晶體。因此，生產(chǎn)純度較低，成本較低。效率稍低于單晶，特別是在較高的熱量下，效率為13-18％。為了彌補效率略低，與同瓦數(shù)相比，聚太陽能面板的面積要大于面板的面積。而且更新的聚乙烯板有效率，可以與單板競爭。

接下來我們來看看市場上太陽能電池的其他變化 – 薄膜太陽能電池。

典型的薄膜太陽能板

薄膜太陽能電池（TFSC） – 光伏材料不是使用經(jīng)典的硅晶體（晶體厚，硬而脆，在彎曲壓力下會開裂），而是非常薄地沉積在襯底上，使其更加輕便靈活。薄膜面板制造簡單，顯得均勻，看起來很有吸引力，而且靈活。效率變量取決于光伏材料。薄膜電池板可以由多種材料構(gòu)成，主要選擇是非晶硅（a-Si），最普遍的類型是碲化鎘（CdTe）和硒化銅銦鎵（CIS / CIGS）。

• 非晶硅（a-Si）太陽能電池 – 非晶硅太陽能電池沒有使用硅晶體，而是在襯底（例如玻璃和塑料）上非常薄地（很少量的硅 – 約1％）沉積硅。但效率較低，約為7％ – 9％（[敏感詞]效率為13.4％）。它可以在像太陽能計算器這樣的小型消費電子產(chǎn)品中找到。

• 碲化鎘（CdTe）太陽能電池 – 一個更便宜的選擇。它超過了晶體硅太陽能電池板的成本效益?；陧诨k的太陽能電池板的效率通常在9-11％的范圍內(nèi)運行（[敏感詞]的電池效率為19.0％）。但是，由于其成本效益，如果土地面積不是問題，它正被用于多千瓦系統(tǒng)。它占據(jù)了薄膜市場份額的43％。無論如何，鎘是劇毒的。

• 銅銦鎵硒（CIS / CIGS）太陽能電池– 它可以使用玻璃基板或其他柔性基板。 CIGS太陽能電池板的效率通常在10-12％的范圍內(nèi)運行（[敏感詞]的電池效率為20.4％）。薄膜類別的效率[敏感詞]，但三者的成本[敏感詞]。
  
  

建筑一體化光電（BIPV）它更像是太陽能技術(shù)和建筑的混合或整合（或者是硅晶片或者薄膜，或者兩者兼而有之），而不是一個獨立的太陽能電池板。與陽光接觸的外墻，屋頂，窗戶，墻壁以及其他許多東西都可以與光伏材料結(jié)合使用。它們就像發(fā)電的忍者一樣，不是完全隱身的，而是比傳統(tǒng)的方法更有吸引力。

太陽能電池是如何制造的？

想知道太陽能電池是如何制造的？這是一個復雜而又美妙的概念。我們舉一個如何制作單晶硅太陽能電池的例子。盡管硅在地球上是被遺忘的（宇宙中最常見的元素），而沙子主要是硅，但顯然你不能在家制造太陽能。這一切都回到如何通過切克勞斯基人工生長水晶。

(Czochralski process)切克勞斯基工藝是用于獲得單晶（半導體，金屬和寶石）的晶體生長方法。高純度多晶硅（在二氧化硅石英的還原和純化后形成的雜質(zhì)僅為百萬分之幾）在約1500攝氏度的高純度真空坩堝中熔化。

在此期間，可以將摻雜雜質(zhì)添加到熔融硅中以摻雜（改變其材料的電性質(zhì)）硅。 n型硅（電子濃度高于空穴濃度）的普通摻雜劑是磷。普通的p型硅摻雜劑（空穴濃度高于電子濃度）是硼

將軸端的純硅棒作為晶種浸入熔融硅中緩慢拉起，逆時針旋轉(zhuǎn)。硅晶體將通過硅的均勻沉積而在晶種上緩慢生長，形成一個大的圓柱形晶體（或稱為圓形或硅錠），其下面可能重200-700kg。拉，旋轉(zhuǎn)和冷卻的速度（溫度梯度）將決定所形成晶體的質(zhì)量和尺寸。這個過程可能需要幾個星期到幾個月時間，并且占單晶太陽能電池生產(chǎn)成本的三分之一。

之后將硅錠研磨至特定的直徑，并用金剛石鋸將其切成特定的形狀。由直徑約為150毫米的錠塊生產(chǎn)的125毫米×125毫米的晶片，以及由直徑約為200毫米的錠塊生產(chǎn)的156毫米×156毫米的晶片。具有切割邊緣的單晶太陽能電池的奇形狀主要是因為[敏感詞]可用平方表面是由一個圓確定的，以使硅損失最小化。

之后，通過線鋸將硅錠切片以形成硅晶片。這被稱為晶圓。它經(jīng)歷了從晶圓制造太陽能電池的各種過程。

1. 預檢和預處理 :- 選擇具有特定幾何形狀和厚度一致性的良好晶片。

2. 紋理 :- 隨機金字塔紋理蝕刻在表面上以減少入射光的反射損失。

3. 酸洗 :- 去除表面紋理化的粒子。

4. 擴散 :- 將摻雜劑添加到硅晶片以使其導電。例如，預摻雜的p型硼晶片通過在高溫下用磷源擴散而給予負（n型）表面，產(chǎn)生正負（p-n）結(jié)。

5. 蝕刻和邊緣隔離 :- 以除去由晶片邊緣和背面周圍的n型磷擴散形成的不希望的電通路。

6. 蝕刻后清洗 :- 去除蝕刻中的所有顆粒殘留物。

7. 抗反射涂層沉積 :- 減少表面反射并增加吸收的光量。

8. 接觸印刷和干燥 :- 金屬內(nèi)嵌印在晶圓的兩側(cè)以產(chǎn)生歐姆接觸。燒結(jié)爐用于固化晶片上的干燥金屬漿料。干燥后的晶圓可稱為太陽能電池。

9. 測試和太陽能電池分選 :- 太陽能電池在模擬燈下進行測試，并根據(jù)效率和等級進行分類。

形成單晶太陽能電池的復雜過程

在聚甲基丙烯酸甲酯太陽能電池制造中，也經(jīng)歷了上述類似的過程，但沒有切克勞斯基工藝。高純度多晶硅被粉碎熔化，直接鑄成方形多晶硅錠。在沒有切克勞斯基工藝的情況下，工藝速度要快得多，比多晶硅和單晶的成本降低了20-30％。

光伏發(fā)展

美國是現(xiàn)代太陽能光伏發(fā)明者和先驅(qū)。它曾經(jīng)是1954-1996年的光伏主要領(lǐng)導。美國貝爾實驗室的工程師Russell Ohl于1946年獲得了[敏感詞]個現(xiàn)代太陽能電池的專利。[敏感詞]個實用的晶體硅電池于1954年開發(fā)出來，從那以后電池效率得到了提高

隨后，日本在1997 – 2004年率先成為全球[敏感詞]的光伏電力生產(chǎn)國。

德國在2005 – 2014年間領(lǐng)先。 2000年引入“可再生能源法案”，使可再生能源在電網(wǎng)上得到普及。許多人已經(jīng)投資了可再生能源技術(shù)，導致光伏發(fā)電量的增加。 2016年，德國的光伏裝機容量超過了40吉瓦大關(guān)。

中國在2010年初開始涉足光伏太陽能產(chǎn)業(yè)。到2015年底，中國超過了德國的產(chǎn)能，成為世界上[敏感詞]的光伏發(fā)電生產(chǎn)國，并持續(xù)增長。

由于全球?qū)夥黾拥男枨螅杵圃斓某墒煲约肮杵a(chǎn)廠的數(shù)量的增加，光伏正變得越來越受消費者的歡迎。

太陽能效率背后的神話

地球在高層大氣層接收到太陽輻射174瓦（PW）。在太陽光達到海平面之前，約有30％被反射回太空，其余的則被大氣中的分子吸收，如臭氧，氧氣和水。

大氣層頂部和海平面的太陽輻射光譜。由于太陽輻射光的一部分在地球大氣層中被臭氧，氧氣和水吸收,在海平面看到的最終光譜中有許多缺失的波長

太陽能效率基本上是一個平方米多少的光能量被捕獲和轉(zhuǎn)換成電能。

然而，光電半導體材料實際上可以吸收多少光子并轉(zhuǎn)化為電能存在限制。具有較低能量（較長波長）的光子不會被吸收。只有能量高于帶隙能量的光子才能通過在光伏材料中產(chǎn)生電子 – 空穴對來擊退電子并發(fā)電，然而來自光子的多余能量將轉(zhuǎn)化為熱量。

光伏太陽能電池中使用的不同材料的帶隙。注意到在低端和高端具有帶隙的材料往往效率較低。結(jié)晶硅是光伏電池中使用最多的材料，屬于光譜的中間

這使單個p-n結(jié)的太陽能電池的理論上[敏感詞]效率有局限。它被稱為Shockley Queisser效率限制或SQ限制。假設(shè)單個p-n結(jié)的帶隙為1.34eV（使用AM1.5太陽光譜），該極限值使[敏感詞]太陽能轉(zhuǎn)換效率在33.7％左右。

AM 1.5太陽光譜是最常用的標準，因為大部分太陽能使用國位于溫帶地區(qū)（歐洲，中國，日本，美國，印度北部，南非和澳大利亞）。

為了提高超出SQ Limit的太陽能電池的效率，通常需要多結(jié)太陽能電池。其他創(chuàng)新，包括太陽能集中器和量子點被使用，但成本較高。

具有多結(jié)太陽能電池的集中光伏已經(jīng)達到了超過44％的太陽能電池效率。然而，由于成本和復雜性，正常的消費市場仍然遙遙無期。

與100瓦額定值的單晶面板相比，100瓦額定的多晶面板產(chǎn)生的功率輸出量幾乎相同，但是與單晶面板相比，多晶面板的表面會更大，以輸出相同的功率量。薄膜面板的表面會更大，以獲得相同的功率輸出（取決于使用的光伏材料）。

選擇哪個面板的決定取決于我們在哪里放置面板。在一個小屋頂?shù)男》孔樱髦堑玫揭粋€非常高效的太陽能電池板，以獲得[敏感詞]的利益。很明顯，它具有更高的價格標簽。但是，如果你有一塊草坪用于太陽能項目，你可以很容易地得到相同的產(chǎn)量，非常便宜的太陽能電池板效率很低，但覆蓋面積更大。

全球光伏行業(yè)逐漸走出“寒冬”，發(fā)展?jié)u漸回暖，企業(yè)經(jīng)營狀況也得到較大改善。從第四季度財報來看，我國多數(shù)電池骨干企業(yè)扭虧為盈。而且隨著國內(nèi)太陽能市場的開發(fā)，光伏企業(yè)的向好趨勢仍然保持良好勢頭。下面，為您盤點一下全球光伏行業(yè)十大硅片企業(yè)的產(chǎn)能、產(chǎn)量數(shù)據(jù)。

[敏感詞] 協(xié)鑫光伏（GCL） 　　
國家：中國    產(chǎn)能：10GW　 產(chǎn)量：8.6GW 　產(chǎn)能利用率：86%

NO.2 英利 　　 　　
國家：中國 　　產(chǎn)能：2.8GW 　　產(chǎn)量：2.3GW 　產(chǎn)能利用率：82.1%

NO.3 昱輝陽光　　
國家：中國 　　產(chǎn)能：2.2GW 　　產(chǎn)量：2.1GW 　產(chǎn)能利用率：95.5%

NO.4 綠能科技 　　
國家：中國（臺灣）　　產(chǎn)能：2GW 　產(chǎn)量：1.9GW    產(chǎn)能利用率：95%

NO.5 旭陽雷迪 　
國家：中國 　產(chǎn)能：1.8GW 　　產(chǎn)量：1.6GW 　產(chǎn)能利用率：88.9%

NO.6 賽維LDK 　　
國家：中國 　產(chǎn)能：3.3GW 　產(chǎn)量：1.5GW 　產(chǎn)能利用率：45.5%

NO.7 晶科能源 　　
國家：中國 　產(chǎn)能：1.8GW 　產(chǎn)量：1.5GW 　產(chǎn)能利用率：83.3%

NO.8 Nexolon
國家：韓國  產(chǎn)能：1.7GW 　產(chǎn)量：1.3GW   產(chǎn)能利用率：76.5%

NO.9 隆基 　
國家：中國 　產(chǎn)能：1.3GW   產(chǎn)量：1.2GW 　產(chǎn)能利用率：92.3%

[敏感詞]0 天合光能　　
國家：中國　　產(chǎn)能：1.4GW 　 產(chǎn)量：1.2GW 　　產(chǎn)能利用率：85.7%

太陽能電池片

太陽能電池板單晶硅與多晶硅相比要貴一些，兩者區(qū)別如下：

1、制作工藝不同

加工單晶太陽電池片，首先要在硅片上摻雜和擴散，一般摻雜物為微量的硼、磷、銻等。擴散是在石英管制成的高溫擴散爐中進行。這樣就在硅片上形成P/N結(jié)。然后采用絲網(wǎng)印刷法，將配好的銀漿印在硅片上做成柵線，經(jīng)過燒結(jié)，同時制成背電極，并在有柵線的面涂覆減反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉，至此，單晶硅太陽電池的單體片就制成了。

加工多晶太陽電池片工藝過程是選擇電阻率為100～300歐姆厘米的多晶塊料或單晶硅頭尾料，經(jīng)破碎，用1：5的氫氟酸和硝酸混合液進行適當?shù)母g，然后用去離子水沖洗呈中性，并烘干。

用石英坩堝裝好多晶硅料，加入適量硼硅，放入澆鑄爐，在真空狀態(tài)中加熱熔化。熔化后應保溫約20分鐘，然后注入石墨鑄模中，待慢慢凝固冷卻后，即得多晶硅錠。這種硅錠可鑄成立方體，以便切片加工成方形太陽電池片，可提高材質(zhì)利用率和方便組裝。

2、光電轉(zhuǎn)換率不同

單晶硅電池片在實驗室[敏感詞]轉(zhuǎn)化效率為24.7%，普通商品化的轉(zhuǎn)換效率為10%-18%。多晶硅太陽能電池實驗室[敏感詞]效率達到20.3%，普通商品化的一般為10%-16%。雖然看上去單晶硅的轉(zhuǎn)化率更高，但單晶和多晶電池片，制成的太陽能板成品最終的效率是差不多的。

首先，單晶硅太陽能電池和多晶硅太陽能電池的壽命和穩(wěn)定性都很好。其次，雖然單晶硅太陽能電池的平均轉(zhuǎn)換效率比多晶硅太陽能電池的平均轉(zhuǎn)換效率高2%左右，但是由于單晶硅太陽能電池只能做成準正方形（四個頂端是圓?。斀M成太陽能電池組件時就有一部分面積填不滿，而多晶硅太陽能電池是正方形，不存在這個問題。因此對于太陽能電池板來說，效率基本是一樣的。

3、外觀不同

顏色：單晶硅面底色是黑色或淡藍色，多晶硅面底色多是藍色或彩色。

面積：相同功率的單晶板跟多晶板比較，多晶板面積稍大于單晶板面積。

太陽能板：單晶硅太陽能電池片因為制作工藝問題，一般其半成硅錠為圓柱形，切片后單片單晶硅電池片的四角為圓角，拼接成太陽能板后，會有明顯的菱形空隙。

多晶硅太陽能電池片，一般其半成硅錠為立方體形，切片后單片多晶硅電池片為方形，拼接成太陽能板時，有[敏感詞]的填充率，產(chǎn)品相對也比較美觀。

4、市場趨勢與價格不同

由于兩種太陽能電池材料的制造工藝不一樣，多晶硅太陽能電池制造過程中消耗的能量要比單晶硅太陽能電池少30%左右。

從制作成本上來講，多晶硅太陽能電池比單晶硅太陽能電池要便宜一些，材料制造更簡便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此多晶太陽能電池板在如今得到大量發(fā)展，也是使用的最廣泛的太陽能電池板。

所以單晶太陽能板市場價格相對高一些，但多晶太陽能板的安裝使用更加廣泛。不過由于單晶電池不能鋪滿整塊太陽能板，而多晶電池沒有面積上的浪費，所以綜合起來，兩者的發(fā)電效率并沒有多大的差別。

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