太陽能電池的應用及發展趨勢

潘星火

摘 要：隨著全球一次性能源緊缺的趨勢越來越嚴峻，開發和利用清潔能源以及二次能源已經成為世界各行業研究的重點課題。太陽能電池是可以將光能轉化為電能的一種裝置，在目前溫室效應愈演愈烈的環境下可以為資源進行一定數量的補充，文章將會對太陽能電池的應用以及發展趨勢做出分析，為我國電力資源的供應奠定良好的基礎。

關鍵詞： 太陽能電池；發展趨勢；應用領域

能源數量消耗的增加必然會出現一種新的技術為其減輕壓力，我國傳統的火力發電技術十分完善，但是隨著社會電力資源需求的不斷增加，煤炭等可燃燒的資源已經瀕臨殆盡，而且很多石油資源攜帶著一定含量的二氧化硫和氮系化合物，會在沒有過濾和凈化措施的前提下對大氣和環境產生大量污染。在面對資源枯竭危機以及環境污染的前提下，各國的創新技術研究部門都在積極地開展可再生能源利用裝置的實驗工作，為社會活動和生產生活提供足夠的電力資源。

一、太陽能電池的應用

太陽能電池最開始的應用領域是空間站的能源供應，在上個世紀光伏發電被很多人重視，太陽能電池的開發和研究都是在這個時期得到有效的發展的，特別是在十九世紀末期出現石油危機之后，有更多的科研部門加緊了針對太陽能電池的研發進程。太陽能電池根據制作材料的不同分為了化合物太陽能電池、硅太陽能電池、有機薄膜太陽能電池以及染料敏化太陽能電池等種類，其中硅太陽能電池被應用的范圍非常廣泛，因此又被細化分為了多晶硅太陽能電池、單晶硅太陽能電池以及非晶硅太陽能電池。在對電力企業進行基本的調查之后可以得知，太陽能電池已經被廣泛的應用在了并網發電、離網發電以及相關的商業電力領域。每一種太陽能電池對于光的轉化率是不同的，其中單晶硅太陽能電池的光電轉化率為百分之二十，而非晶硅的太陽能電池只有百分之五左右，但是由于成本以及市場需求等原因，處于中等轉化水平的多晶硅太陽能電池被應用的范圍最廣，成為了光伏市場中較為搶手的主導產品。總體來說，目前最適合太陽能電池的材料是硅，但是如果僅僅使用硅作為原料會讓太陽能電池的成本無限提高，因此人們會嘗試使用很多的化合物來代替硅元素，其中有著鈣系的半導體材料、砷化鎵化合物材料以及銅銦硒薄膜材料等等，還有一些太陽能電池廠家會將兩個獨立的電池疊加在一起，獲取更好的光電轉化效率。

太陽能電池的具體可以用在高原或者邊境區域的軍用發電系統中，讓邊遠地區的軍民也可以在生活和工作有著充足的電力資源使用，另外現在城市中很多小區的建筑樓頂也設立了太陽能電池裝置，為其中居住的人們提供光熱轉化的效果。我國城市中的交通和基礎設施建設也應用到了太陽能電池板，例如路燈和交通崗的信號燈都是由其附帶的太陽能電池板供應電量的。除了生活中常見的設施，海洋、氣象、石油等領域也常常會應用太陽能電池，很多地區的水文和氣象觀察以及檢測設備都是由太陽能供電的，同時我國在各個省份和地區都設立了光伏電站，可以將太陽能、風能、石油能源互相補充，協調產生電力資源。還有一些汽車廠家也會將太陽能電池與汽車的動力系統和充電設備相匹配，形成太陽能電動車或者是太陽能式充電汽車，車內的空調、換氣扇以及車載冰箱的電能都可以用太陽能電池供電。我國目前新研發了一種將太陽能制成的氫加燃料電池，可以為海水轉化淡水的過程提供電量，另外在航天、衛星以及空間站中也有應用。

二、太陽能電池的發展趨勢

至今，國際上的太陽能電池已經發展到了第2代。第1代太陽能電池包括單晶硅和多晶硅2種， 工化產品效率一般為百分之十五以內，目前可工業化生產可獲得利潤的太陽能電池就是指第1代電池。但是由于生產工藝等因素使得該類型的電池生產成本較高。第2代太陽能電池是薄膜太陽能電池， 其成本低于第1代， 可大幅度增加電池板制造面積， 但是效率不如第1代。國際國內市場正在火熱進行第 2代產品的投資。在將來的第3代太陽能電池應該具有上兩代的綜合特征：為薄膜化、高效率、原材料豐富和無毒性。可望實現的第3代電池效率的途徑包括，疊層電池、多帶光伏電池、碰撞離化、光子下轉換、熱載流子電池、熱離化、熱光伏電池等。從表1中列出的實用化太陽能電池產品中可以大體看出，單晶硅、多晶硅技術成熟、光電效率轉化效率高，但由于成本高，人們致力于價格低廉的多晶硅、非晶硅薄膜電池的開發以及砷化鎵等Ⅲ一V族化合物、硫化鎘、碲化鎘及銅銦硒薄膜電池等其他材料太陽能電池的開發。從技術成本上看，有希望發展成與單晶硅、多晶硅太陽能電池相抗衡的是沒有污染、價格低廉、穩定性好的多晶硅薄膜電池和沒有光電效率衰退效應、轉換率較高、穩定性好、工藝簡單的 CIS 電池。

國際上在目前對太陽能電池材料硅化物的綜合利用主要有兩個發展趨勢，一方面是以四氯化硅為原料生產其它化工產品如白碳黑、有機硅、硅酸乙酯、光纖預制棒等；另一方向是氫化還原為三氯化硅對四氯化硅進行循環利用。太陽能電池的主要組成部件多晶硅的生產提純過程耗電量非常大，加上其他部件生成過程的能耗，其生產過程超過了現有社會條件所能接受的范圍。因此，降低精餾提純三氯氫硅過程的能耗對提高中國企業競爭力具有重要意義。

三、太陽能電池發展中遇到的問題

2010年，我國太陽能電池產量達八千兆瓦，該規模已經達到全球的一半。但是國內市場的需求卻僅僅四百兆瓦，占全球比例的百分之五，出口比例高達9百分之九十五。因此，我國太陽能光伏產業在高速發展的同時，還面臨著日益嚴峻的貿易摩擦。以德國光伏公司為首的七家企業聯合向美國政府遞交了對中國出口到美國的太陽能電池進行反傾銷和反補貼調查申請，而美國商務部也啟動了立案調查。之后，美國國際貿易委員會針對美對華“雙反”做出初裁，認定中國出口的太陽能電池及其組件價格低于合理價值，并得到中國政府的補貼，對美國的光伏產業是一種損害。

結束語：

綜上所述，為了降低環境污染以及能源消耗的危機，各個國家和行業都在開展太陽能電池的開發和研制工作，其中以硅基太陽能電池為主，但是也有很多的材料可以將其高昂的價格進行取代，因此研究部門應當加強太陽能電池材料的研究工作，為降低我國能源消耗數量做出貢獻。■

參考文獻

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