鉅大LARGE | 點擊量：1119次 | 2021年12月15日
一文讀懂太陽能電池的過去、現(xiàn)在和未來
幾個世紀以來，人類一直在利用太陽的力量，從聚光鏡到玻璃集熱器，各種各樣的巧妙方法。現(xiàn)代太陽能電池技術(shù)的基礎(chǔ)是亞歷山大·貝克勒爾（AlexandreBecquerel）于1839年建立的，當(dāng)時他觀察了某些材料的光電效應(yīng)。表現(xiàn)出光電效應(yīng)的材料在暴露于光時會發(fā)射電子，從而將光能轉(zhuǎn)換為電能。1883年，查爾斯·弗里特（CharlesFritt）通過在硒上涂上一層很薄的金來設(shè)計了一個光伏電池。這種基于金-硒結(jié)的太陽能電池的效率為1％。亞歷山大·斯托列托夫（AleksandrStoletov）于1988年根據(jù)外部光電效應(yīng)創(chuàng)建了一個電池。
愛因斯坦在1904年發(fā)表的有關(guān)光電效應(yīng)的論文拓寬了太陽能電池的研究范圍，貝爾實驗室于1954年生產(chǎn)了第一個現(xiàn)代光電電池。它們的效率達到了4％，但仍無法達到成本效益，因為可以使用更便宜的替代品：煤。然而，事實證明，這項技術(shù)具有成本效益，非常適合為太空飛行任務(wù)提供動力。1959年，霍夫曼（Hoffman）電子成功制造出效率為10％的太陽能電池。
太陽能電池技術(shù)逐漸變得更加有效，到1970年代，在地面上使用太陽能電池板變得可行。在接下來的幾年中，太陽能電池模塊的成本顯著降低，并且其使用變得更加廣泛。隨著時間的推移，晶體管時代的到來以及隨后的半導(dǎo)體技術(shù)的實現(xiàn)，使太陽能電池的效率大大提高。
第一代太陽能電池
常規(guī)的基于晶片的電池屬于第一代類別。這些基于晶體硅的電池主導(dǎo)了商業(yè)市場。單元的結(jié)構(gòu)可以是單晶或多晶的。單晶太陽能電池是通過切克勞斯基（Czochralski）工藝由硅酮晶體構(gòu)成的。硅晶體是從大錠上切下來的。單晶的發(fā)展需要精確的處理，因為電池的“重結(jié)晶”階段非常昂貴且復(fù)雜。這些電池的效率約為20％。多晶硅太陽能電池通常由許多不同的晶體組成，在制造過程中，這些晶體在一個電池中組合在一起。多晶硅電池更經(jīng)濟，因此迄今為止最受歡迎。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
第二代太陽能電池
第二代太陽能電池安裝在建筑物和獨立系統(tǒng)中。電力公司也傾向于太陽能電池板中的這項技術(shù)。這些電池使用薄膜技術(shù)，并且比第一代基于晶圓的電池經(jīng)濟得多。硅晶片的光吸收層的厚度約為350μm，而薄膜電池的厚度約為1μm。第二代太陽能電池的三種常見類型是：
1.非晶硅（a-Si）
2.碲化鎘（CdTe）
3.硒化銅銦鎵（CIGS）
非晶硅薄膜太陽能電池已經(jīng)投放市場超過20年，a-Si可能是最成熟的薄膜太陽能電池技術(shù)。在非晶（a-Si）太陽能電池生產(chǎn)過程中的低處理溫度允許使用各種低成本的聚合物和其他柔性基板。這些基板需要較少的處理能量。“非晶”一詞用于描述這些電池，因為它們的結(jié)構(gòu)不如結(jié)晶晶片。它們是通過在襯底背面涂覆摻雜的硅含量制成的。
CdTe是具有直接帶隙晶體結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體。這對于光吸收是極好的，因此效率顯著提高。在整個生命周期的基礎(chǔ)上，該技術(shù)更便宜，碳足跡最小，用水最少，回收期更短。盡管鎘是有毒的，但這可以通過材料回收來解決。然而，仍然存在對此的關(guān)注，因此廣泛使用受到限制。
CIGS電池是通過在塑料或玻璃基板上沉積一層薄薄的銅，銦，鎵和硒化物制成的。電極兩側(cè)均安裝有電流以收集電流。由于高吸收系數(shù)并因此強烈吸收了陽光，因此該材料需要比其他半導(dǎo)體材料薄得多的薄膜。CIGS電池非常經(jīng)濟且非常有效。
第三代太陽能電池
第三代太陽能電池包括旨在超越Shockley-Queisser（SQ）限制的最新新興技術(shù)。這是單個pn結(jié)太陽能電池可以達到的最大理論效率（31％至41％）。當(dāng)前，最流行，最先進的新興太陽能電池技術(shù)包括：
1.量子點太陽能電池
2.染料敏化太陽能電池
3.聚合物基太陽能電池
4.鈣鈦礦基太陽能電池
量子點（QD）太陽能電池由過渡金屬基半導(dǎo)體的納米晶體組成。將納米晶體在溶液中混合，然后分層到硅襯底上。通常，光子將通過在常規(guī)化合物半導(dǎo)體太陽能電池中創(chuàng)建單個電子空穴對來激發(fā)電子。但是，如果光子擊中特定半導(dǎo)體材料的QD，則會產(chǎn)生幾對（通常是兩對或三對）電子空穴。
染料敏化太陽能電池（DSSC）最早是在1990年代開發(fā)的，具有廣闊的發(fā)展前景。它們按照人工光合作用的原理工作，由電極之間的染料分子組成。這些電池具有成本效益，并具有易于加工的優(yōu)點。它們是透明的，并在很寬的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定性和固態(tài)。據(jù)報道這些電池的效率高達13％。
聚合物太陽能電池被認為是“柔性”太陽能電池，因為所使用的基材是聚合物或塑料。它們由薄薄的功能層組成，這些薄層依次連接并涂覆在帶或聚合物箔上。它通常是供體（聚合物）和受體（富勒烯）的組合。存在多種類型的日光吸收材料，包括諸如共軛聚合物的有機材料。聚合物太陽能電池的特殊屬性為開發(fā)包括紡織品和織物在內(nèi)的可拉伸太陽能設(shè)備開辟了新的門戶。
基于鈣鈦礦的太陽能電池是相對較新的創(chuàng)新，它們基于鈣鈦礦化合物（兩種陽離子和鹵化物的組合）。這些太陽能電池基于最先進的技術(shù)，效率約為31％。它們具有極大地改變汽車工業(yè)的潛力，但是這些電池的穩(wěn)定性仍然存在問題。
從基于硅晶片的電池到最新的“新興”太陽能電池技術(shù)，太陽能電池技術(shù)顯然已經(jīng)走了很長一段路。這些進步無疑將在減少碳足跡并最終實現(xiàn)可持續(xù)能源夢想方面發(fā)揮重要作用。基于納米晶體量子點的技術(shù)具有將全部太陽光譜的60％以上轉(zhuǎn)化為電能的理論潛力。此外，基于聚合物的柔性太陽能電池開辟了可能性的領(lǐng)域。新興技術(shù)的主要問題是隨著時間的推移不穩(wěn)定和退化。但是，正在進行的研究顯示出希望，這些最新的太陽能電池模塊的廣泛商業(yè)化可能還差得很遠。
