基本介紹
- 中文名：太陽能電池板
- 外文名：Solar panel
- 主要材料：矽”
- 能源：太陽能
- 是否可再生：可再生
- 污染指數：低
結構組成,材料分類,單晶矽,多晶矽,非晶矽,多元化合物,柔性電池,套用領域,發電原理,功率計算,發電效率,使用壽命,製作流程,測試方法,檢測與維護,新型開發,新型塗層,植物材料,
結構組成
1） 鋼化玻璃 其作用為保護髮電主體（如電池片），透光其選用是有要求的， 1.透光率必須高（一般91%以上）；2.超白鋼化處理
2） EVA 用來粘結固定鋼化玻璃和發電主體（如電池片），透明EVA材質的優劣直接影響到組件的壽命，暴露在空氣中的EVA易老化發黃，從而影響組件的透光率，從而影響組件的發電質量除了EVA本身的質量外，組件廠家的層壓工藝影響也是非常大的，如EVA膠連度不達標，EVA與鋼化玻璃、背板粘接強度不夠，都會引起EVA提早老化，影響組件壽命。
3）電池片主要作用就是發電，發電主體市場上主流的是晶體矽太陽電池片、薄膜太陽能電池片，兩者各有優劣。晶體矽太陽能電池片,設備成本相對較低，但消耗及電池片成本很高，但光電轉換效率也高，在室外陽光下發電比較適宜；薄膜太陽能電池，相對設備成本較高，但消耗和電池成本 很低，但光電轉化效率相對晶體矽電池片一半多點，但弱光效應非常好，在普通燈光下也能發電，如計算器上的太陽能電池。
4）EVA作用如上，主要粘結封裝發電主體和背板
太陽能電池板
太陽能電池板5） 背板 作用，密封、絕緣、防水（一般都用TPT、TPE等材質必須耐老化，大部分組件廠家都質保25年，鋼化玻璃，鋁合金一般都沒問題，關鍵就在與背板和矽膠是否能達到要求。）
6）鋁合金保護層壓件，起一定的密封、支撐作用
7） 接線盒 保護整個發電系統，起到電流中轉站的作用，如果組件短路接線盒自動斷開短路電池串，防止燒壞整個系統。接線盒中最關鍵的是二極體的選用，根據組件內電池片的類型不同，對應的二極體也不相同
8） 矽膠 密封作用，用來密封組件與鋁合金框線、組件與接線盒交界處。有些公司使用雙面膠條、泡棉來替代矽膠，國內普遍使用矽膠，工藝簡單，方便，易操作，而且成本很低。
材料分類
當前，晶體矽材料（包括多晶矽和單晶矽）是最主要的光伏材料，其市場占有率在90%以上,而且在今後相當長的一段時期也依然是太陽能電池的主流材料。多晶矽材料的生產技術長期以來掌握在美、日、德等3個國家7個公司的10家工廠手中，形成技術封鎖、市場壟斷的狀況。多晶矽的需求主要來自於半導體和太陽能電池。按純度要求不同，分為電子級和太陽能級。其中，用於電子級多晶矽占55%左右，太陽能級多晶矽占45%，隨著光伏產業的迅猛發展，太陽能電池對多晶矽需求量的增長速度高於半導體多晶矽的發展，預計到2008年太陽能多晶矽的需求量將超過電子級多晶矽。 1994年全世界太陽能電池的總產量只有69MW，而2004年就接近1200MW，在短短的10年裡就增長了17倍。
非晶矽電池板：薄膜太陽能電池、有機太陽能電池。
化學染料電池板：染料敏化太陽能電池。
柔性太陽能電池
單晶矽
單晶矽太陽能電池的光電轉換效率為18%左右，最高的達到24%，這是所有種類的太陽能電池中光電轉換效率最高的，但製作成本很大，以致於它還不能被普遍地使用。由於單晶矽一般採用鋼化玻璃以及防水樹脂進行封裝，因此其堅固耐用，使用壽命可達25年。
多晶矽
多晶矽太陽電池的製作工藝與單晶矽太陽電池差不多，但是多晶矽太陽能電池的光電轉換效率則要降低不少，其光電轉換效率約16%左右。 從製作成本上來講，比單晶矽太陽能電池要便宜一些，材料製造簡便，節約電耗，總的生產成本較低，因此得到大量發展。此外，多晶矽太陽能電池的使用壽命也要比單晶矽太陽能電池短。從性能價格比來講，單晶矽太陽能電池還略好。
非晶矽
非晶矽太陽電池是1976年出現的新型薄膜式太陽電池，它與單晶矽和多晶矽太陽電池的製作方法完全不同，工藝過程大大簡化，矽材料消耗很少，電耗更低，它的主要優點是在弱光條件也能發電。但非晶矽太陽電池存在的主要問題是光電轉換效率偏低，國際先進水平為10%左右，且不夠穩定，隨著時間的延長，其轉換效率衰減。
多元化合物
多元化合物太陽電池指不是用單一元素半導體材料製成的太陽電池。各國研究的品種繁多，大多數尚未工業化生產，主要有以下幾種：a)硫化鎘太陽能電池b)砷化鎵太陽能電池c)銅銦硒太陽能電池(新型多元帶隙梯度Cu(In, Ga)Se2薄膜太陽能電池)
Cu(In, Ga)Se2是一種性能優良太陽光吸收材料，具有梯度能帶間隙（導帶與價帶之間的能級差）多元的半導體材料，可以擴大太陽能吸收光譜範圍，進而提高光電轉化效率。以它為基礎可以設計出光電轉換效率比矽薄膜太陽能電池明顯提高的薄膜太陽能電池。可以達到的光電轉化率為18%，而且，此類薄膜太陽能電池到目前為止，未發現有光輻射引致性能衰退效應（SWE），其光電轉化效率比商用的薄膜太陽能電池板提高約50~75%，在薄膜太陽能電池中屬於世界的最高水平的光電轉化效率。
柔性電池
柔性薄膜太陽能電池是相對於常規太陽能電池來區分的。
常規太陽能電池一般是兩層玻璃中間是EVA材料和電池片的結構，這樣的組件重量較重，安裝的時候需要支架，不易移動。
柔性薄膜太陽能電池不需要採用玻璃背板和蓋板，重量比雙層玻璃的太陽能電池片組件輕80%，採用pvc背板和ETFE薄膜蓋板的柔性電池片甚至可以任意彎曲，方便攜帶。安裝的時候也不需要特殊的支架，可以方便安裝在屋頂，和帳篷頂上使用。
缺點是光電的轉換效率要比常規的晶矽組件低。
套用領域
1.用戶太陽能電源：（1）小型電源10-100W不等，用於邊遠無電地區如高原、海島、牧區、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機等；（2）3-5KW家庭屋頂併網發電系統；（3）光伏水泵：解決無電地區的深水井飲用、灌溉。
2. 交通領域：如航標燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標誌燈、宇翔路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。
3. 通訊/通信領域：太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播/通訊/尋呼電源系統；農村載波電話光伏系統、小型通信機、士兵GPS供電等。
4. 石油、海洋、氣象領域：石油管道和水庫閘門陰極保護太陽能電源系統、石油鑽井平台生活及應急電源、海洋檢測設備、氣象/水文觀測設備等。
5.燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節能燈等。
6.光伏電站：10KW-50MW獨立光伏電站、風光（柴）互補電站、各種大型停車廠充電站等。
7.太陽能建築：將太陽能發電與建築材料相結合，使得未來的大型建築實現電力自給，是未來一大發展方向。
8.其他領域包括：（1）與汽車配套：太陽能汽車/電動車、電池充電設備、汽車空調、換氣扇、冷飲箱等；（2）太陽能制氫加燃料電池的再生髮電系統；（3）海水淡化設備供電；（4）衛星、太空飛行器、空間太陽能電站等。
發電原理
太陽電池是一種對光有回響並能將光能轉換成電力的器件。能產生光伏效應的材料有許多種，如：單晶矽，多晶矽， 非晶矽，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發電原理基本相同，現以晶體矽為例描述光發電過程。 P型晶體矽經過摻雜磷可得N型矽，形成P-N結。
當光線照射太陽電池表面時，一部分光子被矽材料吸收;光子的能量傳遞給了矽原子，使電子發生了躍遷，成為自由電子在P-N結兩側集聚形成了電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產生一定的輸出功率。這個過程的實質是：光子能量轉換成電能的過程。
一、太陽能發電方式太陽能發電有兩種方式，一種是光—熱—電轉換方式，另一種是光—電直接轉換方式。
（1） 光—熱—電轉換方式通過利用太陽輻射產生的熱能發電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換成工質的蒸氣，再驅動汽輪機發電。前一個過程是光—熱轉換過程；後一個過程是熱—電轉換過程，與普通的火力發電一樣。太陽能熱發電的缺點是效率很低而成本很高，估計它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍。一座1000MW的太陽能熱電站需要投資20～25億美元，平均1kW的投資為2000～2500美元。因此，適用小規模特殊的場合，而大規模利用在經濟上很不合算，還不能與普通的火電站或核電站相競爭。
太陽能電池板
太陽能電池板（2） 光—電直接轉換方式該方式是利用光電效應，將太陽輻射能直接轉換成電能，光—電轉換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由於光生伏特效應而將太陽光能直接轉化為電能的器件，是一個半導體光電二極體，當太陽光照到光電二極體上時，光電二極體就會把太陽的光能變成電能，產生電流。當許多個電池串聯或並聯起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優點.太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發電、核能發電相比，太陽能電池不會引起環境污染；太陽能電池可以大中小並舉，大到百萬千瓦的中型電站，小到只供一戶用的太陽能電池組，這是其它電源無法比擬的
功率計算
太陽能交流發電系統是由太陽電池板、充電控制器、逆變器和蓄電池共同組成；太陽能直流發電系統則不包括逆變器。為了使太陽能發電系統能為負載提供足夠的電源，就要根據用電器的功率，合理選擇各部件。下面以100W輸出功率，每天使用6個小時為例，介紹一下計算方法：
1.首先應計算出每天消耗的瓦時數(包括逆變器的損耗)：若逆變器的轉換效率為90%，則當輸出功率為100W時，則實際需要輸出功率應為100W/90%=111W；若按每天使用5小時，則輸出功率為111W*5小時=555Wh。
2.計算太陽能電池板：按每日有效日照時間為6小時計算，再考慮到充電效率和充電過程中的損耗，太陽能電池板的輸出功率應為555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充電過程中，太陽能電池板的實際使用功率。
發電效率
單晶矽太陽能的光電轉換效率最高的達到24%,這是目前所有種類的太陽能電池中光電轉換效率最高的。但是單晶矽太陽能電池的製作成本很大，以至於它還不能被大量廣泛和普遍地使用。多晶矽太陽能電池從製作成本上來講，比單晶矽太陽能電池要便宜一些，但是多晶矽太陽能電池的光電轉換效率則要降低不少，此外，多晶矽太陽能電池的使用壽命也要比單晶矽太陽能電池短。因此，從性能價格比來講，單晶矽太陽能電池還略好。
研究者發現有一些化合物半導體材料適於作太陽能光電轉化薄膜。例如CdS,CdTe；Ⅲ-V化合物半導體：GaAs,AIPInP等；用這些半導體製作的薄膜太陽能電池表現出很好光電轉化效率。具有梯度能帶間隙多元的半導體材料，可以擴大太陽能吸收光譜範圍，進而提高光電轉化效率。使薄膜太陽能電池大量實際的套用呈現廣闊的前景。在這些多元的半導體材料中Cu(In,Ga)Se2是一種性能優良太陽光吸收材料。以它為基礎可以設計出光電轉換效率比矽明顯地高的薄膜太陽能電池,可以達到的光電轉化率為18%.
使用壽命
太陽能電池板的使用壽命由電池片，鋼化玻璃，EVA，TPT等的材質決定，一般會用好一點材料的廠家做出來的電池板使用壽命可以達到25年，但隨著環境的影響，太陽能電池板的材料會隨著時間的變化而老化。一般情況下用到20年功率會衰減30%，用到25年功率會衰減70%。
製作流程
切片，清洗，製備絨面，周邊刻蝕，去除背面PN+結，製作上下電極，製作減反射膜，燒結，測試分檔等10步。
太陽能電池具體的製作工藝說明
（1） 切片：採用多線切割，將矽棒切割成正方形的矽片。
（2） 清洗：用常規的矽片清洗方法清洗，然後用酸（或鹼）溶液將矽片表面切割損傷層除去30－50um。
（3） 製備絨面：用鹼溶液對矽片進行各向異性腐蝕在矽片表面製備絨面。
（4） 磷擴散：採用塗布源（或液態源，或固態氮化磷片狀源）進行擴散，製成PN+結，結深一般為0.3－0.5um。
（5） 周邊刻蝕：擴散時在矽片周邊表面形成的擴散層，會使電池上下電極短路，用掩蔽濕法腐蝕或等離子乾法腐蝕去除周邊擴散層。
（6） 去除背面PN+結。常用濕法腐蝕或磨片法除去背面PN+結。
（7） 製作上下電極：用真空蒸鍍、化學鍍鎳或鋁漿印刷燒結等工藝。先製作下電極，然後製作上電極。鋁漿印刷是大量採用的工藝方法。
（8） 製作減反射膜：為了減少入反射損失，要在矽片表面上覆蓋一層減反射膜。製作減反射膜的材料有MgF2 ，SiO2 ，Al2O3 ，SiO ，Si3N4 ，TiO2 ，Ta2O5等。工藝方法可用真空鍍膜法、離子鍍膜法，濺射法、印刷法、PECVD法或噴塗法等。
（9） 燒結：將電池晶片燒結於鎳或銅的底板上。
（10）測試分檔：按規定參數規範，測試分類。
測試方法
大氣質量AM1.5， 光照強度1000W/m2，溫度25℃。
（2）開路電壓：用500W的鹵鎢燈，0～250V的交流變壓器，光強設定為3.8~4.0萬LUX，燈與測試平台的距離大約為15-20CM，直接測試值為開路電壓；
（3）在該條件下，太陽能電池組件所輸出的最大功率稱為峰值功率，在很多情況下，組件的峰值功率通常用太陽能模擬儀測定。影響太陽能電池組件輸出性能的主要因素有以下幾點：
1）負載阻抗
2）日照強度
3）溫度
4）陰影
檢測與維護
1、檢查電池板有無破損，要做到及時發現，及時更換。
2、檢查電池板連線線及地線是否接觸良好，有無脫落現象。
3、檢查匯流箱接線處是否有發熱現象。
4、檢查電池板支架有無鬆動和斷裂現象。
5、檢查清理電池板周圍遮擋電池板的雜草。
6、檢查電池板表面有無遮蓋物。
7、檢查電池板表面上的鳥糞，必要時進行清理。
8、對電池板的清潔程度進行鑑定。
9、大風天氣應對電池板及支架進行重點檢查。
10、大雪天應對電池板進行及時清理，避免電池板表面積雪凍冰。
11、大雨應檢查所有的防水密封是否良好，有無漏水現象。
12、檢查是否有動物進入電站對電池板進行破壞。
13、冰雹天氣應對電池板表面進行重點檢查。
14、對電池板溫度進行檢測，與環境溫度相比較進行分析。
15、對所檢查出來的問題要要及時進行處理，分析、總結。
16、對每次檢查要做詳細的記錄，以便於以後的分析。
17、做分析總結記錄並歸檔。
新型開發
新型塗層
普通太陽能電池板通常只能吸收部分太陽光譜，而且通常只在吸收直射的太陽光時工作效率較高，因此很多太陽能裝置都配備自動調整系統，以保證太陽能電池板始終與太陽保持最有利於吸收能量的角度。
植物材料
2013年2月18日，日本一個研究小組卻以木漿為原料，研發出一種新型太陽能電池板，這種“紙糊的”太陽能電池環保、廉價且超薄可彎曲，將來可能大有用武之地。
據稱，“紙糊的”太陽能電池光電轉換效率只有3%，遠不及一般發電用太陽能電池10%至20%的轉換率，但和玻璃基板太陽能電池差不多，而且便攜易用，製造簡單，成本極低，開發者希望幾年後能實用。
