太阳能电池技术的发展

由于新的技术发展,太阳能电池的效率稳步提高,而生产成本继续下降。太阳能电池将阳光直接转化成电:如果光子,形成在合适的材料吸收的光的粒子阳性和阴性电荷载流子被传输到太阳能电池的电极上,并因此产生一个电压。

多年来,太阳能发电的重要性迅速增加,同时成本下降。自2000年以来,世界市场每年平均增长44%。在同一时期,太阳能组件的价格下降了约90%,每瓦安装不到50美分。截至2014年底,全球光伏系统的装机容量总计183千兆瓦,其中略超过五分之一。目前,硅基太阳能电池的市场份额为92%,效率在21%至26%之间。
不到90%,自20世纪90年代以来的生产重点已从欧洲和美国转移到亚洲,特别是中国和台湾。在欧洲,2014年生产了6%,美国和日本各生产了4%。尽管如此,德国研究机构仍然在开发更高效的太阳能电池和新电池概念以及优化模块生产方面占据全球领先地位。例如,太阳能系统研究所凭借由化合物半导体制成的四重太阳能电池,效率创下了46%的世界纪录。

除了用于大规模生产太阳能电池组件的与间隔材料的最重要的硅,是合适的化合物半导体,例如碲化镉,铜铟镓硒化物和砷化镓,一些有机化合物或供能的光电转换钙钛矿型结晶含铅。这种多样性打开下一个刚性细胞用于太阳能公园额外的应用,例如弹性,集成到服装发电机和Windows低印刷或透明的太阳能模块。
硅太阳能电池的主导地位并非巧合。绑定到二氧化硅,沙或石英的形式,或硅酸盐熔体,它是在地壳中最丰富的元素,适用于全球和相对便宜。由于计算机行业的发展,纯硅的加工已经走过了漫长的道路,太阳能电池制造商可以在早期大量使用这种材料。复杂的太阳能电池,包括一个特殊结构的硅层,以更好地吸收光,使用380至1150纳米的大部分太阳光谱发电。

目前最好的电池由单晶硅组成,在实验室中效率为25.6%,在太阳能电池模块中效率为22.9%。为了实现这些相对较高的值,近年来细胞生产得到了改善。因此,硅太阳能电池的背面用诸如氧化铝的介电材料保护。该层有效地阻止了太阳能电池中正负电荷载流子的不希望的重组。在前面,晶格型磷掺杂金属电极提高了效率,因为由于硅界面处的电阻较低,所产生的电子可以更好地流动。在制造中,正面与电极的接触,它们从后面穿过细胞。结果,电极屏蔽较少的电池区域免受阳光照射,并且每个区域的电流效率增加。

然而,目前生产的硅太阳能电池中有一半以上使用多晶硅。这是为了制造显著较不昂贵,所以从20.8%和在模块中18.5%的电流最大值的降低的效率被接受。成本下降不仅仅是由于成熟的大规模生产。而且,纯单晶硅或多晶硅中材料的使用减少了一半以上。因此,在硅层现在只有180微米厚,而不是400微米在1990年和300微米的硅太阳能电池在2004年进一步降低成本可在生产的优化可以预料的,不倾向于在效率显著增加。硅的理论最大可实现效率为29%,因为该材料不吸收太阳光中的长波光子。

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