太陽(yáng)光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對(duì)，在p-n結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，光生空穴流向p區(qū)，光生電子流向n區(qū)，接通電路后就產(chǎn)生電流。這就是光電效應(yīng)太陽(yáng)能電池的工作原理。

太陽(yáng)能發(fā)電有兩種方式，一種是光—熱—電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光—電直接轉(zhuǎn)換方式。

光—熱—電轉(zhuǎn)換

光—熱—電轉(zhuǎn)換方式通過(guò)利用太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽(yáng)能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。前一個(gè)過(guò)程是光—熱轉(zhuǎn)換過(guò)程；后一個(gè)過(guò)程是熱—電轉(zhuǎn)換過(guò)程，與普通的火力發(fā)電一樣。太陽(yáng)能熱發(fā)電的缺點(diǎn)是效率很低而成本很高，估計(jì)它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍。一座1000MW的太陽(yáng)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，只能小規(guī)模地應(yīng)用于特殊的場(chǎng)合，而大規(guī)模利用在經(jīng)濟(jì)上很不合算，還不能與普通的火電站或核電站相競(jìng)爭(zhēng)。

光—電直接轉(zhuǎn)換

太陽(yáng)能電池發(fā)電是根據(jù)特定材料的光電性質(zhì)制成的。黑體(如太陽(yáng))輻射出不同波長(zhǎng)(對(duì)應(yīng)于不同頻率)的電磁波， 如紅外線、紫外線、可見(jiàn)光等等。當(dāng)這些射線照射在不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體上，光子與導(dǎo)體或半導(dǎo)體中的自由電子作用產(chǎn)生電流。射線的波長(zhǎng)越短，頻率越高，所具有的能量就越高，例如紫外線所具有的能量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于紅外線。但是并非所有波長(zhǎng)的射線的能量都能轉(zhuǎn)化為電能，值得注意的是光電效應(yīng)于射線的強(qiáng)度大小無(wú)關(guān)，只有頻率達(dá)到或超越可產(chǎn)生光電效應(yīng)的閾值時(shí)，電流才能產(chǎn)生。能夠使半導(dǎo)體產(chǎn)生光電效應(yīng)的光的波長(zhǎng)同該半導(dǎo)體的禁帶寬度相關(guān)，譬如晶體硅的禁帶寬度在室溫下約為1.155eV，因此必須波長(zhǎng)小于1100nm的光線才可以使晶體硅產(chǎn)生光電效應(yīng)。 太陽(yáng)電池發(fā)電是一種可再生的環(huán)保發(fā)電方式，發(fā)電過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。按照制作材料分為硅基半導(dǎo)體電池、CdTe薄膜電池、CIGS薄膜電池、染料敏化薄膜電池、有機(jī)材料電池等。其中硅電池又分為單晶電池、多晶電池和無(wú)定形硅薄膜電池等。對(duì)于太陽(yáng)電池來(lái)說(shuō)最重要的參數(shù)是轉(zhuǎn)換效率，在實(shí)驗(yàn)室所研發(fā)的硅基太陽(yáng)能電池中，單晶硅電池效率為25.0%，多晶硅電池效率為20.4%，CIGS薄膜電池效率達(dá)19.6%，CdTe薄膜電池效率達(dá)16.7%，非晶硅（無(wú)定形硅）薄膜電池的效率為10.1%

太陽(yáng)電池是一種可以將能量轉(zhuǎn)換的光電元件，其基本構(gòu)造是運(yùn)用P型與N型半導(dǎo)體接合而成的。半導(dǎo)體最基本的材料是“硅"，它是不導(dǎo)電的，但如果在半導(dǎo)體中摻入不同的雜質(zhì)，就可以做成P型與N型半導(dǎo)體，再利用P型半導(dǎo)體有個(gè)空穴(P型半導(dǎo)體少了一個(gè)帶負(fù)電荷的電子，可視為多了一個(gè)正電荷)，與N型半導(dǎo)體多了一個(gè)自由電子的電位差來(lái)產(chǎn)生電流，所以當(dāng)太陽(yáng)光照射時(shí)，光能將硅原子中的電子激發(fā)出來(lái)，而產(chǎn)生電子和空穴的對(duì)流，這些電子和空穴均會(huì)受到內(nèi)建電位的影響，分別被N型及P型半導(dǎo)體吸引，而聚集在兩端。此時(shí)外部如果用電極連接起來(lái)，形成一個(gè)回路，這就是太陽(yáng)電池發(fā)電的原理。

簡(jiǎn)單的說(shuō)，太陽(yáng)光電的發(fā)電原理，是利用太陽(yáng)電池吸收0.4μm～1.1μm波長(zhǎng)(針對(duì)硅晶)的太陽(yáng)光，將光能直接轉(zhuǎn)變成電能輸出的一種發(fā)電方式。

由于太陽(yáng)電池產(chǎn)生的電是直流電，因此若需提供電力給家電用品或各式電器則需加裝直/交流轉(zhuǎn)換器，換成交流電，才能供電至家庭用電或工業(yè)用電。

太陽(yáng)能電池的充電發(fā)展太陽(yáng)能電池應(yīng)用在消費(fèi)性商品上，大多有充電的問(wèn)題，過(guò)去一般的充電對(duì)象采用鎳氫或鎳鎘干電池，但是鎳氫干電池?zé)o法抗高溫，鎳鎘干電池有環(huán)保污染的問(wèn)題。超級(jí)電容發(fā)展快速，容量超大，面積反縮小，加上價(jià)格低廉，因此有部份太陽(yáng)能產(chǎn)品開(kāi)始改采超級(jí)電容為充電對(duì)象，因而改善了太陽(yáng)能充電的許多問(wèn)題：

1. 1.充電較快速，

2. 2.壽命長(zhǎng)5倍以上，

3. 3.充電溫度范圍較廣，

4. 4.減少太陽(yáng)能電池用量(可低壓充電)

太陽(yáng)能電池組件構(gòu)成及各部分功能——

1）鋼化玻璃其作用為保護(hù)發(fā)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(lái)粘結(jié)固定鋼化玻璃和發(fā)電主體（如電池片），透明EVA材質(zhì)的優(yōu)劣直接影響到組件的壽命，暴露在空氣中的EVA易老化發(fā)黃，從而影響組件的透光率，從而影響組件的發(fā)電質(zhì)量除了EVA本身的質(zhì)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(dá)標(biāo)，EVA與鋼化玻璃、背板粘接強(qiáng)度不夠，都會(huì)引起EVA提早老化，影響組件壽命。主要粘結(jié)封裝發(fā)電主體和背板。

3）電池片主要作用就是發(fā)電，發(fā)電主體市場(chǎng)上主流的是晶體硅太陽(yáng)電池片、薄膜太陽(yáng)能電池片，兩者各有優(yōu)劣。晶體硅太陽(yáng)能電池片,設(shè)備成本相對(duì)較低，光電轉(zhuǎn)換效率也高，在室外陽(yáng)光下發(fā)電比較適宜，但消耗及電池片成本很高；薄膜太陽(yáng)能電池，消耗和電池成本很低，弱光效應(yīng)非常好，在普通燈光下也能發(fā)電，但相對(duì)設(shè)備成本較高，光電轉(zhuǎn)化效率相對(duì)晶體硅電池片一半多點(diǎn)，如計(jì)算器上的太陽(yáng)能電池。

4）背板作用，密封、絕緣、防水（一般都用TPT、TPE等材質(zhì)必須耐老化，大部分組件廠家都是質(zhì)保25年，鋼化玻璃，鋁合金一般都沒(méi)問(wèn)題，關(guān)鍵就在與背板和硅膠是否能達(dá)到要求。）

5）鋁合金保護(hù)層壓件，起一定的密封、支撐作用。

6）接線盒保護(hù)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)，起到電流中轉(zhuǎn)站的作用，如果組件短路接線盒自動(dòng)斷開(kāi)短路電池串，防止燒壞整個(gè)系統(tǒng)接，線盒中最關(guān)鍵的是二極管的選用，根據(jù)組件內(nèi)電池片的類(lèi)型不同，對(duì)應(yīng)的二極管也不相同。

7）硅膠密封作用，用來(lái)密封組件與鋁合金邊框、組件與接線盒交界處。有些公司使用雙面膠條、泡棉來(lái)替代硅膠，國(guó)內(nèi)普遍使用硅膠，工藝簡(jiǎn)單，方便，易操作，而且成本很低。

太陽(yáng)能電池的基本特性有太陽(yáng)能電池的極性、太陽(yáng)電池的性能參數(shù)、太陽(yáng)能電環(huán)保電池的伏安特性三個(gè)基本特性。具體解釋如下

1、太陽(yáng)能電池的極性

硅太陽(yáng)能電池的一般制成P+/N型結(jié)構(gòu)或N+/P型結(jié)構(gòu)，P+和N+，表示太陽(yáng)能電池正面光照層半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類(lèi)型;N和P，表示太陽(yáng)能電池背面襯底半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類(lèi)型。太陽(yáng)能電池的電性能與制造電池所用半導(dǎo)體材料的特性有關(guān)。

2、太陽(yáng)電池的性能參數(shù)

太陽(yáng)電池的性能參數(shù)由開(kāi)路電壓、短路電流、輸出功率、填充因子、轉(zhuǎn)換效率等組成。這些參數(shù)是衡量太陽(yáng)能電池性能好壞的標(biāo)志。

3　太陽(yáng)能電池的伏安特性

P-N結(jié)太陽(yáng)能電池包含一個(gè)形成于表面的淺P-N結(jié)、一個(gè)條狀及指狀的正面歐姆接觸、一個(gè)涵蓋整個(gè)背部表面的背面歐姆接觸以及一層在正面的抗反射層。當(dāng)電池暴露于太陽(yáng)光譜時(shí)，能量小于禁帶寬度Eg的光子對(duì)電池輸出并無(wú)貢獻(xiàn)。能量大于禁帶寬度Eg的光子才會(huì)對(duì)電池輸出貢獻(xiàn)能量Eg，小于Eg的能量則會(huì)以熱的形式消耗掉。因此，在太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，必須考慮這部分熱量對(duì)電池穩(wěn)定性、壽命等的影響。

性能參數(shù)

1、開(kāi)路電壓

開(kāi)路電壓UOC：即將太陽(yáng)能電池置于AM1.5光譜條件、100 mW/cm2的光源強(qiáng)度照射下，在兩端開(kāi)路時(shí)，太陽(yáng)能電池的輸出電壓值。

2、短路電流

短路電流ISC：就是將太陽(yáng)能電池置于AM1.5光譜條件、100 mW/cm2的光源強(qiáng)度照射下，在輸出端短路時(shí)，流過(guò)太陽(yáng)能電池兩端的電流值。

3、輸出功率

太陽(yáng)能電池的工作電壓和電流是隨負(fù)載電阻而變化的，將不同阻值所對(duì)應(yīng)的工作電壓和電流值做成曲線就得到太陽(yáng)能電池的伏安特性曲線。如果選擇的負(fù)載電阻值能使輸出電壓和電流的乘積，即可獲得輸出功率，用符號(hào)Pm表示。此時(shí)的工作電壓和工作電流稱(chēng)為工作電壓和工作電流，分別用符號(hào)Um和Im表示。

4、填充因子

太陽(yáng)能電池的另一個(gè)重要參數(shù)是填充因子FF（fill factor），它是輸出功率與開(kāi)路電壓和短路電流乘積之比。

FF： 是衡量太陽(yáng)能電池輸出特性的重要指標(biāo)， 是代表太陽(yáng)能電池在帶負(fù)載時(shí)， 能輸出的功率的特性，其值越大表示太陽(yáng)能電池的輸出功率越大。FF 的值始終小于1。串、并聯(lián)電阻對(duì)填充因子有較大影響。串聯(lián)電阻越大，短路電流下降越多，填充因子也隨之減少的越多；并聯(lián)電阻越小，其分電流就越大，導(dǎo)致開(kāi)路電壓就下降的越多，填充因子隨之也下降的越多。

5、轉(zhuǎn)換效率

太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率指在外部回路上連接負(fù)載電阻時(shí)的能量轉(zhuǎn)換效率，等于太陽(yáng)能電池的輸出功率與入射到太陽(yáng)能電池表面的能量之比。太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率是衡量電池質(zhì)量和技術(shù)水平的重要參數(shù)，它與電池的結(jié)構(gòu)、結(jié)特性、材料性質(zhì)、工作溫度、放射性粒子輻射損傷和環(huán)境變化等有關(guān) [1] 。