太阳能光伏电池基础知识

当光线照射到光伏 (PV) 电池（也称为太阳能电池）时，光线可能会被反射、吸收或直接穿过电池。光伏电池由半导体材料组成；“半”意味着它的导电性能比绝缘体好，但不如金属等良导体。光伏电池中使用了多种不同的半导体材料。

当半导体暴露在光下时，它会吸收光能并将其转移到材料中带负电的粒子（称为电子）。这种额外的能量允许电子以电流的形式流过材料。该电流通过导电金属触点（太阳能电池上的网格线）提取，然后可用于为您的家庭和电网的其他部分供电。

光伏电池的效率就是电池发出的电量与照射在其上的光的能量之比，这表明电池将能量从一种形式转换为另一种形式的效率。光伏电池产生的电量取决于可用光的特性（例如强度和波长）以及电池的多种性能属性。

光伏半导体的一个重要特性是带隙，它表明材料可以吸收哪些波长的光并将其转换为电能。如果半导体的带隙与照射在光伏电池上的光的波长相匹配，那么该电池就可以有效地利用所有可用的能量。

下面详细了解光伏电池最常用的半导体材料。

由不同硅材料制成的三种太阳能电池的图片：薄膜、单晶硅和多晶硅。

硅 

迄今为止，硅是太阳能电池中最常用的半导体材料，约占当今销售模块的 95%。它也是地球上第二丰富的材料（仅次于氧气），也是计算机芯片中最常用的半导体。晶体硅电池由相互连接形成晶格的硅原子组成。这种晶格提供了一种有组织的结构，使光能更有效地转化为电能。

目前，由硅制成的太阳能电池具有高效率、低成本和长寿命的特点。组件预计可持续使用 25 年或更长时间，在此之后仍能产生超过 80% 的原始功率。

薄膜光伏 

薄膜太阳能电池是通过在玻璃、塑料或金属等支撑材料上沉积一层或多层光伏材料制成的。目前市场上的薄膜光伏半导体主要有两种类型：碲化镉 (CdTe) 和铜铟镓二硒化物 (CIGS)。两种材料都可以直接沉积到模块表面的正面或背面。

CdTe 是继硅之后第二常见的光伏材料，CdTe 电池可以使用低成本制造工艺来制造。虽然这使它们成为一种具有成本效益的替代方案，但它们的效率仍然不如硅那么高。CIGS 电池具有光伏材料的最佳特性，并且在实验室中具有高效率，但组合四种元素所涉及的复杂性使得从实验室到制造的过渡更具挑战性。CdTe 和 CIGS 都需要比硅更多的保护，才能在户外长期运行。

钙钛矿光伏

钙钛矿太阳能电池是薄膜电池的一种，以其特征晶体结构命名。钙钛矿电池由多层材料制成，这些材料被印刷、涂覆或真空沉积到下面的支撑层（称为基板）上。它们通常易于组装，并且可以达到与晶体硅类似的效率。在实验室中，钙钛矿太阳能电池效率的提高速度比任何其他光伏材料都要快，从 2009 年的 3% 提高到 2020 年的 25% 以上。为了实现商业可行性，钙钛矿光伏电池必须变得足够稳定，能够在户外生存 20 年，因此研究人员正在努力使它们更加耐用并开发大规模、低成本的制造技术。