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太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，生物質能、風能、海洋能、水能等都來自太陽能，廣義地說，太陽能包含以上各種可再生能源。對太陽能的轉換和利用主要有以下三種方式。
1.光-熱轉換
通過轉換裝置把太陽輻射能轉換成熱能利用的屬于太陽能熱利用技術，再利用熱能進行發(fā)電的稱為太陽能熱發(fā)電，也屬于這一技術領域。
2.光-化學轉換
包括半導體電極產生電而電解水制氫、利用氫氧化鈣或金屬氧化物熱分解儲能等。
3.光-電轉換
是指太陽能與電能的直接轉化和利用。通過轉換裝置把太陽輻射能轉換成電能利用的屬于太陽能光發(fā)電技術，光電轉換裝置通常是利用半導體器件的光伏效應原理進行光電轉換的，因此又稱太陽能光伏技術。本文主要介紹太陽能光伏發(fā)電情況。
太陽能電池是利用光電轉換原理使太陽的輻射光通過半導體物質轉變?yōu)殡娔艿囊环N器件，這種光電轉換過程通常叫做“光生伏打效應”，因此，太陽能電池又稱為“光伏電池”。
用于光伏電池的半導體材料是一種介于導體和絕緣體之間的特殊物質，和任何物質的原子一樣，半導體的原子也是由帶正電的原子核和帶負電的電子組成，半導體硅原子的外層有4個電子，按固定軌道圍繞原子核轉動。當受到外來能量的作用時，這些電子就會脫離軌道而成為自由電子，并在原來的位置上留下一個“空穴”，在純凈的硅晶體中，自由電子和空穴的數目是相等的。如果在硅晶體中摻入硼、鎵等元素，由于這些元素能夠俘獲電子，它就成了空穴型半導體，通常用符號P表示；如果摻入能夠釋放電子的磷、砷等元素，它就成了電子型半導體，以符號N代表。若把這兩種半導體結合，交界面便形成一個P-N結。光伏電池的奧妙就在這個“結”上，P-N結就像一堵墻，阻礙著電子和空穴的移動。當光伏電池受到陽光照射時，電子接受光能，向N型區(qū)移動，使N型區(qū)帶負電，同時空穴向P型區(qū)移動，使P型區(qū)帶正電。這樣，在P-N結兩端便產生了電動勢，也就是通常所說的電壓。這種現象就是上面所說的“光生伏打效應”。如果分別在P型層和N型層焊上金屬導線，接通負載，則外電路便有電流通過，如此形成的一個個電池元件，把它們串聯、并聯起來，就能產生一定的電壓和電流，輸出功率。
光伏組件其實就是把單個的太陽能電池片連接起來，封裝成防水組件，以防潮和防漏電。光伏組件一般是由玻璃基板，膠聯醋酸乙烯封裝薄膜(EVA)，硅片和相關線材及起保護固定作用的背板材料組成。制造光伏組件的半導體材料已知的有十幾種，如鍺、硅、硒、砷化鎵、磷化鎵、銻化銦等，因此，光伏組件的種類也很多。目前，技術最成熟，并具有商業(yè)價值的太陽能電池要算硅光伏電池，但從固體物理學上講，硅材料并不是最理想的光伏材料，這主要是因為硅是間接能帶半導體材料，其光吸收系數較低，所以研究其他光伏材料成為一種趨勢。其中，碲化鎘(CdTe)和銅銦硒(CuInSe2)被認為是兩種非常有前途的光伏材料，目前已經取得一定的進展，但是距離大規(guī)模生產，并與晶體硅太陽能電池抗衡還需要大量的工作去做。 |