晶体硅在太阳能电池板中的转换效率及特性应用
晶体硅在太阳能电池板中
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的转换效率及特性应用
硅是一种呈灰色金属光泽的半金属；当将硅提纯到很高纯度(99.9999999%)时,就显示出优
单晶硅 多晶硅
硅片转换效率 财经
异半导体性能的半导体材料.硅无毒,无害,性脆,易碎的元素符号为Si,其比重为2.33,原子量为；28.086.其在自然界中呈氧化物状态存在,在岩石圈中的丰度27.6(重量)%,因而硅的资源极为丰富.
硅是一种神奇元素,通常的工业硅(99.0-99.9%)不具有半导体性能.这种纯度水平的硅多用在制造硅钢片（马达转子部分等）或与铝制成合金用在汽车工业上.半导体材料的导电性能介于金属材料(Cu,Al)和绝缘体(陶瓷,玻璃) 之间的一类材料.金属的电阻率非常小,如铜的电阻率为 1.55X10-6Ω.cm,铝的电阻率为 2.5X10-6Ω.cm；绝缘体的电阻率很高,如陶瓷的电阻率为 1 X 10-14Ω.cm,而玻璃的电阻率为 1X10-8Ω.cm.半导体材料的电阻率介于两者之间.
在半导体硅中不仅有带负电荷的电子参与导电,而且还有带正电荷的空穴参与导电.主要靠电子导电的称为N型半导体,主要靠空穴导电的称为P型半导体.当硅中掺入 V 族元素时,如（磷, 锑,
砷）等,就会形成 N 型材料；当硅中掺入 III 族元素时,如硼等,就会形成 P 型材料；
除了杂质对半导体的电阻率影响之外,还有温度,温度升高时,电阻率降低.温度降低时,半导体的电阻率升高.如:高纯度硅单晶在室温下的载流子浓度为 1010 — 1011cm-3 相当于电阻率几万Ω.cm.而在 5000C 时,其载流子浓度为1017cm-3,相当于电阻率0.06Ω.cm.温度变化 5000C,电阻率相差百万倍.
各种器件的功能源于半导体材料表面的特性和界面特性.一种称为PN结.当利用扩散,合金化或离子注入,外延生长等化学 物理方法使N型硅P型硅结合在一起时,在二者界面处形成PN 结.这个PN结的基本特性就是单向导电,将交流电转换成直流电(整流)或将电磁波中的无线电信号检出(检波)就是 PN 结的主要功能.
当太阳照射半导体PN结时,PN结两端就会形成电势差,这叫光生伏特效应,是太阳能电池的基本原理.
在正向电流作用下,PN 结就会发出可见光,这是发光二极管的原理（ＬＥＤ）；
而作为半导体材料性能使用的硅在太阳能应用中，分为单晶硅和多晶硅；在众多太阳光电池中较普遍且较实用的有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池及非晶硅太阳能电池等三种；在太阳光充足日
照好的东西部地区，采用多晶硅太阳能电池为好，因多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单，价格比单晶低。
单晶硅电池具有电池转换效率高，在16%-20%，稳定性好，但是成本较高，单晶硅电池的四个角有接近圆形的倒角，一块组件中间有金钱形窟窿的就是单晶；单晶硅是中心对称的晶体，在天然状态光学各向同性的及2XY轴互换对称的晶格结构光学各向同性；用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。单晶硅具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加，有显著的半导电性。
多晶硅电池制造成本低，转换效率略低于直拉单晶硅太阳能电池，多晶硅转换效率在14%-16%，多晶片是直角的正方形或长方形；但材料中的各种缺陷，如晶界、位错、微缺陷，和材料中的杂质碳和氧，以及工艺过程中玷污的过渡族金属;在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶
硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有导电性。在化学活性方面，两者的差异极小。多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。 目前，晶体硅材料（包括多晶硅和单晶硅）是最主要的光伏材料，其市场占有率在90％以上,而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料。多晶硅材料的生产技术长期以来掌握在美、日、德等3个国家形成技术封锁、市场垄断的状况。日本的Tokuyama、三菱、住友公司、美国的Hemlock、Asimi、SGS、MEMC公司，德国的Wacker公司等是科研实力非常强大的公司，全球市场占有率超过95%；
转换机率该太阳能电池板的功率为5W, 面积为:0.03平方米, 则它的效率为:5/0.03/1000=0.167=16.7%, 也就是它将平方米1000W 太阳光能量的16．7%转换成了电能 太阳能电池的能量转化效率η表示入射的太阳光能量有多少能转换为有效的电能。 η=（太阳能电池的输出功率/入射的太阳光功率）x100% = （Vop x Iop/Pin x S）X100% = （Voc.Isc.FF） /（Pin .S ） 其中Pin是入射光的能量密度，S为太阳能电池的面积，当S是整个太阳能电池面积时，η称为实际转换效率，当S是指电池中的有效发电面积时，η叫本征转换效率。 Voc开路电压 ，Isc闭路电流，FF填充因子（应在0.70-0.85之间）