1839年，当时的法国物理学家Alexander－Edmond Becquerel观察到把光线照到导电溶液内，会产生电流和光伏特效应。但直到1883年，第一个太阳能电池才由美国科学家Charles Fritts制造出来，他在半导体材料硒上涂上一层微薄的金，形成了一个简单的电池。这个太阳电池仅有1%的能量转换效率。1927年科学家利用金属铜及半导体氧化铜制造出太阳电池。到1930年，硒电池及氧化铜已经应用到一些对光线敏感的仪器上，如光度计。
1946年第一块硅太阳电池由美国Russell Ohl开发出来。1954年贝尔实验室开发出转换效率达到6%的硅太阳电池，并应用到第一颗人造卫星上。
1.太阳电池
太阳电池实质就是在阳光照射下的“二极管”，其能量转换的基础是半导体PN结的光生伏特效应。当阳光照射到“二极管”PN结上时，在半导体内产生了光生电子－空穴对。这些光生电子和空穴迁移到PN结的两端并在边界上累积起来，由此形成光生电场及电动势(光生伏特效应)，这就是太阳电池的原理。
2.太阳电池的分类
(1)按照基体材料分类
①晶体硅太阳电池
指一硅为基体材料的太阳电池，有简单硅太阳电池、多晶硅太阳电池等。多晶硅太阳电池又可分为片状多晶硅太阳电池、筒状多晶硅太阳电池、球状多晶硅太阳电池和铸造多晶硅太阳电池等多种。
②非晶硅太阳电池
非晶硅太阳电池指以α－Si为基体材料的电池，有PIN单结非晶体硅薄膜太阳电池、双结非晶体硅薄膜太阳电池和三结非晶体硅薄膜太阳电池等。
③薄膜太阳电池
薄膜太阳电池指用单质元素、无机化合物和有机材料等制作的薄膜为基体材料的太阳电池，其厚度约为1～2μm，主要有多晶硅薄膜太阳电化合物半导体薄膜太阳电池、纳米晶薄膜太阳电池、非晶硅薄膜太阳电池、微晶硅薄膜太阳电池等。
④化合物太阳电池
化合物太阳电池指用两种或两种以上元素组成的具有半导体特性的化合物半导体材料制成的太阳电池。常见的化合物太阳电池有硫化镉太阳电池、铜锢硒太阳电池、磷化铟太阳电池、碲化镉太阳电池、砷化镓太阳电池等。
⑤有机半导体太阳电池
有机半导体太阳电池指用含有一定数量的碳碳键且导电能力介于金属盒绝缘体之间的半导体材料制成的太阳能电池。
(2)按照结构分类
①同质结太阳电池
由同一种半导体材料形成的PN结称为同质结，用同质结构成的太阳电池称为同质结太阳电池，如硅太阳电池、砷化镓太阳电池等。
②异质结太阳电池
由两种禁带宽度不同的半导体材料形成的结构为异质结，用异质结构成的太阳电池称为异质结太阳电池，如氧化锡、砷化镓、硫化亚铜、硫化镉太阳电池等。
③复合结太阳电池
复合结太阳电池指由多个PN结形成的太阳电池，又称为多结太阳电池。复合结太阳电池可分为垂直多结太阳电池、水平多结太阳电池等。
④肖特基太阳电池
肖特基太阳电池指利用金属一半导体界面的肖特基势垒构成的太阳电池，如铂/硅肖特基太阳电池、铝/硅肖特基太阳电池等。目前已经发展成为导体－绝缘体－半导体CIS太阳电池。
⑤液结太阳电池
液结太阳电池指用浸入电解质中的半导体构成的太阳电池，又称为光化学太阳电池。
(3)按照用途分类
①空间用太阳电池
空间用太阳电池常见的有高效率的硅太阳电池和砷化镓太阳电池。
②地面用太阳电池
地面用太阳电池可分为电源用太阳电池和消费用太阳电池。
通常太阳电池按制造电池所使用的材料进行分类，见表1－5。本书所论及的太阳能组件均为晶体硅太阳电池。
表1－5 太阳电池的种类及其材料
3.太阳电池组件
有单片单晶硅或多晶硅制成的太阳电池称为单体。若由多个单体串联和并联组成一个大电池，并用铝合金框架将其固定，表面再覆盖高强度、高透光度的玻璃，就构成了太阳电池模块，也叫太阳电池组件。若干个组件(模块)构成的方阵称为太阳电池阵列。
通常每个模块的功率由几瓦到几百瓦不等。这些模块因为规格可以按同一标准生产，有益于大规模的批量化制造，同时也有益于安装。
4.电池片的常见规格
工业上大批量生产的单晶硅和多晶硅太阳电池片规格基本上都是5 in和6 in(1 in≈2.54 cm)，仅是对角线会有所不同，见表1－6。
表1－6 常见晶体硅太阳电池片的尺寸规格
在太阳电池行业初级阶段，制作电池片的原料硅片价格昂贵，因此早期的电池片都是圆形，尽可能节约原料是早期生产电池节约成本的基础。近20年来，由于技术的成本的不断降低，原材料价格下降，硅片的价格不再占有决定性地位，其他辅助材料价格不断上升，有的已经接近硅片价格的1/5。于是，可以大为节约辅助材料的准方形电池片应运而生。
近年来，采用常规工艺生产的电池片效率已经提升到接近理论极限，降低成本只能向着综合成本降低方向发展，开始出现了方形的单晶硅电池片。同时因为多晶硅的生产工艺特点，多晶硅电池片一直以方形在市场上应用。除此之外，因为多晶硅电池生产工艺不断改进，用多晶硅生产的硅片各方面性能指标接近于单晶硅生产的硅片而大量应用，未来将会更多地看到方形电池。
5.太阳电池组件常见规格
组件的规格定型主要受功率和电压两个方面约束。
要求主要开路电压控制在45 V以上的，常见的有5 in单晶硅72片串联方式，尺寸为1 580 mm×808 mm，厚度有35 mm、42 mm、50 mm，功率范围在175～215W;6 in单晶硅72片串联方式，尺寸为1 956 mm×992 mm，厚度有42 mm、50 mm，功率范围在265～320W;6 in多晶硅72片串联方式，尺寸为1 956 mm×992 mm，厚度有42 mm、50 mm，功率范围在250～300W。
要求主要开路电压控制在36 V以上的，常见的有6 in单晶硅60片串联方式，尺寸为1 652mm×992mm，厚度有42mm、50mm，最大功率在250W以上的;6 in多晶硅60片串联方式，尺寸为1 652mm×992mm，厚度有42mm、50mm，最大功率在230W以上。
要求主开路电压控制在33 V以上的，常见的有6 in多晶硅54片串联方式，尺寸为1 494mm×992mm，厚度有42mm、50mm，最大功率在210W以上。
近年来，大型的建筑一体化太阳电池(Building Integrated Photo Voltaics，BIPV)组件得到了非常广泛的应用，相应的规格尺寸根据结构的不同而不同，往往根据建筑的外形进行设计，本节不再详述。
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