呂 濤 趙科巍 申開愉 張 波

前言

自然能源匱乏是制約我國經(jīng)濟發(fā)展的主要因素，同時，煤炭等主要能源的CO2排放量也對環(huán)境造成了不可小覷的危害。我國人口眾多、幅員遼闊，使得能源消耗量很大，太陽能利用技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用對國民的生產(chǎn)生活產(chǎn)生深遠的影響，對我國整體經(jīng)濟發(fā)展具有重要作用，運用節(jié)能環(huán)保的太陽能資源開展相關(guān)活動對整個地球村具有重要意義。太陽能是信息時代最高效環(huán)保的能源之一，目前，應(yīng)用最廣泛的太陽能主要有兩種，一種是單晶、多晶硅，另一種是太陽能電池。從世界范圍看，這兩方面成為各研究機構(gòu)研究的重點問題。在我國能源研究過程中，逐步對此方面進行深入探討，這些研究對我國太陽能利用的發(fā)展具有重要影響。因此，本文對太陽能能源利用問題進行了深入的分析，此次課題的研究對豐富我國太陽能方面的知識具有理論性意義，對指導(dǎo)太陽能利用方面的工作具有現(xiàn)實意義。

1 單晶硅光伏發(fā)電相關(guān)問題概述

1.1 單晶硅發(fā)電電池簡介

在目前的光伏發(fā)電發(fā)展中，對單晶硅光伏發(fā)電的運用較多，單晶硅電池主要由單晶硅原料制造，屬于早期進行太陽能開發(fā)的一種電池品種。在現(xiàn)階段太陽能電池制造的種類中，單晶硅原料的太陽能電池，具備最高的電力轉(zhuǎn)換效率，其擁有較為成熟的生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)，在國內(nèi)太陽能發(fā)電的實際應(yīng)用與工業(yè)生產(chǎn)中所占比重最大。由于太陽能電池未用其進行普通硅的制造，主要目的是為了實現(xiàn)高純度目標，并在制作過程中增加其復(fù)雜性，容易導(dǎo)致能源的過度消耗，從而增加其對生態(tài)環(huán)境的嚴重污染。

1.2 單晶硅發(fā)電的基本原理

單晶硅太陽能發(fā)電電池在發(fā)電過程中，單體片應(yīng)進行抽查檢驗，應(yīng)按照需要的規(guī)格進行太陽能電池的組裝，利用并聯(lián)與串聯(lián)的方式，建立輸出電流與電壓，再對其進行框架與材料的封裝，而單晶硅發(fā)電時，能夠?qū)㈦姵氐霓D(zhuǎn)換率提升到15%[1]。單晶硅發(fā)電時，其屬于將太陽能直接轉(zhuǎn)化成電能的設(shè)備，其是利用單晶硅制作而成。單晶硅光伏發(fā)電的工作原理一般歸納為四個轉(zhuǎn)換過程：①需要陽光照射，通常是單色、陽光，或者為模擬狀態(tài)的太陽能光源；②將光子注入單晶硅形態(tài)的半導(dǎo)體中，使其激活電子狀態(tài)的空穴對，在其死去分開之前，此種電子洞具備充足的生命；③具備靜電場，靜電場具有將電子洞分開的功能，形成電子集中一側(cè)，而洞集中于另一側(cè)的現(xiàn)象，諸多單晶硅材料的太陽能電池在進行使用時，P-N結(jié)對電子孔進行分離，實現(xiàn)阻擋層的效果，PN結(jié)屬于單晶硅材料太陽能電池核心部分；④對電子與孔進行分離，運用電極采集，并輸出于電池體外，逐漸形成電流。

1.3 單晶硅光伏發(fā)電的應(yīng)用現(xiàn)狀和改進的技術(shù)探究（略）

1.4 晶硅光伏發(fā)電的應(yīng)用現(xiàn)狀

在現(xiàn)有的科技水平下，單晶硅當作能量轉(zhuǎn)換器而被廣泛使用。其不但在衛(wèi)星空間站、信號導(dǎo)航等領(lǐng)域有著重要的作用，而且還在農(nóng)業(yè)、通信等行業(yè)具有重要作用。除此之外，單晶硅是太陽能供電系統(tǒng)的重要組成部分。太陽能作為可再生能源不但具有取之不盡用之不竭的特點，這樣利用單晶硅組成的供電系統(tǒng)也會具備使用范圍廣、無法產(chǎn)生環(huán)境污染的特征。但是該供電系統(tǒng)具有一個致命地缺點，即對太陽能的轉(zhuǎn)化效率低，一般情況下只能達到15%左右。因此，如何有效地提升單晶硅對太陽能地轉(zhuǎn)化效率成為當下研究的一個重要課題。在現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)水平下，由單晶硅構(gòu)成的供電系統(tǒng)中，需要使用大量的單晶硅，這樣不但會造成成本過高，并且還會使其更加的復(fù)雜。例如：對一個12V的鉛酸蓄電池進行充電時，只需要一個單晶硅就可以，但是對24V的蓄電池進行充電時，就需要用到雙倍的單晶硅來組成供電系統(tǒng)。當蓄電池的額電電壓上升時，單晶硅的使用數(shù)量也會成倍的增加，這會使供電成本顯著的提高。除此之外，成倍的單晶硅不是簡單的串并聯(lián)，其需要經(jīng)過復(fù)雜的計算之后進行科學(xué)的連接，這樣會使供電系統(tǒng)變得復(fù)雜且脆弱，一旦供電系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重的技術(shù)問題，對其修復(fù)也成為一個重大的難題。

1.5 晶硅光伏發(fā)電未來技術(shù)改進的方向

經(jīng)過多年設(shè)計供電系統(tǒng)的線路，以及單晶硅電池的使用經(jīng)驗得來，單晶硅太陽能電池供電存在一些問題，其供電系統(tǒng)的太陽能電池組件沒有設(shè)計V曲線的特性，也就是單晶硅電池組件的發(fā)電力缺少電源供電系統(tǒng)。因此，晶硅光伏發(fā)電應(yīng)設(shè)計配套的發(fā)電系統(tǒng)，或者有三種與其他電池串聯(lián)共用電源的方法：①將單晶硅電池與12V的鉛酸蓄電池組成一套并聯(lián)充電；②可以24V的鉛酸蓄電池為荷，用單晶硅太陽能的兩個組件進行串聯(lián)；③單晶硅太陽能電池的前四個組件與48V的鉛酸蓄電池為荷進行并聯(lián)連接。在單晶硅電池的原料和制造工藝上進行改造，其原先材料是以高純的單晶硅棒為原料，在硅片上摻雜和擴散一些微量的硼、磷、銻等，更新加工技術(shù)，簡化制作程序，降低生產(chǎn)成本。結(jié)合入射光減反技術(shù)、鈍化技術(shù)、選擇性發(fā)射極技術(shù)、背面局部重摻技術(shù)等優(yōu)點，研發(fā)出更高效率的太陽能電池，遵循提高效率、重視檢測、降低成本、促進應(yīng)用的原則，推動單晶硅光伏電向更高效更科學(xué)環(huán)保的方向發(fā)展。

2 結(jié)論

通過本文的論述得知，單晶硅屬于太陽能發(fā)電中重要的組成部分，其發(fā)電需要具備充足的光照、需要光子傳輸?shù)絾尉Ч璋雽?dǎo)體中來激活其中的電子空穴、要具備靜電場。研究結(jié)果表明現(xiàn)階段單晶硅光伏發(fā)電仍然存在轉(zhuǎn)換效率低、生產(chǎn)成本高、光伏發(fā)電造價高的問題。鑒于這樣的狀況，在太陽能發(fā)電時使用單晶硅要注重對其電池的改進，才能更好的提升單晶硅在市場使用率，真正的實現(xiàn)綠色經(jīng)濟的發(fā)展愿景。