探索太阳能电池的应用前景

一、太阳能电池的结构和基本工作原理

1.太阳能电池的结构

以单晶硅太阳能电池的结构为例，图11-18所示为电池的横截面结构。基本材料为P型单晶硅，厚度为0.3～0.5mm左右。上表面为N+型区，构成一个PN+结。顶区表面有栅状金属电极，为前端接触电极，硅片背面为背接触电极。上下电极分别与N+区和P区形成欧姆接触，整个上表面还均匀覆盖着减反射膜。

图11-18　太阳能电池的基本结构

2.太阳能电池的光生伏特效应

太阳能电池能量转换的基础是半导体PN结的光生伏特效应。当PN结受到合适波长的光照时，产生电子-空穴对，在半导体内部PN结附近生成的载流子没有被复合而到达空间电荷区，受内电场的吸引，电子流入N区，空穴流入P区，结果使N区储存了过剩的电子，P区有过剩的空穴。它们在PN结附近形成与势垒方向相反的光生电场。光生电场除了部分抵消势垒电场的作用外，还使P区带正电，N区带负电，在N区和P区之间的薄层就产生电动势和电流，这就是光生伏特效应。

当太阳光或其他光照射半导体的PN结时，就会在PN结的两边出现电压，叫做光生电压，产生的电流叫做光生电流。

假设给纯硅加热，使其得到能量，会导致电子脱离其共价键的束缚并离开原子，每一个电子离开，就会留下一个空穴。然后，这些电子会在晶格周围自由移动，目的是为了填补另一个空穴。这些电子被称为自由载流子，可以运载电流。如果在纯硅中掺入无价磷原子，只需很小的能量就可使磷原子（它的最外层有五个电子）的某个多余电子（不参与共价键）逸出，这样得到的硅被称为N型硅，N型硅中有自由电子。太阳能电池只有一部分是N型硅。如果在纯硅中掺入三价硼原子，硼的最外电子层有三个电子，这样得到的是P型硅。P型硅中没有自由电子，但有自由空穴。空穴是电子离开留下的空位，带有相反的电荷，即负电荷，空穴像电子一样可以自由移动。电场是在N型硅和P型硅接触的时候形成的。在交界处形成势垒区，使得N区的电子向P区移动更加困难。最终会达到平衡状态，这样我们就有了一个将两侧分开的电场。这个电场相当于一个二极管，利于电子从P区流向N区移动，如图11-19所示。

图11-19　电场的形成过程

假设入射光垂直于PN结面，如果PN结深较浅，光以光子的形式将进入PN结区域，甚至会进入到半导体内部。能量大于禁带宽度的光子，由本征吸收在PN结的两边产生电子-空穴对。在光激发下多数载流子的浓度一般改变很小，主要是少数载流子的浓度变化很大，因此主要研究光生少数载流子的运动情况。

由于PN结势垒区存在较强的内电场，内电场的方向由N区指向P区。PN结两边的光生少数载流子受该场的作用，各自向相反方向运动，P区的电子穿过PN结到达N区，N区的空穴到达P区，这会导致电中性被破坏，使P侧电势升高，n侧电势降低，于是在PN结两侧形成了光生电动势，这就是PN结的光生伏特效应。

如图11-20所示，如果给PN结提供一个外部电流通路，则电子会经过该通路，流向它们的原始侧（P侧），在此处与电场发送的空穴合并，并在流动中做功，只要光照不停止，就有源源不断的电流通过电路，PN结起了电源的作用，这就是太阳能电池的基本原理。

图11-20　电池的工作原理

只要光照达到一定的能量，（能量的单位为电子伏特（eV））才能使电子逸出，这是由太阳能电池材料（对于晶体硅，约为1.1eV）决定的。这个能量被称为材料的带隙能量。如果光子的能量比所需的能量多，则多余的能量会损失掉。

在电池顶部采用抗反射涂层，用以减少硅的反射损失，在图11-21所示的太阳能电池结构中可以看出。

图11-21　太阳能电池结构

提高效率的一种方法是使用两层或者多层具有不同带隙的材料。带隙较高的材料放置在表面，可以吸收较高能量的光子；而带隙较低的材料放置在下方，可以吸收较低能量的光子。这可大大提高效率，这样的电池被称为多接面电池，可以有多个电场。

此时，如果将外电路短路，则外电路中就有与入射光能成正比的光电流流过，这个电流称作短路电流。另外，如果将PN结开路，当光生电流和正向电流相等时，PN结两端建立起稳定的电位差VOC，这就是太阳能电池的开路电压。由于此时结处于正向偏置。

二、太阳能电池的基础特性

1.太阳电池的输出特性

（1）电流电压特性。

太阳能电池工作时共有三个电流：光生电流I L，在光生电压V作用下的PN结正向电流I F，流经外电路的电流I。I L和I F都流经PN结内部，但方向相反。如图11-22所示。

根据PN结整流方程，在正向偏压下，通过PN结的正向电流为：

其中V是光生电压，I S是反向饱和电流。

如果太阳能电池与负载接成通路，通过负载的电流时

这就是负载电阻上电流与电压的关系，也就是太阳能电池的伏安特性方程。

图11-22　光电池工作时的电流

图11-23　光电池的伏安特性

太阳能电池的伏安特性曲线如图11-23所示。上面的线条表示无光照时太阳能电池的伏安特性（暗电流），可以看出无光照时太阳能电池类似于普通二极管的伏安特性。下面的线条表示有光照时太阳能电池的伏安特性，从其中可以看出当有阳光照射到这个太阳能电池时，将产生和暗电流方向相反的光电流，有光照的太阳能电池的伏安曲线是太阳能电池在无光照时的伏安曲线与光生电流的叠加。光的照射能使伏安曲线移动到第四象限，意味着能量来自电池。

（2）主要参数。

①短路电流I SC。

当穿过电池的电压为零时或者将PN结短路时，PN结的正向电流I F＝0，这时所得电流即为短路电流，通常用I SC表示。显然，短路电流等于光生电流。即：

短路电流的大小取决于以下几个因素：

a.太阳能电池的表面积。要消除太阳能电池对表面积的依赖，通常需改变短路电流强度（I SC单位为mA/cm2），而不是短路电流。

b.电池的光学特性，主要是吸收和反射。

c.电池的收集概率，主要取决于电池表面钝化和基区的少数载流子寿命。

d.光子的数量（即入射光的强度）。电池输出的短路电流I SC的大小直接取决于光照强度。

e.入射光的光谱。测量太阳能电池是通常使用标准的1.5大气质量光谱。

②开路电压U OC。

当太阳能电池处于开路状态时，当光生电流和正向电流相等时，PN结两端建立起稳定的电位差，就是开路电压，通常用U OC表示。开路电压是太阳能输出的最大电压，此时输出电流为零。开路电压相当于光生电流在电池两端所加正向电压的数值。

在较弱阳光时，硅太阳电池的开路电压随光的强度作近似直线的变化。而当有较强的阳光时，V OC则与入射光的强度的对数成正比。图11-24表示典型的硅太阳能电池和GaAs太阳能电池的I SC与V OC之间的关系。对比Si与GaAs，因GaAs的禁带宽度较宽，所以在同等条件下，其短路电流值I SC比Si的小几个数量级，GaAs的V OC值比Si的高0.45伏左右。对于PN结形成很好的半导体而言，禁带宽度愈宽的半导体，V OC也愈大。

③填充因子。

在图11-17所示的太阳能电池的伏安特性曲线看出，任一点都可以作为工作点，工作点对应的横坐标是工作电压，纵坐标是工作电流，其乘积

图11-24　开路电压与短路电流的关系

则输出功率等于该点所对应的矩形面积。开路电压和短路电流分别是太阳能电池能输出的最大电压和最大电流，但当电池输出状态在这两点时，电池的输出功率都为零。填充因子，通常简写为FF，由开路电压V OC和短路电流I SC共同决定，它决定了太阳能电池的输出效率。

在其中只有一点是输出最大功率，称为最佳工作点，该点的电压和电流分别被称为最佳工作电压I mp和最佳工作电流V mp。填充因子被定义为电池的最大输出功率与开路电压V OC和短路电流I SC的乘积的比值。从图形上看，FF就是能够占据IV曲线区域最大的面积。

定义填充因子FF为

填充因子正好是I-V曲线下最大长方形面积与乘积V OC×I SC之比，表示了最大输出功率点所对应的矩形面积在V OC和I SC所组成的矩形面积中所占的百分比。

④能量转换效率η。

发电效率是人们通常在比较两块电池好坏时常用的参数。太阳电池的能量转换效率定义为输出功率（电能）与输入功率（光能）之比，表示入射的太阳光有多少可以转换为有效的电能。转换效率除了反映太阳能电池的性能之外，还要由入射光的光谱和光强以及电池本身的温度来决定。所以在比较两块电池的性能时，必须严格控制其所处的环境。

当在外电路连接最佳负载电阻R时，得到最大能量转换效率，其定义为

即电池的最大功率输出与入射功率之比。用转换因子来代换，转换效率可表示为

2.等效电路

为了描述电池的工作状态，往往将太阳能电池及负载系统用一等效电路来模拟。

理想PN结太阳能电池的等效电路。在恒定光照下，处于工作状态的理想PN结太阳能电池，其光电流不随工作状态变化，在等效电路中可把它看做是恒流源I L和理想二极管的并联来表示，其等效电路如图11-25（a）所示。

实际PN结太阳能电池的实际等效电路。实际上，PN结太阳能电池存在着R s，R sh。其中，R s由材料的体电阻、薄层电阻、电极接触电阻及电极本身传导电流的电阻所构成的总串联电阻。R sh是PN结形成的不完全的部分所产生的漏电，称为旁路电阻或者漏电电阻，这是总的并联电阻，构成的实际等效电路如图11-25（b）所示。

由理论分析分析可知，当漏电电阻R sh降到100Ω以下时，要考虑其对光电池的影响。对于单位平方厘米的硅电池，只要R sh大于500Ω，或者同样大小的砷化镓电池，R sh大于1000Ω时，对输出特性的影响可忽略。但是当总串联电阻R s超过到5欧姆时，电池的转换效率就要下降30%，由此可见R s的影响较大。对于硅电池，要求商业硅太阳能电池的R s必须控制在0.5欧姆以下。

图11-25　PN同质结太阳电池等效电路

3.电阻特性

太阳能电池的特征电阻就是指电池在输出最大功率时的输出电阻。如果外接负载的电阻大小等于电池本身的输出电阻，那么电池的输出功率达到最大值，也就是工作在最大功率点。图11-26中直线斜率的倒数就是特征电阻。

电池的电阻效应以在电阻上消耗能量的形式降低了电池的发电效率。其中最常见的寄生电阻为串联电阻和并联电阻。从图11-25所示的电池的实际等效电路中可看出串联电阻和并联电阻。

图11-26　太阳电池的特征电阻

通常，当串联电阻和并联电阻处在典型值的时候，寄生电阻对电池的最主要影响是使填充因子减小。串联电阻和并联电阻的阻值以及它们对电池最大功率点的影响都决定于电池的几何结构。(www.xing528.com)

4.其他特性

（1）温度效应。

像所有半导体器件一样，太阳能电池对温度非常敏感。温度升高使半导体禁带宽度降低，因此影响了半导体材料许多参数。

受温度影响最大的参数是开路电压，开路电压随着温度升高而减小。因为本征载流子浓度受温度影响最大，本征载流子浓度受禁带宽度的影响，禁带宽度越低，本征载流子浓度越高；它还受载流子的能量高低影响，载流子能量越高其浓度就越高。理论分析发现，太阳能电池对温度的敏感性取决于开路电压的大小，电池的开路电压越小，受温度的影响越大。另外，温度升高时，短路电流会轻微的增大，但不明显。

载流子的扩散系数随温度的增高而增大，所以少数载流子的扩散长度也随温度的升高稍有增大，因此，光生电流J L也随温度的升高有所增加。但是J0随温度的升高是指数增大，因而V OC随温度的升高急剧下降。当温度升高时，I—V曲线形状改变，填充因子下降，所以转换效率随温度的增加而降低。

（2）光强效应。

图11-27　聚光对太阳能电池的伏安特性的影响

改变入射光的强度将改变所有太阳能电池的参数，包括开路电压、短路电流、填充因子FF、转换效率以及并联电阻和串联电阻对电池的影响。通常用多少个太阳来形容光强，例如一个太阳就相当于AM1.5大气质量下的标准光强，即1kW/m2。假设太阳能电池在功率为5kW/m2的光照下工作，可以认为在5个太阳下工作。在一个太阳下工作的电池方阵被称为“平板电池”，而那些使用聚光器的电池方阵被称为“聚光太阳能电池”。图11-27所示为聚光对太阳能电池伏安特性的影响。

聚光太阳能电池是在光强大于一个太阳的光照下工作的太阳能电池。入射太阳光被聚焦或者透过光学器件形成高强度的光束照射到小面积的太阳能电池中。聚光太阳能电池因为具有比平板太阳能电池更高的转换效率和更低的成本，很有发展潜力。因为电池的短路电流与光的强度呈线性关系，因此在5个太阳照射下的电池，其短路电流是在一个太阳照射下的5倍。然而，增大短路电流并没有提高转换效率，因为入射功率也随光强呈线性提高。相反，因为开路电压与短路电流呈对数关系，转换效率得以提高。因此，在聚光条件下，开路电压V OC随着光强度的增加呈对数形式增加。

因为只需小面积的太阳能电池，所以聚光太阳能电池的成本比产生同样大小功率的平板太阳能电池要低。但是聚光电池的效率优势可能会因串联电阻的增加而有所下降，因为短路电流呈现线性增加，同时电池的温度也迅速上升。由短路电流引起的能量损失的大小与电流的平方成正比，则串联电阻造成的能量损失大小与光强的平方成正比。

在光强很低时，并联电阻对电池的影响很大。因为通过电池的前置偏压和电流会随着光强度的减小而减小，而电池的等效电阻也开始接近并联电阻的大小。当这两种电阻大小相近时，分流到并联电阻的电流将增加，即增加了并联电阻的能量损失。所以，在多云的天气时，与并联电阻低的相比，并联电阻高的太阳能电池可以保留更大部分的电流。

（3）辐照效应。

在人造卫星和宇宙飞船上，太阳能电池已获得了广泛的应用。但是在外层空间存在着高能粒子，如电子、质子、γ粒子等，这些高能粒子辐照时通过与晶格原子的碰撞，将能量传给晶格，当传递的能量大于某一阈值时，便使晶格原子发生位移，产生晶格缺陷，如填隙原子、空位、缺陷簇、空位一杂质复合体等。这些缺陷相当于复合中心，辐照后增多了电池内部的少子复合机会，从而降低少子寿命，进而降低太阳能电池的使用寿命。

三、太阳能电池的分类

1.按结构分类

太阳能电池根据所用材料的不同，可分为同质结太阳能电池、异质结太阳能电池和肖特基太阳能电池。

同质结太阳能电池，顾名思义，就是由同质结构成的太阳能电池。同质结指有同一种半导体材料所形成的PN结。例如，单晶硅太阳能电池就是同质结太阳能电池。

异质结太阳能电池，顾名思义，就是由异质结构成的太阳能电池。异质结指有两种禁带宽度不同的半导体材料所形成的PN结。例如，单晶硅太阳能电池就是同质结太阳能电池。

肖特基太阳能电池指利用金属-半导体界面上的肖特基势垒而构成的太阳能电池，简称为MS电池。目前已经发展为MOS（金属氧化物半导体）太阳能电池、MIS（金属绝缘体半导体）太阳能电池。

2.按所用材料分类

太阳能电池根据所用材料的不同，可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、有机化合物太阳能电池和纳米晶太阳能电池。对太阳能电池材料一般的要求有：半导体材料的禁带不能太宽；转换效率较高且稳定：材料本身对环境不能产生污染；材料便于大批量生产且性能稳定。综合以上因素的考虑，硅是最理想的太阳能电池材料，也是发展最成熟的。多晶硅太阳能电池自从1998年开始在世界光伏发电市场中居主导地位。

（1）硅太阳能电池。

硅太阳能电池是指以硅为基体材料的太阳能电池。可分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池。

①单晶硅太阳能电池。

单晶硅太阳能电池是目前开发最快，技术最为成熟，转换效率最高，在实验室的转换效率通常在20%以上，规模生产时的效率为15%左右。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，也广泛应用于宇宙空间。但由于单晶硅制作工艺复杂，能耗高，成本价格高，研制了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜来替代单晶硅太阳能电池。

②多晶硅薄膜太阳能电池。

与单晶硅比较，制作工艺类似，由于所使用的硅远较单晶硅少，又不存在效率衰退问题，并且有可能在价格低廉的衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，效率也低于单晶硅，但高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%左右，工业规模生产的转换效率最高为15%以上。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电池市场上占据主导地位。

③非晶硅薄膜太阳能电池。

非晶硅太阳能电池的制作时消耗的硅材料很少，电耗更低，非常吸引人。其因为成本低，重量轻，更方便应用，但转换效率不高，国际先进水平仅为10%左右，且不稳定，影响了其应用。

（2）多元化合物薄膜太阳能电池。

多元化合物薄膜太阳能电池是指以化合物半导体材料制成的太阳电池。由两种或两种以上的元素组成具有半导体特性的化合物太阳能电池。包括CdTe（碲化镉）太阳能电池、GaAs（砷化稼）太阳能电池、CIS（铜铟硒）太阳能电池等。

化合物半导体材料大多是直接带隙半导体材料，光吸收系数较高，禁带宽度通常较大，其太阳电池的抗辐射性能明显高于硅太阳能电池。但由于其生产设备复杂、生产周期长、能耗大，导致生产成本高，仅用于部分不计成本的空间太阳电池上。

①CdTe薄膜太阳电池。

CdTe薄膜的禁带宽度为1.45eV，与太阳光谱非常匹配；CdTe薄膜太阳电池结构简单，制造成本也比较低，相对其他电池，更加容易制造，所以实现规模化生产相对容易些。目前，已获得的最高效率为16%，是应用前景最好的新型太阳能电池。但地球上的碲资源十分有限，而且Cd有毒，对环境的污染值得关注。

发展趋势：无法引领市场主流；改进并完善生产工艺；模块与基材材料成本太高，进一步降低成本；碲天然蕴藏量有限；镉的毒性，使人们无法放心的接受此种光电池。

②GaAs太阳电池。

转换效率高。与硅太阳能电池相比，其禁带宽度相对较宽；光谱响应特性和与太阳光谱匹配性能好，所以其具有高的光电转换效率，单节的GaAs电池理论效率为27%，而多节GaAs的电池理论效率高达50%。可以制备成超薄型电池。与硅材料相比，GaAs材料对可见光的光吸收系数较高，电池可采用薄层结构，在质量上显示出绝对的优势，这样可以节约材料。电池的抗辐射能力较好。材料的电阻率小，由电池体电阻引起的功率损耗较小；光照下太阳电池的开路电压较高。因为能耐高温，特别适合做高温聚光太阳能电池。但由于镓比较稀缺，砷有毒，生产成本较高，导致其发展受到限制，目前主要用作空间电源用。

其发展趋势为：GaAs叠层电池的设计，能大大提高电池的转换效率。在叠层电池设计中采用聚光技术成为开发的新热点。随着制备工艺的不断发展和聚光技术及跟踪系统技术的不断成熟，相信其产业化应用前景更加美好。

③CIS太阳能电池。

CIS薄膜太阳能电池是一种以Cu（铜）、In（铟）、Se（硒）为主要原料的薄膜太阳能电池，主要特点为成本不受硅价格影响，而且在阴天或组件上有部分阴影时仍然能够进行发电。CIS材料的能降为1.1eV，适用于光电转换；非常适合于太阳电池的薄膜化；制造成本较低；抗辐射能力较强；转换效率已经超过10%；电池稳定性好，基本不衰减。铟和硒都是稀有元素，材料来源困难，另外，制备CIS太阳能材料是多元组成的，元素配比比较敏感，多元晶体结构复杂，与多层界面匹配困难，导致材料的制备技术难度高。

其发展趋势：提高制备材料的技术，例如如何开发最佳的沉积技术、生产工艺，以降低成本，适应大规模、低成本生产；如何理解CIS薄膜生长机理及缺陷作用，从而进一步提高转换效率。

（3）有机化合物太阳电池。

用含有一定数量的碳-碳键且导电能力介于金属和绝缘体之间的半导体材料制成的电池（分子晶体、电荷转移络合物、高聚物）为有机化合物太阳电池。

由于有机材料柔性好，原料来源广泛；有多种途径可以改变和提高材料光谱吸收能力、扩展光谱吸收范围，并提高载流子的传送能力；有机染料高分子半导体等的合成工艺比较简单；制作容易，可大面积成膜；电池制作可实现多样化；价格便宜等等优点，所以对大规模使用太阳能具有重要意义。

其发展趋势：以聚合物制作太阳能电池研究刚刚起步，与无机硅太阳能电池相比，在转换效率、电池的稳定性、光谱响应范围等方面，有机化合物太阳能电池还需要进一步研究。

所谓塑料太阳能电池材料属于有机化合物太阳能电池材料。其生产工艺简单，能耗小，成本低。这种材料是有机化合物，可以降解，是绿色环保产品。

（4）纳米晶太阳能电池。

纳米晶太阳能电池全称为染料敏化TiO2纳米晶能太阳电池，实际上是一种光电化学电池。与硅太阳能电池相比，工艺较简单，性能稳定，转换效率稳定在10%以上，制作成本较低，仅为硅太阳电池的1/5～1/10，寿命较长，能达到20年以上。

其缺点：电解质易导致敏化染料的脱附；溶剂易挥发，与敏化染料作用导致染料降解；密封工艺复杂；载流子迁移速率很慢，在高强度光照时不稳定；存在其他氧化还原反应。

发展趋势：纳米晶太阳能电池的研究刚刚开始，目前还面临着很多主要问题，例如如何获得制备方法简单、尺寸分布可控的纳米材料；为进入产业化的发展，溶液电解质要逐步用固体电解质取代，以提高稳定性和使用寿命等等一系列急需解决问题。

3.按用途分类

按用途可将太阳能电池分为空间太阳电池、地面太阳电池。

空间太阳电池是指在人造卫星、宇宙飞船等航天器上应用的太阳电池。由于使用环境特殊，要求太阳电池具有重量轻、耐高低温冲击、抗辐射能力强、转换效率高等优越的性能，而且制作精细，这些高标准的要求导致价格昂贵。

地面太阳电池是指用于地面阳光发电系统的太阳电池。这是目前应用最广泛的太阳电池，要求其能经受住自然现象的侵袭，有充足的原材料来源和工艺可行能确保大规模产业化发展，有较高的性价比。

小　结

1.太阳能（solar energy）是来自太阳内部氢原子核聚变所释放出的巨大辐射能量。太阳能的光电应用即太阳能发电，是新兴的可再生能源技术。

2.光伏发电是利用半导体的光生伏特效应将太阳光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的核心元件是太阳能光伏电池，太阳能光伏电池的作用就是太阳能发电所需要的能量转换器。

3.太阳能光热发电是指利用科技将阳光聚合，目前主要是通过反射镜将太阳光汇聚到太阳能收集装置，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。

4.光热利用的基本原理是利用太阳能收集装置将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。

5.1839年，法国科学家贝克雷尔就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏特效应”，简称“光伏效应”。

6.1954年世界第一块实用化太阳能电池在美国贝尔实验室问世，最开始应用于空间技术。

7.太阳能光伏发电的优点：太阳能取之不尽，用之不竭；太阳能普照大地，随处可得；太阳能不用消耗燃料和架设输电线路可以就地发电，供电运行成本相对低廉，还可以方便得与建筑物结合；太阳能发电没有机械转动部件，不易损耗，维护简单，使用寿命长，特别适合于无人值守情况下使用；太阳能发电安全可靠；太阳能发电系统建设周期短，获取能源花费的时间短；建设规模大小随意，方便灵活，而且可以根据负荷的增减，任意增加或减少太阳电池方阵容量，避免了浪费。

8.太阳能光伏发电的主要缺点为：不稳定性；成本高；太阳能电池板多晶硅的生产会带来一定污染，使用太阳能蓄电的蓄电池也会带来污染。

9.太阳能电池根据所用材料的不同，可分为同质结太阳能电池、异质结太阳能电池和肖特基太阳能电池。太阳能电池根据所用材料的不同，可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、有机化合物太阳能电池和纳米晶太阳能电池。按用途可将太阳能电池分为空间太阳电池、地面太阳电池。

10.晶体中的一个电子只能处在某个能带中的某条能级上。允许电子存在的一系列准连续的能量状态叫允带，允带与允带间禁止电子存在的范围叫禁带。

11.半导体总的电流等于扩散电流与漂移电流之和。

12.在一块N型（P型）半导体基片的一侧掺入较高浓度的受主（施主）杂质，由于杂质的补偿作用，该区域是P型半导体，它们交界处的结构称为PN结。

13.太阳能电池的光生伏特效应：太阳能电池能量转换的基础是半导体PN结的光生伏特效应。当PN结受到合适波长的光照时，产生电子-空穴对，在半导体内部PN结附近生成的载流子没有被复合而到达空间电荷区，受内电场的吸引，电子流入N区，空穴流入P区，结果使N区储存了过剩的电子，P区有过剩的空穴。它们在PN结附近形成与势垒方向相反的光生电场。光生电场除了部分抵消势垒电场的作用外，还使P区带正电，N区带负电，在N区和P区之间的薄层就产生电动势和电流，这就是光生伏特效应。

思考与练习

1.简述多晶硅电池和多晶硅薄膜电池各自的特点。

2.对比多晶硅电池和非晶硅电池，简述各自的优点和缺点。

3.对比单晶硅电池和多晶硅电池，简述各自的优点和缺点。

4.太阳能光伏发电和太阳能光热发电有何不同？简单阐述太阳能光伏发电的特点。

5.收集关于高效电池的概念、分类和应用。

6.在导体中，参与导电的有几种载流子？半导体又有几种载流子参与导电？

7.用能带论解释半导体随着温度的升高，电阻降低的原因。

8.n型半导体带电吗？如果呈电中性，给出解释理由。

9.如果在半导体材料中，同时存在着施主和受主杂质，该如何判断半导体究竟是N型还是P型？

10.简述提高太阳能电池转换效率的方法。