单晶硅光伏发电的前景和问题

吕 涛 赵科巍 申开愉 张 波

前言

自然能源匮乏是制约我国经济发展的主要因素，同时，煤炭等主要能源的CO2排放量也对环境造成了不可小觑的危害。我国人口众多、幅员辽阔，使得能源消耗量很大，太阳能利用技术的开发与应用对国民的生产生活产生深远的影响，对我国整体经济发展具有重要作用，运用节能环保的太阳能资源开展相关活动对整个地球村具有重要意义。太阳能是信息时代最高效环保的能源之一，目前，应用最广泛的太阳能主要有两种，一种是单晶、多晶硅，另一种是太阳能电池。从世界范围看，这两方面成为各研究机构研究的重点问题。在我国能源研究过程中，逐步对此方面进行深入探讨，这些研究对我国太阳能利用的发展具有重要影响。因此，本文对太阳能能源利用问题进行了深入的分析，此次课题的研究对丰富我国太阳能方面的知识具有理论性意义，对指导太阳能利用方面的工作具有现实意义。

1 单晶硅光伏发电相关问题概述

1.1 单晶硅发电电池简介

在目前的光伏发电发展中，对单晶硅光伏发电的运用较多，单晶硅电池主要由单晶硅原料制造，属于早期进行太阳能开发的一种电池品种。在现阶段太阳能电池制造的种类中，单晶硅原料的太阳能电池，具备最高的电力转换效率，其拥有较为成熟的生产应用技术，在国内太阳能发电的实际应用与工业生产中所占比重最大。由于太阳能电池未用其进行普通硅的制造，主要目的是为了实现高纯度目标，并在制作过程中增加其复杂性，容易导致能源的过度消耗，从而增加其对生态环境的严重污染。

1.2 单晶硅发电的基本原理

单晶硅太阳能发电电池在发电过程中，单体片应进行抽查检验，应按照需要的规格进行太阳能电池的组装，利用并联与串联的方式，建立输出电流与电压，再对其进行框架与材料的封装，而单晶硅发电时，能够将电池的转换率提升到15%[1]。单晶硅发电时，其属于将太阳能直接转化成电能的设备，其是利用单晶硅制作而成。单晶硅光伏发电的工作原理一般归纳为四个转换过程：①需要阳光照射，通常是单色、阳光，或者为模拟状态的太阳能光源；②将光子注入单晶硅形态的半导体中，使其激活电子状态的空穴对，在其死去分开之前，此种电子洞具备充足的生命；③具备静电场，静电场具有将电子洞分开的功能，形成电子集中一侧，而洞集中于另一侧的现象，诸多单晶硅材料的太阳能电池在进行使用时，P-N结对电子孔进行分离，实现阻挡层的效果，PN结属于单晶硅材料太阳能电池核心部分；④对电子与孔进行分离，运用电极采集，并输出于电池体外，逐渐形成电流。

1.3 单晶硅光伏发电的应用现状和改进的技术探究（略）

1.4 晶硅光伏发电的应用现状

在现有的科技水平下，单晶硅当作能量转换器而被广泛使用。其不但在卫星空间站、信号导航等领域有着重要的作用，而且还在农业、通信等行业具有重要作用。除此之外，单晶硅是太阳能供电系统的重要组成部分。太阳能作为可再生能源不但具有取之不尽用之不竭的特点，这样利用单晶硅组成的供电系统也会具备使用范围广、无法产生环境污染的特征。但是该供电系统具有一个致命地缺点，即对太阳能的转化效率低，一般情况下只能达到15%左右。因此，如何有效地提升单晶硅对太阳能地转化效率成为当下研究的一个重要课题。在现在的科学技术水平下，由单晶硅构成的供电系统中，需要使用大量的单晶硅，这样不但会造成成本过高，并且还会使其更加的复杂。例如：对一个12V的铅酸蓄电池进行充电时，只需要一个单晶硅就可以，但是对24V的蓄电池进行充电时，就需要用到双倍的单晶硅来组成供电系统。当蓄电池的额电电压上升时，单晶硅的使用数量也会成倍的增加，这会使供电成本显著的提高。除此之外，成倍的单晶硅不是简单的串并联，其需要经过复杂的计算之后进行科学的连接，这样会使供电系统变得复杂且脆弱，一旦供电系统出现严重的技术问题，对其修复也成为一个重大的难题。

1.5 晶硅光伏发电未来技术改进的方向

经过多年设计供电系统的线路，以及单晶硅电池的使用经验得来，单晶硅太阳能电池供电存在一些问题，其供电系统的太阳能电池组件没有设计V曲线的特性，也就是单晶硅电池组件的发电力缺少电源供电系统。因此，晶硅光伏发电应设计配套的发电系统，或者有三种与其他电池串联共用电源的方法：①将单晶硅电池与12V的铅酸蓄电池组成一套并联充电；②可以24V的铅酸蓄电池为荷，用单晶硅太阳能的两个组件进行串联；③单晶硅太阳能电池的前四个组件与48V的铅酸蓄电池为荷进行并联连接。在单晶硅电池的原料和制造工艺上进行改造，其原先材料是以高纯的单晶硅棒为原料，在硅片上掺杂和扩散一些微量的硼、磷、锑等，更新加工技术，简化制作程序，降低生产成本。结合入射光减反技术、钝化技术、选择性发射极技术、背面局部重掺技术等优点，研发出更高效率的太阳能电池，遵循提高效率、重视检测、降低成本、促进应用的原则，推动单晶硅光伏电向更高效更科学环保的方向发展。

2 结论

通过本文的论述得知，单晶硅属于太阳能发电中重要的组成部分，其发电需要具备充足的光照、需要光子传输到单晶硅半导体中来激活其中的电子空穴、要具备静电场。研究结果表明现阶段单晶硅光伏发电仍然存在转换效率低、生产成本高、光伏发电造价高的问题。鉴于这样的状况，在太阳能发电时使用单晶硅要注重对其电池的改进，才能更好的提升单晶硅在市场使用率，真正的实现绿色经济的发展愿景。