太阳能电池是什么原理？ 这款太阳能电池创造最新世界纪录！

众所周知，太阳能电池是利用光生伏打效应，把光能直接转换成电能的一种器件。所谓光生伏打效应是某种材料吸收的光能之后产生电动势的效应。在固体中，尤其在半导体内，光能转换成电能的效率特别高。太阳能电池的工作原理可以概括成下面几个主要过程:

(1).必须有光的照射，可以是单色光，太阳光或模拟太阳光源等。

(2).光子注入到半导体后，激发出电子-空穴对,这些电子-空穴对必须有足够的寿命保证，在他们被分离之前不会复合消失。

(3).必须有个静电场(PN结)，起分离电子-空穴对的作用。

(4. 被分离的电子和空穴，经电极收集输出到电池体外，形成电流。

太阳能发电原理

太阳能电池发电的主要原理是半导体的光电效应。硅原子有4个电子，如果在纯硅中掺入有5个电子的原子如磷原子，就成为带负电的N型半导体;若在纯硅中掺入有3个电子的原子如硼原子，形成带正电的P型半导体。当P型和N型结合在一起时，接触面就会形成电势差，成为太阳能电池。当太阳光照射到P-N结后，空穴由N极区往P极区移动，电子由P极区向N极区移动，形成电流。

制作时，多晶硅经过铸锭、破锭、切片等程序后，制作成待加工的硅片。在硅片上掺杂和扩散微量的硼、磷等，就形成P-N结。然后采用丝网印刷，将精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面涂一层防反射涂层，电池片就至此制成。电池片排列组合成电池组件，就组成了大的电路板。一般在组件四周包铝框，正面覆盖玻璃，反面安装电极。有了电池组件和其他辅助设备，就可以组成发电系统。为了将直流电转化交流电，需要安装电流转换器。发电后可用蓄电池存储，也可输入公共电网。发电系统成本中，电池组件约占50%，电流转换器、安装费、其他辅助部件以及其他费用占另外50%。

太阳能电池芯片

太阳能电池芯片是具有光电效应的半导体器件，半导体的PN结被光照后产生电流，当光直射太阳能电池芯片，其中一部分被反射，一部分被吸收。一部分透过电池芯片、被吸收的光激发被束缚的高能级状态下的电子，使之成为自由电子，这些自由电子在晶体内向各方向移动，余下空穴(电子以前的位置)。空穴也围绕晶体飘移，自由电子(-)在N结聚集，空穴(+)在P结聚集，当外部环路被闭合，电流产生。

太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池(组)组成。如输出电源为交流220V或

110V，还需要配置逆变器。各部分的作用为：

(一)太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。

(二)太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。

(三)蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。

(四)逆变器：在很多场合，都需要提供220VAC、110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器，如将24VDC的电能转换成5VDC的电能(注意，不是简单的降压)。

美国科学家制造了一种三结太阳能电池，其效率达到了39.5%，创下了单太阳光照下任何类型电池的世界纪录。尽管这一概念所依赖的材料和工艺对大多数商业用途来说仍过于昂贵，但它很快就会在卫星和其他太空技术中得到实际应用。

由美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)领导的一组科学家在没有聚光器的正常照明下创造了太阳能电池效率的新世界纪录，基于三层III-V材料的电池效率达到39.5%。

这一新的记录打破了NREL之前39.2%的记录，通过各种创新，该小组能够极大地简化该设备，使用三端串联而不是之前的六端。此前三结型太阳能电池的记录是夏普公司在2013年创下的37.9%

最近发表在《焦耳》杂志上的一篇论文“厚量子阱超晶格使三结太阳能电池具有39.5%的地面效率和34.2%的空间效率”对这种电池进行了全面描述。该小组将镓铟砷(GaInAs)、砷化镓(GaAs)和砷化镓铟(GaInP)层结合起来，创造出一种可以吸收大量太阳光谱的设备。

这种方法的关键是NREL最新的“量子阱”工作，它允许它更好地调整每一层来吸收太阳光谱的不同部分。NREL的高级科学家和电池设计师Ryan France说，“虽然砷化镓是一种优秀的材料，通常用于III-V型多结电池，但它不具有与三结电池相当正确的带隙，这意味着三个电池之间的光电流平衡不是最佳的。”

“在这里，我们通过使用量子阱在保持优异材料质量的同时修改了带隙，这使得该设备和潜在的其他应用成为可能。”他补充说。

量子阱是插入电池层的薄纳米结构，可以改变带隙和其他特性。利用这些，小组能够提高中间砷化镓电池层的带隙，以最大化其性能与其他两个一致。虽然量子阱现象不是一个新发现，但在几个纳米尺度上使用这些材料所面临的各种挑战限制了它们在以往研究中的实际效益。

该小组承认，至少就目前而言，他们正在研究的这些电池的工艺和材料对大多数主流太阳能应用来说过于复杂和昂贵。尽管NREL正在尝试一些不同的方法，可以大大减少其成本，但目前，为卫星和其他空间技术供电是基于这些“III-V”材料的任何类型太阳能电池的唯一可能应用。

太阳能已经成为时下节能环保的功臣，电用热水器和燃气热水器逐渐被太阳能热水器所替代，传统的路灯也逐渐被太阳能草坪灯替代。

太阳能草坪灯的系统组成

太阳能草坪灯是一个独立的太阳能发电系统。它能够独立地完成把太阳能转换为电能，并能把电能转换成热能供照明和装饰使用，而不需要电线的传输。主要的系统组成部分有光伏发电系统和供电系统。

光伏系统

一个独立的光伏系统一般由三部分组成：太阳电池组件;充、放电控制器、逆变器、测试仪表和计算机监控等电力电子设备和蓄电池或其它蓄能和辅助发电设备。

光伏发电系统具有以下的特点：没有转动部件，不产生噪音;没有空气污染、不排放废水;没有燃烧过程，不需要燃料;维修保养简单，维护费用低;运行可靠性、稳定好;作为关键部件的太阳电池使用寿命长，晶体硅太阳电池可达到25年以上;根据需要很容易扩大发电规模。

供电系统

太阳能草坪灯是一个小型的太阳能供电系统。它的结构非常简单主要由太阳能电池板、充放电控制器、蓄电池、照明电路和灯杆等部分组成

太阳能草坪灯的结构组成

由太阳能电池组件(光伏板)、超高亮LED灯(光源)、免维护可充电蓄电池、自动控制电路、灯具等组成。

太阳能草坪灯的光源优势

目前多数草坪灯选用LED作为光源，LED寿命长，可以达到100000小时以上，工作电压低，非常适合应用在太阳能草坪灯上。特别是LED技术已经有了关键性的突破，并且其特性在过去5年中有很大提高，其性能价格比也有较大的高。另外，LED由低压直流供电，其光源控制成本低，使调节明暗，频繁开关都成为可能，并且不会对LED的性能产生不良影响。