您可能見(jiàn)過(guò)使用太陽(yáng)能電池的計(jì)算器——從不需要電池的計(jì)算器，有時(shí)這種計(jì)算器甚至沒(méi)有關(guān)閉按鈕。只要有足夠的光，這些計(jì)算器似乎就可以一直工作下去。您可能見(jiàn)過(guò)更大的太陽(yáng)能電池板——在緊急交通標(biāo)志、公共電話亭、浮標(biāo)甚至停車(chē)場(chǎng)中和電源指示燈上都能看到這樣的電池板。盡管這些大型面板不像太陽(yáng)能計(jì)算器那樣常見(jiàn)，但它們確實(shí)存在，如果您知道相應(yīng)的位置，便會(huì)很容易發(fā)現(xiàn)它們。太陽(yáng)能電池還裝在人造衛(wèi)星上，用來(lái)為其供電。
在近20年中，您可能不斷聽(tīng)到“太陽(yáng)能革命”這一說(shuō)法 -- 講的是有一天我們會(huì)全部使用從太陽(yáng)獲得的免費(fèi)電能。這是一個(gè)誘人的承諾：在天氣晴朗、陽(yáng)光明媚的日子里，太陽(yáng)向地球表面輻射的能量約為1,000瓦每平方米，如果我們可以將這些能量全部收集起來(lái)，就可以輕松地為住宅和辦公室提供免費(fèi)電力
在本文中，我們將研究太陽(yáng)能電池，了解它們?nèi)绾螌⑻?yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能。在閱讀過(guò)程中，您將了解到為什么說(shuō)太陽(yáng)能離人們的日常生活越來(lái)越近，以及為什么在這項(xiàng)技術(shù)具有成本效益之前我們還有許多研究工作要做。
將光子轉(zhuǎn)換為電子
計(jì)算器和人造衛(wèi)星上使用的太陽(yáng)能電池都是光伏電池或者模塊（模塊就是一組通過(guò)電路連接并封裝在一個(gè)框架內(nèi)的電池）。光伏電池（Photovoltaics），顧名思義（photo=光， voltaic=電），是指將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為電能的電池。光伏電池之前只用在太空中，而現(xiàn)在卻越來(lái)越普及，且使用方式也越來(lái)越普通。它們甚至可以為您的住宅供電。這些裝置是如何工作的呢？
光伏（PV）電池由半導(dǎo)體材料制成，比如硅就是目前最常用的一種半導(dǎo)體。當(dāng)光照射電池時(shí)，有一部分光會(huì)被半導(dǎo)體材料吸收。這意味著吸收的光能將傳給半導(dǎo)體。能量會(huì)導(dǎo)致電子逸出，使它們可以自由流動(dòng)。光伏電池中還有一個(gè)或多個(gè)電場(chǎng)，可以迫使由光吸收并釋放的電子以一定方向流動(dòng)。電子的流動(dòng)形成電流，通過(guò)在光伏電池的頂部和底部安放金屬觸點(diǎn)，我們可以將電流引出來(lái)，以供使用。例如，電流可以為計(jì)算器供電。此電流以及電池電壓（由內(nèi)部電場(chǎng)產(chǎn)生）決定了太陽(yáng)能電池的功率（或者瓦特?cái)?shù)）。
?
這是發(fā)電的基本過(guò)程，但是實(shí)際情況要復(fù)雜得多。讓我們來(lái)深入研究一個(gè)光伏電池的示例：?jiǎn)尉Ч桦姵亍?/p>
硅有一些特別的化學(xué)特性，尤其是它的晶體結(jié)構(gòu)。硅原子含有14個(gè)電子，排列在三個(gè)不同的核外電子層中。距離原子核最近的頭兩個(gè)電子層完全填滿(mǎn)。而最外層電子則處于半滿(mǎn)狀態(tài)，只有四個(gè)電子。硅原子始終會(huì)想方設(shè)法填滿(mǎn)最外面的電子層（即希望有八個(gè)電子）。為此，它會(huì)與相鄰硅原子的四個(gè)電子共享自身的電子，這就好比每個(gè)原子與周?chē)游帐忠粯?，只是在這種情況下，每個(gè)原子有四只手與四個(gè)鄰居相握。這就形成了晶體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)對(duì)于這種類(lèi)型的光伏電池具有重要的意義。
現(xiàn)在，我們已經(jīng)了解了純晶體硅。純硅是一種性能很差的導(dǎo)體，因?yàn)樗碾娮硬荒芟胥~這樣的導(dǎo)體中的電子那樣自由移動(dòng)。硅中的電子被全部鎖在晶體結(jié)構(gòu)中。太陽(yáng)能電池中的硅結(jié)構(gòu)已經(jīng)過(guò)稍稍調(diào)整，以便它能作為太陽(yáng)能電池來(lái)工作。
太陽(yáng)能電池使用的硅混有雜質(zhì)——其他原子與硅原子混在一起，這樣會(huì)稍稍改變硅的工作方式。我們通常認(rèn)為雜質(zhì)是某種不好的東西，但在這個(gè)例子中，如果沒(méi)有這些雜質(zhì)，電池就無(wú)法工作。實(shí)際上，這些雜質(zhì)是有意添加到硅中的。考慮硅與一個(gè)位置不定的磷原子在一起的情況，也許每一百萬(wàn)個(gè)硅原子配上一個(gè)磷原子。磷原子的外電子層有五個(gè)電子，而不是四個(gè)。它仍然要與硅周?chē)脑咏Y(jié)合，但從某種意義上講，磷原子有一個(gè)電子是不與任何原子握手的。它沒(méi)有成為鍵的一部分，但是磷原子核中的正質(zhì)子會(huì)使其保持在原位上。
當(dāng)把能量加到純硅中時(shí)（比如以熱的形式），它會(huì)導(dǎo)致幾個(gè)電子脫離其共價(jià)鍵并離開(kāi)原子。每有一個(gè)電子離開(kāi)，就會(huì)留下一個(gè)空穴。然后，這些電子會(huì)在晶格周?chē)奶幱问帲瑢ふ伊硪粋€(gè)空穴來(lái)安身。這些電子被稱(chēng)為自由載流子，它們可以運(yùn)載電流。不過(guò)，留在純硅中的電子數(shù)量極少，因此沒(méi)有太大的用處。而將純硅與磷原子混合起來(lái)，情況就完全不同了。此時(shí)，只需很少的能量即可使磷原子的某個(gè)“多余”的電子逸出，因?yàn)檫@些電子沒(méi)有結(jié)合到共價(jià)鍵中——它們的鄰居不會(huì)將它們拉回。因此，大多數(shù)這類(lèi)電子會(huì)成為自由電子，這樣，我們就得到了比純硅中多得多的自由載流子。有意添加雜質(zhì)的過(guò)程被稱(chēng)為摻雜，當(dāng)利用磷原子摻雜時(shí)，得到的硅被成為N型（“n”表示負(fù)電），因?yàn)楣枥锩嬗泻芏嘧杂呻娮?。與純硅相比，N 型摻雜硅是一種性能好得多的導(dǎo)體。
實(shí)際上，太陽(yáng)能電池只有一部分是N型。另一部分硅摻雜的是硼，硼的最外電子層只有三個(gè)而不是四個(gè)電子，這樣可得到P型硅。P型硅中沒(méi)有自由電子（“p”表示正電），但是有自由空穴。空穴實(shí)際是電子離開(kāi)造成的，因此它們帶有相反（正）的電荷。它們像電子一樣四處移動(dòng)。
在將N型硅與P型硅放到一起時(shí)，有趣的情形發(fā)生了。切記，每塊光伏電池至少有一個(gè)電場(chǎng)。沒(méi)有電場(chǎng)，電池就無(wú)法工作，而此電場(chǎng)是在N型硅和P型硅接觸的時(shí)候形成的。突然，N 側(cè)的自由電子（它們一直在尋找空穴來(lái)安身）看到了P側(cè)的所有空穴，然后便瘋狂地奔向空穴，將空穴填滿(mǎn).
以前，從電的角度來(lái)看，我們所用的硅都是中性的。多余的電子被磷中多余的質(zhì)子所中和。缺失電子（空穴）由硼中缺失質(zhì)子所中和。當(dāng)空穴和電子在N型硅和P型硅的交界處混合時(shí)，中性就被破壞了。所有自由電子會(huì)填充所有空穴嗎？不會(huì)。如果是這樣，那么整個(gè)準(zhǔn)備工作就沒(méi)有什么意義了。不過(guò)，在交界處，它們確實(shí)會(huì)混合形成一道屏障，使得N側(cè)的電子越來(lái)越難以抵達(dá)P側(cè)。最終會(huì)達(dá)到平衡狀態(tài)，這樣我們就有了一個(gè)將兩側(cè)分開(kāi)的電場(chǎng)。
?
?
這個(gè)電場(chǎng)相當(dāng)于一個(gè)二極管，允許（甚至推動(dòng)）電子從P側(cè)流向N側(cè)，而不是相反。它就像一座山——電子可以輕松地滑下山頭（到達(dá)N側(cè)），卻不能向上攀升（到達(dá)P側(cè)）。
這樣，我們就得到了一個(gè)作用相當(dāng)于二極管的電場(chǎng)，其中的電子只能向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。讓我們來(lái)看一下在太陽(yáng)光照射電池時(shí)會(huì)發(fā)生什么。
當(dāng)光以光子的形式撞擊太陽(yáng)能電池時(shí)，其能量會(huì)使電子空穴對(duì)釋放出來(lái)。
每個(gè)攜帶足夠能量的光子通常會(huì)正好釋放一個(gè)電子，從而產(chǎn)生一個(gè)自由的空穴。如果這發(fā)生在離電場(chǎng)足夠近的位置，或者自由電子和自由空穴正好在它的影響范圍之內(nèi)，則電場(chǎng)會(huì)將電子送到N側(cè)，將空穴送到P側(cè)。這會(huì)導(dǎo)致電中性進(jìn)一步被破壞，如果我們提供一個(gè)外部電流通路，則電子會(huì)經(jīng)過(guò)該通路，流向它們的原始側(cè)（P側(cè)），在那里與電場(chǎng)發(fā)送的空穴合并，并在流動(dòng)的過(guò)程中做功。電子流動(dòng)提供電流，電池的電場(chǎng)產(chǎn)生電壓。有了電流和電壓，我們就有了功率，它是二者的乘積。
?
?
我們的光伏電池可以吸收多少太陽(yáng)光的能量？遺憾的是，此處介紹的簡(jiǎn)易電池對(duì)太陽(yáng)光能量的吸收率至多為25%左右，通常的吸收率是15%或更低。為什么吸收率會(huì)這么低？
可見(jiàn)光只是電磁頻譜的一部分。電磁輻射不是單頻的——它由一系列不同波長(zhǎng)（進(jìn)而產(chǎn)生的一系列能級(jí)）組成。（有關(guān)電磁頻譜的詳細(xì)介紹，請(qǐng)參閱狹義相對(duì)論基本原理。）
光可分為不同波長(zhǎng)，我們可以通過(guò)彩虹看出這一點(diǎn)。由于射到電池的光的光子能量范圍很廣，因此有些光子沒(méi)有足夠的能量來(lái)形成電子空穴對(duì)。它們只是穿過(guò)電池，就像電池是透明的一樣。但其他一些光子的能量卻很強(qiáng)。只有達(dá)到一定的能量 -- 單位為電子伏特（eV），由電池材料（對(duì)于晶體硅，約為1.1eV）決定——才能使電子逸出。我們將這個(gè)能量值稱(chēng)為材料的帶隙能量。如果光子的能量比所需的能量多，則多余的能量會(huì)損失掉（除非光子的能量是所需能量的兩倍，并且可以創(chuàng)建多組電子空穴對(duì)，但這種效應(yīng)并不重要）。僅這兩種效應(yīng)就會(huì)造成電池中70%左右的輻射能損失。
為何我們不選擇一種帶隙很低的材料，以便利用更多的光子？遺憾的是，帶隙還決定了電場(chǎng)強(qiáng)度（電壓），如果帶隙過(guò)低，那么在增大電流（通過(guò)吸收更多電子）的同時(shí)，也會(huì)損失一定的電壓。請(qǐng)記住，功率是電壓和電流的乘積。最優(yōu)帶隙能量必須能平衡這兩種效應(yīng)，對(duì)于由單一材料制成的電池，這個(gè)值約為1.4電子伏特。
我們還有其他能量損失。電子必須通過(guò)外部電路從電池的一側(cè)流到另一側(cè)。我們可以在電池底部鍍上一層金屬，以保證良好的導(dǎo)電性。但如果我們將電池頂部完全鍍上金屬，光子將無(wú)法穿過(guò)不透光導(dǎo)體，這樣就會(huì)喪失所有電流（在某些電池中，只有上表面而非所有位置使用了透明導(dǎo)體）。如果我們只在電池的兩側(cè)設(shè)置觸點(diǎn)，則電子需要經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)一段距離（對(duì)于電子而言）才能抵達(dá)接觸點(diǎn)。要知道，硅是半導(dǎo)體，它傳輸電流的性能沒(méi)有金屬那么好。它的內(nèi)部電阻（稱(chēng)為串聯(lián)電阻）相當(dāng)高，而高電阻意味著高損耗。為了最大限度地降低這些損耗，電池上覆有金屬接觸網(wǎng)，它可縮短電子移動(dòng)的距離，同時(shí)只覆蓋電池表面的一小部分。即使是這樣，有些光子也會(huì)被網(wǎng)格阻止，網(wǎng)格不能太小，否則它自身的電阻就會(huì)過(guò)高。
在實(shí)際使用電池之前，還要執(zhí)行其他幾個(gè)步驟。硅是一種有光澤的材料，這意味著它的反射性能很好。被反射的光子不能被電池利用。出于這個(gè)原因，在電池頂部采用抗反射涂層，可將反射損失降低到5%以下。
最后一步是安裝玻璃蓋板，用來(lái)將電池與元件分開(kāi)，以保護(hù)電池。光伏模塊由多塊電池（通常是36塊）串聯(lián)和并聯(lián)而成，以提供可用的電壓和電流等級(jí)，這些電池放在一個(gè)堅(jiān)固的框架中，后部分別引出正極端子和負(fù)極端子，并用玻璃蓋板封上。
?
?
單晶硅并非光伏電池中使用的唯一材料。電池材料中還采用了多晶硅，盡管這樣生產(chǎn)出來(lái)的電池不如單晶硅電池的效率高，但可以降低成本。此外，還采用了沒(méi)有晶體結(jié)構(gòu)的非晶硅，這樣做同樣是為了降低成本。使用的其他材料還包括砷化鎵、硒化銦銅和碲化鎘。由于不同材料的帶隙不同，因此它們似乎針對(duì)不同的波長(zhǎng)或不同能量的光子進(jìn)行了“調(diào)諧”。一種提高效率的方法是使用兩層或者多層具有不同帶隙的不同材料。帶隙較高的材料放在表面，吸收較高能量的光子；而帶隙較低的材料放在下方，吸收較低能量的光子。這項(xiàng)技術(shù)可大大提高效率。這樣的電池稱(chēng)為多接面電池，它們可以有多個(gè)電場(chǎng)。
有了光伏（PV）模塊，我們?cè)撊绾卫媚?？如何利用太?yáng)能來(lái)為房間供電？盡管它并非像隨便在屋頂放置一些模塊那樣簡(jiǎn)單，但也不是特別復(fù)雜。
首先，并非每個(gè)屋頂都有合適的朝向或傾斜角度可以充分利用太陽(yáng)能。北半球的無(wú)軌道光伏系統(tǒng)應(yīng)指向正南（這是方位）。它們應(yīng)該以該地區(qū)緯度來(lái)設(shè)定傾斜角度，以便可以整年吸收盡可能多的能量。如果希望在上午或下午以及夏季或冬季獲得盡可能多的能量，可以采用不同的方位、傾角。當(dāng)然，不管在一天或者一年中的什么時(shí)間，模塊決不能被附近的樹(shù)木或者建筑物擋住。在光伏模塊中，即使36塊電池中只有一塊被擋住了，發(fā)電量也會(huì)減少一大半。
如果您有一間房子，它的屋頂沒(méi)有遮擋并且朝南，那么您還需要確定自己需要的系統(tǒng)規(guī)模。這是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，因?yàn)榘l(fā)電量取決于天氣情況，而天氣從來(lái)都是不可完全預(yù)測(cè)的，并且您的用電需求也會(huì)隨時(shí)發(fā)生變化。這些障礙很容易清除。氣象數(shù)據(jù)會(huì)提供不同地理區(qū)域每月的平均日照水平。其中考慮了降雨和多云天氣，以及緯度、濕度和其他更細(xì)微的因素。您在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到日照狀況最差的月份，這樣才能保證全年都有充足的電力供應(yīng)。有了這個(gè)數(shù)據(jù)，并且清楚自己家里的平均用電需求（通過(guò)用電帳單即可得知每月的用電量），可以用一些簡(jiǎn)單的方法來(lái)確定您需要多少個(gè)光伏模塊。此外，您還需要確定系統(tǒng)電壓，這可以通過(guò)決定串聯(lián)的模塊數(shù)量來(lái)控制。
您可能已經(jīng)猜到我們要解決的幾個(gè)問(wèn)題了。首先，在沒(méi)有太陽(yáng)光照射時(shí)我們應(yīng)該怎么做？當(dāng)然，如果可以選擇的話，肯定沒(méi)有人愿意接受只在白天并且只在晴朗的白天才有電的生活。我們需要能量存儲(chǔ)裝置——電池。遺憾的是，電池為光伏系統(tǒng)增加了很多成本和維護(hù)工作。但是在目前，電池還是一個(gè)必需品，因?yàn)橹挥羞@樣才能完全擺脫天氣的影響。繞開(kāi)這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)方法是，將房子與電網(wǎng)相連，從而可以在需要電的時(shí)候買(mǎi)電，而在發(fā)電量超過(guò)需要時(shí)賣(mài)電。這樣，電網(wǎng)實(shí)際上充當(dāng)了一個(gè)巨大的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。當(dāng)然，這需要征得電網(wǎng)方面的同意，并且在大多數(shù)情況下，它們從您這里買(mǎi)電的價(jià)格將比它們售電的價(jià)格低得多。您還需要特殊的設(shè)備來(lái)確保出售給電網(wǎng)的電力與它們的電力同步——即共享相同的正弦波形和頻率。安全性也是一個(gè)問(wèn)題。電網(wǎng)需要確保如果在您的住宅附近出現(xiàn)斷電，您的光伏系統(tǒng)不會(huì)向線路工人以為已經(jīng)沒(méi)有電的線路供電。這稱(chēng)之為隔離。
如果您決定使用電池，請(qǐng)切記電池是需要維護(hù)的，并且在一定年限之后需要更換。光伏模塊應(yīng)該可以使用20年或者更長(zhǎng)的時(shí)間，但電池就沒(méi)有這么長(zhǎng)的壽命了。由于電池中存有能量且包含酸性電解液，光伏系統(tǒng)中的電池可能非常危險(xiǎn)，因此您需要為它們提供一個(gè)通風(fēng)良好的非金屬外殼。
盡管常用的電池有好幾種類(lèi)型，但它們都有一個(gè)共同的特性，即它們都是深循環(huán)電池。與您的汽車(chē)電池（淺循環(huán)電池）不同，深循環(huán)電池可以釋放出比存儲(chǔ)電能還要多的電能，同時(shí)還能保持較長(zhǎng)的壽命。汽車(chē)電池在很短的時(shí)間內(nèi)會(huì)釋放很大的電流來(lái)啟動(dòng)您的汽車(chē)，并且在您駕駛時(shí)立即充電。光伏電池通常需要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的時(shí)段（如整夜時(shí)間）才會(huì)釋放出較小的電流，并在整個(gè)白天進(jìn)行充電。
最常用的深循環(huán)電池是鉛酸電池（密封式和開(kāi)口式）和鎳鎘電池。鎳鎘電池雖然價(jià)格昂貴，但使用壽命較長(zhǎng)，并且可以更徹底地放電而不會(huì)對(duì)其性能造成損害。即使是深循環(huán)鉛酸電池，在百分之百放電的情況下也不可避免地會(huì)嚴(yán)重縮短電池壽命。通常來(lái)說(shuō)，光伏系統(tǒng)中鉛酸電池的放電率不會(huì)超過(guò)40%到50%。
另外，使用電池時(shí)還需要安裝充電控制器。如果能夠妥善使用電池，避免過(guò)度充電或過(guò)度消耗，那么電池的壽命會(huì)長(zhǎng)得多。這正是充電控制器要做的工作。一旦電池充滿(mǎn)電，充電控制器就不再允許電流從光伏模塊繼續(xù)流入電池中。同樣，一旦電池電量消耗到一定水平（通過(guò)測(cè)量電池電壓來(lái)控制），很多充電控制器將不允許更多的電流繼續(xù)從電池流出，直至對(duì)電池進(jìn)行重新充電。充電控制器的使用對(duì)延長(zhǎng)電池壽命起到了重要作用。
另一個(gè)問(wèn)題是，由光伏模塊產(chǎn)生的電以及從電池中提?。ㄈ绻x擇使用電池）的電都是直流電，而電網(wǎng)所供應(yīng)的電（以及您房間中各種家用電器使用的電）是交流電。因此您需要一個(gè)換流器，這是一種能將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的設(shè)備。大多數(shù)大型換流器還允許您自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作方式。有些名為交流模塊的光伏模塊實(shí)際上在每個(gè)模塊中內(nèi)置了一個(gè)換流器，因而無(wú)需使用大型的集中型換流器，并簡(jiǎn)化了接線問(wèn)題。
配備了安裝硬件、接線、接線盒、接地設(shè)備、過(guò)電流保護(hù)、直流和交流斷路器以及其他附件之后，您就有了一個(gè)自己的系統(tǒng)。安裝時(shí)必須遵守電氣法規(guī)（《美國(guó)國(guó)家電氣法規(guī)》（National Electrical Code）中有一個(gè)針對(duì)光伏系統(tǒng)的條款）。強(qiáng)烈建議由在光伏系統(tǒng)方面有經(jīng)驗(yàn)的持證電工來(lái)完成安裝工作。安裝完成之后，光伏系統(tǒng)幾乎不需要維護(hù)（尤其在不使用電池的情況下），并可在20年或者更長(zhǎng)的時(shí)間里提供清潔、安靜的電能。
既然光電是這么好的一種免費(fèi)能源，那么為何全世界沒(méi)有都靠太陽(yáng)能來(lái)發(fā)電呢？有些人對(duì)太陽(yáng)能抱有一種錯(cuò)誤的觀念。盡管太陽(yáng)光確實(shí)是免費(fèi)的，但光伏系統(tǒng)發(fā)的電并不是免費(fèi)的。從我們對(duì)家用光伏系統(tǒng)的討論中您可以看到，這個(gè)系統(tǒng)需要很多硬件。目前，一個(gè)安裝好的光伏系統(tǒng)的成本約為每峰瓦9美元。為了讓您對(duì)家用發(fā)電系統(tǒng)的成本有一個(gè)概念，讓我們來(lái)看一看太陽(yáng)房——一幢位于北卡羅萊納州羅利市的模型住宅，北卡羅萊納州太陽(yáng)能中心在其中安裝了光伏系統(tǒng)，以展示這項(xiàng)發(fā)電技術(shù)。這是一幢相當(dāng)小的住宅，據(jù)估計(jì)，它的3.6千瓦光伏系統(tǒng)將滿(mǎn)足總電力需求的一半（該系統(tǒng)沒(méi)有使用電池，而是與電網(wǎng)相連）。盡管如此，以每瓦特9美元的價(jià)格來(lái)計(jì)算，安裝這個(gè)系統(tǒng)將花費(fèi)您大約32,000美元。
光伏系統(tǒng)之所以通常用于遠(yuǎn)離傳統(tǒng)電源的偏遠(yuǎn)地區(qū)，原因就在于此?，F(xiàn)在，它確實(shí)無(wú)法與電網(wǎng)競(jìng)爭(zhēng)。不過(guò)，隨著研究工作的深入，太陽(yáng)能發(fā)電的成本將會(huì)下降。研究人員相信，總有一天，市區(qū)的光伏系統(tǒng)的成本效益會(huì)同偏遠(yuǎn)地區(qū)一樣。部分問(wèn)題在于，必須大規(guī)模生產(chǎn)才能盡可能地降低產(chǎn)品成本。而只有產(chǎn)品價(jià)格降到有競(jìng)爭(zhēng)力的水平，才會(huì)產(chǎn)生對(duì)光伏系統(tǒng)的需求。這就陷入了進(jìn)退兩難的境地。即便如此，需求量和模塊效率還是在不斷地提高，產(chǎn)品價(jià)格也在不斷地下降，全世界也越來(lái)越關(guān)注傳統(tǒng)電源所帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，所有這些都為光電技術(shù)帶來(lái)了光明的前景。?
?
太陽(yáng)能電池發(fā)電原理：
太陽(yáng)能電池是一對(duì)光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如：?jiǎn)尉Ч?，多晶硅，非晶硅，砷化鎵，硒銦銅等。它們的發(fā)電原理基本相同，現(xiàn)以晶體為例描述光發(fā)電過(guò)程。P型晶體硅經(jīng)過(guò)摻雜磷可得N型硅，形成P－N結(jié)。
當(dāng)光線照射太陽(yáng)能電池表面時(shí)，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在P－N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時(shí)，在該電壓的作用下，將會(huì)有電流流過(guò)外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個(gè)過(guò)程的實(shí)質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過(guò)程。
晶體硅太陽(yáng)能電池的制作過(guò)程：
“硅”是我們這個(gè)星球上儲(chǔ)藏最豐量的材料之一。自從19世紀(jì)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了晶體硅的半導(dǎo)體特性后，它幾乎改變了一切，甚至人類(lèi)的思維。20世紀(jì)末，我們的生活中處處可見(jiàn)“硅”的身影和作用，晶體硅太陽(yáng)能電池是近15年來(lái)形成產(chǎn)業(yè)化最快的。生產(chǎn)過(guò)程大致可分為五個(gè)步驟：a、提純過(guò)程 b、拉棒過(guò)程 c、切片過(guò)程 d、制電池過(guò)程 e、封裝過(guò)程。
太陽(yáng)能電池的應(yīng)用：
上世紀(jì)60年代，科學(xué)家們就已經(jīng)將太陽(yáng)電池應(yīng)用于空間技術(shù)——通信衛(wèi)星供電，上世紀(jì)末，在人類(lèi)不斷自我反省的過(guò)程中，對(duì)于光伏發(fā)電這種如此清潔和直接的能源形式已愈加親切，不僅在空間應(yīng)用，在眾多領(lǐng)域中也大顯身手。如：太陽(yáng)能庭院燈、太陽(yáng)能發(fā)電戶(hù)用系統(tǒng)、村寨供電的獨(dú)立系統(tǒng)、光伏水泵（飲水或灌溉）、通信電源、石油輸油管道陰極保護(hù)、光纜通信泵站電源、海水淡化系統(tǒng)、城鎮(zhèn)中路標(biāo)、高速公路路標(biāo)等。歐美等先進(jìn)國(guó)家將光伏發(fā)電并入城市用電系統(tǒng)及邊遠(yuǎn)地區(qū)自然界村落供電系統(tǒng)納入發(fā)展方向。太陽(yáng)電池與建筑系統(tǒng)的結(jié)合已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì).
