众所周知， 太阳能是一种用之不竭、 储量巨大的清洁可再生动力， 每天到地球外表的辐射能量相当于数亿万桶石油焚烧的能量，太阳能开发与使用逐渐成府要点开展的战略。热能和光能使用是太阳能使用的两种重要方法。“光伏发电是使用光伏电池的光伏效应将太阳光的光能直接转化为电能的一种可再生、 无污染的发电方法， 正在全球范围内迅猛开展， 其不只要代替部分化石动力， 并且未来将成为国际动力供应的主体，是国际各国可再生动力开展的要点。本文论述了太阳能光伏电池的原理， 总述了国内外光伏发电技能的开展现状及开展趋势。
光伏电池的原理及开展现状
1839 年， 法国的 Edmond Becquerel 发现了“光伏效应” ， 即光照能使半导体资料内部的电荷分布状况发生改变而发生电动势和电流。光伏电池是根据半导体 P- N 结承受太阳光照发生光伏效应， 直接将光能转化成电能的能量转化器。1954 年，美国 Bell 实验室的 G． Pearson 等发明晰单晶硅光伏电池， 其原理如图 1 所示。
图 1 中，太阳光照射到光伏电池外表， 其吸收具有必定能量的光子， 在内部发生处于非平衡状况的电子－ 空穴对;在 P- N 结内建电场的效果下， 电子、 空穴别离被驱向N， P 区， 从而在 P- N 结邻近构成与内建电场方向相反的光生电场;光生电场抵消 P- N 结内建电场后的剩余部分使P， N 区别离带正、 负电， 所以发生由 N 区指向 P 区的光生电动势; 当外接负载后，则有电流从 P 区流出， 经负载从N 区流入光伏电池。图 2 为光伏电池等效电路， 其间， Iph为与光伏电池面积、 入射光辐照度成正比的光生电流（1 cm2硅光伏电池的 Iph值为 16 ～ 30 mA）;ID， Ish别离为 P- N 结的正向电流、 漏电流;串联电阻 RS主要由电池体电阻、 电极导体电阻等组成（RS一般 ＜1 Ω）;旁漏电阻 Rsh由硅片边际不清洁或体内缺点所造成的（Rsh一般为几 kΩ）;RL 为外接负载电阻， IL， UO别离为光伏电池输出电压、 电流;当负载开路（RL= ∞）时，UO即为开路电压 Uoc， 其与环境温度成反比、 与电池面积无关（在 100 mW/cm2的光谱辐照度下， 硅光伏电池的 Uoc一般为 450 ～600 mV。与图 2 对应的光伏电池解析模型，
IL= Iph－ ID－ Ish
Iph= IscS/1 000+ CT（T － Tref）
ID= ID0（T/Tref）3e［qE/gnk（1/Tref－1/T）］［ eq（Uo+ ILRS）/nkT－1］
Ish=（Uo+ IIRs）/Rsh
上式中， Isc为 RL= 0 时的短路电流（A）;T 为环境温度（K）;Tref为参阅温度（一般取 298 K）;S 为实践太阳光辐照度（W/m2）; CT为温度系数（A/K）;q = 1． 6 &TImes; 10－29C;k=1． 38 &TImes;10－23J/K;n， ID0别离为二极管排放系数、 反向电流;Eg为表征半导体禁带宽度的常量（V）。
有用中， 为了满意负载需求的电压、 电流， 需将多个容量较小的单体光伏电池串、并成数瓦到数百瓦的光伏模块（其输出电压一般在十几 ～ 几十 V），进一步可将多个光伏模块串、 并联成光伏阵列。图 3 为在环境温度 25 ℃（T =298 K） ， 太阳光辐照度 S = 1 000 W/m2条件下某光伏模块的仿真输出特性。
图 3 标明， 必定的温度、 照度下，光伏电池对应存在一个或许的最大功率输出运转点（Pmax= UpmaxIpmax）， 但实践工作点则是光伏电池伏安特性与负载伏安特性的交点。
图 3（a）中，给出了 3 条不同阻值 RL1， R*L， RL2的电阻负载伏安特性（RL1＜ R*L ＜ RL2）， 其与光伏电池伏安特性的 3个交点 A， M， B 则为对应的 3 个实践工作点， 只有当负载电阻 RL= R*L 韶光伏电池才运转在最大功率点 M， 输出最大功率 Pmax（UpmaxIpmax）。事实上，光伏电池的短路电流与辐照度成正比， 开路电压与温度成反比，辐照度添加、 温度下降将使其最大功率添加，故跟着气候（辐照度、温度）改变， 应实时调整负载的伏安特性使其相交于光伏电池伏安特性的最大功率输出点处，以完成 “最大功率点盯梢（MPPT）” 。自 1954 年有用光伏电池面世至今，晶体硅光伏电池占了光伏电池总产量的 80% 以上， 广泛使用的单晶硅光伏电池光电转化功率已挨近 25%;多晶硅光伏电池的光电转化功率虽较低， 但其资料本钱较低， 可望成为主导产品之一。跟着光伏工业的迅猛开展， 具有半导体资料耗费少、易批量生产、 低本钱、 对弱光转化率高、 易完成光伏修建一体化等优势的薄膜光伏电池成为第二代光伏电池研制的要点， 其间， 1976 年面世的非晶硅薄膜光伏电池实验室功率已达 12． 8%;20 世纪 80 时代鼓起的铜铟硒（CIS） 多晶薄膜光伏电池实验室功率已挨近 20%。进入 21 世纪， 以进步光电转化功率、 下降本钱为方针的第三代光伏电池，如叠层、 玻璃窗式、 纳米光伏电池等研讨方兴未已。
