柔性太阳能电池

柔性太阳能电池原理

　　在金属表面照射紫外光，可以发生光电效应。如爱因斯坦解释的那样，由于入射光的光子能量大于电子的束缚能，所以产生自由电子。太阳能电池的功能是把太阳光转换为电压和电流，是一种光电转换。光伏效应比光电效应的效率高得多。因为在发生光伏效应的太阳能电池中，2 种极性相反的半导体组成了p-n 结（p-n Junction），形成内建电场，驱动电子进入电路，在电路中形成电压和电流。

柔性太阳能电池结构和分类

　　P-n 结由两种极性相反的半导体组成。n 型半导体，是掺P 的Si 晶体，易于给出电子，是施主（donor）材料。p 型半导体，是掺B 的Si 晶体，易于获得电子，是受主（acceptor）材料。它们独立存在时，都是电中性的。当两种半导体连接在一起，电子从n 型半导体扩散到p 型半导体.在p型半导体靠近边界附近，形成负电荷区，在n 型半导体靠近边界附近，形成正电荷区。出现从n 型半导体指向p 型半导体的内建电场。扩散（diffuse）到p 型半导体的部分电子，又在内建电场作用下漂移（drift）到n 型半导体，最终p-n 结中电子的扩散和漂移达到热平衡。

　　当太阳光照射到P-n 结，如果光子能量hv 超过带隙的能量阈值，电子吸收hv,进入导带，一个价带电子进入导带，在价带中就留下一个空穴（ hole），形成电子-空穴对。P-n 结中电子的扩散，形成了内建电场。所以，不管光生电子在n 型半导体中生成，还是在p 型半导体中生成，都会沿着内建场方向进入n 型半导体。这样，光伏效应形成的光生电场减弱了内建电场，光生电场和内建电场达到平衡后形成稳定的光生电流。被激发的电子通过和n 型半导体链接的负电极进入电路，在电路中的负载重做功后，回到和p 型半导体链接的正电极，电子和价带中的空穴复合，完成了整个光伏效应的过程。

　　柔性太阳能电池一般有如下几种：无机柔性太阳能电池、有机柔性太阳能电池、染料敏化柔性太阳能电池。而无机柔性太阳能电池又包括非晶硅柔性太阳能电池和铜铟镓硒柔性太阳能电池。

柔性太阳能电池历史和前景

　　2002 年美国加利福尼亚大学的科学家借助于纳米技术和聚合物研制出一种柔性太阳能电池。整个电池就像一块三明治，两侧的电极之间夹着几百纳米厚的 有机薄膜，最关键的是其中的硒化镉纳米棒，这种纳米棒受到特定波长的光照射之后就能产生电子空穴对，从而产生了电势差。这种电池能把 1.9%的太阳能转 化成电能。

　　日本夏普公司 2004 年开发出一种薄如纸张的太阳能电池。这种新型太阳能 电池像两张名片一样大，厚 200 微米，重约 1 克，发电能力为 2.6 瓦。它的另一 优点是光电转换效率很高，达到了 28.5%。 日本东京佳能公司的科研人员去年发明了一种由新材料制成的柔性太阳能 电池板。其特点是：由树脂包封的非晶硅作为主要光电转换层平铺在柔性材料制 成的底板上。 2005 年 7 月，韩国电子和电信研究所太阳能电池研究小组开发出了全球效 率最高的柔性太阳能电池的原型产品。这种柔性太阳能电池的造价相当低，而将 太阳能转换为电能的性能是目前传统的基于硅的太阳能电池的两倍。据介绍，这 种太阳能电池的厚度只有 0.4 毫米。 美国 Iowa Thin Film 公司利用柔性太阳能电池制造技术生产 PowerFilm 光伏 系列产品，这种技术允许半导体层（非晶硅）沉积在一种如纸张一样薄的耐用柔 性聚合物衬底上，从而实现卷曲制造工艺。Iowa Thin Film 宣称他们的产品具有 高度集成、轻量化和低成本的优势，并且相信他们的技术是“变革性的”。

　　据 Solarbuzz 公司统计，2004 年世界范围太阳能设备市场达到 927 兆瓦，比 2003 年增加了 62%。全球太阳能电池生产量达到 1146 兆瓦，其中日本占 48%， 美国占 11%。他们还预测 2010 年，全球太阳能电池的生产量将达到 32 亿瓦。柔性太阳能电池只要光电转换率达到应用水平，市场前景非常广阔。