隨著技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，光伏發(fā)電成本進(jìn)一步下降，將成為未來(lái)可持續(xù)發(fā)展的重要能源之一。
光伏技術(shù)的關(guān)鍵元件
光伏發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽(yáng)能光伏電池。太陽(yáng)能光伏電池的發(fā)展，大致可以分為三代。第一代是硅系太陽(yáng)能電池；第二代是薄膜太陽(yáng)能電池；高倍聚光電池、有機(jī)太陽(yáng)能電池、柔性太陽(yáng)能電池、染料敏化納米太陽(yáng)能電池等新技術(shù)則統(tǒng)稱為第三代太陽(yáng)能電池。目前，主流的是第一代硅系太陽(yáng)能電池，薄膜電池的市場(chǎng)份額正在逐步擴(kuò)大，第三代電池除了高倍聚光電池外，大部分還處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段。
硅系太陽(yáng)能電池
硅系太陽(yáng)能電池中，單晶硅技術(shù)最為成熟。這種電池的效率與成本主要受其制造流程影響。制造流程主要分為鑄錠、切片、擴(kuò)散、制絨、絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)等幾個(gè)步驟。采用這種普通工藝流程生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池，光電轉(zhuǎn)換效率一般在16%－18%。
單晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率是最高的，但是成本也較高。多晶硅太陽(yáng)能電池能夠很好地降低成本，其優(yōu)點(diǎn)是能直接制造出適于規(guī)?；a(chǎn)的大尺寸方形硅錠，設(shè)備比較簡(jiǎn)單，因而制造過(guò)程簡(jiǎn)單、省電、節(jié)約硅材料，對(duì)材質(zhì)要求也較低。
除了降低材料成本，降低太陽(yáng)能電池的成本，主要通過(guò)兩方面來(lái)實(shí)現(xiàn)，一是減少耗材，例如減小硅片的厚度；二是提高轉(zhuǎn)換效率。提高效率的途徑包括以下幾方面：第一是增加光的吸收，如表面制絨、制備減反射層、減小正面電極的寬度等。第二是減少光載流子的復(fù)合，提高光子利用率，如發(fā)射極鈍化技術(shù)。第三是減小電阻，增加電極對(duì)光電流的吸收，如分區(qū)摻雜與背電場(chǎng)技術(shù)。
目前單晶硅太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的最高紀(jì)錄，是新南威爾士大學(xué)PERL結(jié)構(gòu)太陽(yáng)電池創(chuàng)造的24.7%。其技術(shù)特點(diǎn)包括：硅表面磷摻雜的濃度較低，以減少表面的復(fù)合和避免表面“死層”的存在；前后表面電極下面局部采用高濃度擴(kuò)散，以減小電極區(qū)復(fù)合并形成好的歐姆接觸；通過(guò)光刻工藝使前表面電極變窄，增加了吸光面積；前表面電極采用更匹配的金屬如鈦、鈀、銀金屬組合，減小電極與硅的接觸電阻；電池的前后表面采用SiO2和點(diǎn)接觸的方法以減少電池的表面復(fù)合。但是，該技術(shù)目前還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
除了PERL技術(shù)以外，還可以采用其它技術(shù)提高轉(zhuǎn)換效率。如BP Solar的表面刻槽絨面電池和背電極（EWT）穿越技術(shù)。前者主要是通過(guò)激光刻槽工藝減小正面電極的寬度，增加太陽(yáng)光的吸收面積，規(guī)?；a(chǎn)已能實(shí)現(xiàn)18.3%的效率；后者通過(guò)在電池上進(jìn)行激光打孔，將正面的電極引到背面，從而增大了正面的吸光面積，能夠?qū)崿F(xiàn)21.3%的效率。
薄膜太陽(yáng)能電池
晶硅太陽(yáng)能電池效率高，在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位。但由于硅材料價(jià)格比較高，想大幅度降低其成本是非常困難的。為了尋找晶硅電池的替代產(chǎn)品，成本更低的薄膜太陽(yáng)能電池應(yīng)運(yùn)而生。主流的薄膜電池有硅基薄膜電池、碲化鎘 (CdTe)薄膜電池、銅銦鎵硒（CIGS）薄膜電池三種類型。
硅基薄膜電池厚度僅為2微米，與厚度為180微米左右的晶體硅電池相比，硅材料的用量?jī)H約為晶硅電池的1.5%，成本低廉。按照包含PN結(jié)數(shù)量的不同，硅基薄膜電池分為單結(jié)電池、雙結(jié)電池以及多結(jié)電池，不同的PN結(jié)可以吸收不同波長(zhǎng)的太陽(yáng)光。目前單結(jié)電池的最高效率可達(dá)7%，雙結(jié)可達(dá)10%。
由于材料吸光率好，碲化鎘薄膜電池的轉(zhuǎn)換效率比硅基薄膜電池要高一些，目前效率可達(dá)12%。但元素鎘具有致癌作用且碲的天然儲(chǔ)量有限，該電池長(zhǎng)期發(fā)展受到一定的制約。
銅銦鎵硒薄膜電池被認(rèn)為是高效薄膜電池的未來(lái)發(fā)展方向，可通過(guò)制造工藝的調(diào)整提高對(duì)太陽(yáng)光的吸收率，從而使得轉(zhuǎn)換效率得到提升。目前，實(shí)驗(yàn)室的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)20.1%，產(chǎn)品效率可達(dá)13－14%，是所有薄膜電池里面最高的一種。
第三代電池
第三代電池理論上可以實(shí)現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)換效率。現(xiàn)階段除了聚光電池外，大多數(shù)還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。
聚光電池一般采用III-V族半導(dǎo)體材料，主要是因?yàn)镮II-V族半導(dǎo)體具有比硅高得多的耐高溫特性，在高照度下仍具有高的光電轉(zhuǎn)換效率，而且多結(jié)的結(jié)構(gòu)使它們的吸收光譜和太陽(yáng)光光譜接近一致，理論上的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)68%。目前使用最多的是由鍺、砷化鎵、鎵銦磷3種不同的半導(dǎo)體材料形成3個(gè)PN結(jié)。若是進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)，效率可達(dá)40%以上。
太陽(yáng)能電池經(jīng)封裝成為太陽(yáng)能組件，不同太陽(yáng)能電池的應(yīng)用取決于自身特點(diǎn)與市場(chǎng)需求的發(fā)展。早期的太陽(yáng)能主要應(yīng)用于通訊基站和人造衛(wèi)星等，后來(lái)逐漸進(jìn)入民用領(lǐng)域，如太陽(yáng)能屋頂。在這些場(chǎng)景下，安裝面積小，能量密度需求高，因而晶體硅組件占據(jù)了主要的市場(chǎng)份額。隨著大型太陽(yáng)能荒漠電站以及光伏建筑的發(fā)展，綜合成本逐漸取代能量密度成為了考慮的重要因素，薄膜電池的應(yīng)用呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。除此之外，不同技術(shù)的應(yīng)用還受使用環(huán)境、氣候條件等其他因素的影響。
太陽(yáng)能光伏技術(shù)的應(yīng)用
要把太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)化為可供人們使用的電力，需要一套完整的太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)。太陽(yáng)能光伏電池是太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的重要組成部分，是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。除此之外，光伏系統(tǒng)還包括逆變器、蓄電池、監(jiān)控器、配電系統(tǒng)等。
光伏系統(tǒng)的分類與組成
根據(jù)是否并網(wǎng)，太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)分為離網(wǎng)系統(tǒng)與并網(wǎng)系統(tǒng)兩大類。離網(wǎng)系統(tǒng)又可分為獨(dú)立光伏系統(tǒng)與混合供電系統(tǒng)。
獨(dú)立光伏系統(tǒng)一般在通信基站、太陽(yáng)能路燈、偏遠(yuǎn)山區(qū)供電等場(chǎng)合，全部采用太陽(yáng)能作為能源供應(yīng)。系統(tǒng)組成主要包括太陽(yáng)能組件、逆變器、控制器、蓄電池、配電系統(tǒng)、防雷接地系統(tǒng)等，其中，儲(chǔ)能裝備（蓄電池）與控制器是影響系統(tǒng)成本與壽命的關(guān)鍵因素?；旌瞎╇娤到y(tǒng)除了太陽(yáng)能電池外，還包括油機(jī)或者風(fēng)機(jī)等，采用太陽(yáng)能與其他能源共同作為能源供應(yīng)。
并網(wǎng)技術(shù)一般應(yīng)用在太陽(yáng)能屋頂和大規(guī)模的光伏電站。并網(wǎng)光伏系統(tǒng)不需要儲(chǔ)能設(shè)備，成本較低，主要組成包括太陽(yáng)能組件、逆變器、配電系統(tǒng)、防雷接地系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等。目前，并網(wǎng)系統(tǒng)占所有太陽(yáng)能應(yīng)用的80%。
光伏發(fā)電的其他技術(shù)
除了太陽(yáng)能光伏電池技術(shù)之外，逆變技術(shù)、并網(wǎng)技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)、智能監(jiān)控技術(shù)等技術(shù)都關(guān)系到太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用與發(fā)展。原因在于：第一，太陽(yáng)能電池的輸出功率會(huì)隨著陽(yáng)光輻射強(qiáng)度的變化而變化，具有間歇性的特點(diǎn)，而且，大規(guī)模并網(wǎng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，做好并網(wǎng)控制與孤島保護(hù)十分關(guān)鍵。第二，太陽(yáng)能組件輸出電流為直流電，需要經(jīng)逆變器逆變?yōu)榻涣麟姡瑢?duì)逆變電能質(zhì)量要求比較高。第三，組件功率輸出受溫度、陰影遮蔽等因素的影響，會(huì)出現(xiàn)光伏陣列功率失配的問(wèn)題，因而系統(tǒng)監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)是重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。最后，由于大多數(shù)光伏電站處在偏遠(yuǎn)的地區(qū)，遠(yuǎn)程控制技術(shù)也非常重要。
我國(guó)在太陽(yáng)能組件生產(chǎn)的質(zhì)量與規(guī)模上已經(jīng)處于世界領(lǐng)先的位置。從整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，高利潤(rùn)點(diǎn)集中在了硅材料提純、逆變器與監(jiān)控系統(tǒng)、光伏裝備制造等技術(shù)含量高的環(huán)節(jié)。如何在這些關(guān)鍵的技術(shù)點(diǎn)上取得突破，是我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。
太陽(yáng)能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀與前景
由于成本較高，從該技術(shù)的產(chǎn)生到上世紀(jì)末，太陽(yáng)能光伏發(fā)電一直沒(méi)有得到大規(guī)模的發(fā)展。進(jìn)入新世紀(jì)，隨著發(fā)電效率的提高以及成本的快速下降，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)迎來(lái)了快速發(fā)展，裝機(jī)容量逐年遞增。全球年總裝機(jī)容量從2000年的1.4GW上升到2009年的22.8GW。其中，以德國(guó)、意大利、西班牙為代表的歐洲國(guó)家是最大的消費(fèi)市場(chǎng)。歐盟還計(jì)劃到2020年，將太陽(yáng)能發(fā)電占所有電力供應(yīng)的比重提高到12%。中國(guó)、印度等發(fā)展中國(guó)家也推出了太陽(yáng)能發(fā)展計(jì)劃。除了太陽(yáng)能通信基站、太陽(yáng)能屋頂、太陽(yáng)能電站的應(yīng)用外，太陽(yáng)能光伏發(fā)電也已廣泛地應(yīng)用到各種移動(dòng)終端設(shè)備的供電中。
作為一種輔助能源和補(bǔ)充能源，太陽(yáng)能光伏技術(shù)已經(jīng)迎來(lái)了高速的發(fā)展，發(fā)電成本也在迅速下降。隨著技術(shù)的進(jìn)步，太陽(yáng)能作為一種清潔能源、可再生能源，必將成為可持續(xù)發(fā)展的重要能源之一。
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