太阳能电池技术的成熟与发展
来源：宝鄂实业
2019-03-14 09:52
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由于新的技术发展，太阳能电池的效率稳步提高，而生产成本继续下降。太阳能电池将阳光直接转化成电：如果光子，形成在合适的材料吸收的光的粒子阳性和阴性电荷载流子被传输到太阳能电池的电极上，并因此产生一个电压。
多年来，光伏发电对发电的重要性迅速增加，同时成本下降。自2000年以来，世界市场每年平均增长44％。在同一时期，太阳能组件的价格下降了约90％，每瓦安装不到50美分。截至2014年底，全球光伏系统的装机容量总计183千兆瓦，其中略超过五分之一。目前，硅基太阳能电池的市场份额为92％，效率在21％至26％之间。
不到90％，自20世纪90年代以来的生产重点已从欧洲和美国转移到亚洲，特别是中国和台湾。在欧洲，2014年生产了6％，美国和日本各生产了4％。尽管如此，德国研究机构仍然在开发更高效的太阳能电池和新电池概念以及优化模块生产方面占据全球领先地位。例如，太阳能系统研究所凭借由化合物半导体制成的四重太阳能电池，效率创下了46％的世界纪录。
除了用于大规模生产太阳能电池组件的与间隔材料的最重要的硅，是合适的化合物半导体，例如碲化镉，铜铟镓硒化物和砷化镓，一些有机化合物或供能的光电转换钙钛矿型结晶含铅。这种多样性打开下一个刚性细胞用于太阳能公园额外的应用，例如弹性，集成到服装发电机和Windows低印刷或透明的太阳能模块。
硅太阳能电池的主导地位并非巧合。绑定到二氧化硅，沙或石英的形式，或硅酸盐熔体，它是在地壳中最丰富的元素，适用于全球和相对便宜。由于计算机行业的发展，纯硅的加工已经走过了漫长的道路，太阳能电池制造商可以在早期大量使用这种材料。复杂的太阳能电池，包括一个特殊结构的硅层，以更好地吸收光，使用380至1150纳米的大部分太阳光谱发电。
目前最好的电池由单晶硅组成，在实验室中效率为25.6％，在太阳能电池模块中效率为22.9％。为了实现这些相对较高的值，近年来细胞生产得到了改善。因此，硅太阳能电池的背面用诸如氧化铝的介电材料保护。该层有效地阻止了太阳能电池中正负电荷载流子的不希望的重组。在前面，晶格型磷掺杂金属电极提高了效率，因为由于硅界面处的电阻较低，所产生的电子可以更好地流动。在制造中，正面与电极的接触，它们从后面穿过细胞。结果，电极屏蔽较少的电池区域免受阳光照射，并且每个区域的电流效率增加。
然而，目前生产的硅太阳能电池中有一半以上使用多晶硅。这是为了制造显著较不昂贵，所以从20.8％和在模块中18.5％的电流最大值的降低的效率被接受。成本下降不仅仅是由于成熟的大规模生产。而且，纯单晶硅或多晶硅中材料的使用减少了一半以上。因此，在硅层现在只有180微米厚，而不是400微米在1990年和300微米的硅太阳能电池在2004年进一步降低成本可在生产的优化可以预料的，不倾向于在效率显著增加。硅的理论最大可实现效率为29％，因为该材料不吸收太阳光中的长波光子。
其实这可能是一种错觉，电池技术并非是停滞不前，而是在时刻更新着，从几年前的诺基亚到今天的安卓手机，硬件的提升，屏幕的变大，所消耗的电量也是成倍增加的。以前的诺基亚可以待机两天，今天的手机同样可以做到。考虑到耗电的增加，还能维持同样的使用时间，电池技术肯定是在不断提升的，只不过在这种技术上确实没有大的跨越。
可以看到，今年的新款手机对比十年前的手机，电池容量只增长了1倍多而已。
与电池技术形成反差的是，十年来其他数码电子设备的运行内存和cpu则今夕不同往日了，毕竟半导体技术进步是非常快的。
以处理器（cpu）行业为例，英特尔公司的电脑处理器经常被网友戏称“挤牙膏”，因为其处理器每次更新换代对仅对性能进行小幅度的提升，倒是为英特尔鸣不平，因为对比各种智能设备的电池来说，英特尔真的算是厚道了。
尽管英特尔处理器性能每代提升不算大，但是多年来能效、工艺还是有长足进步的，如果说英特尔一直在吃老本，那可真是冤枉这家处理器厂商了。如今的四核奔腾处理器TDP功耗低至10W（以Pentium Sliver J5005），但是经过性能评测后，发现已经超过了10年前的Quad Q6600处理器了，后者TDP功耗105W，也就是仅用了10%的能耗性能就打平了。
类似的还有内存产品，还记得当年256MB都可以很流畅运行Windows xp吗，如今连手机的运行内存都是4GB起步了，而且当时的内存频率和能效也是远远比不上今天的。
锂电池技术性能的瓶颈，不仅影响了手机，笔记本电脑的续航能力，在电动汽车行业可能是更为明显。
以上是续航排名靠前的几款电动车续航对比，可以看到，即使像特斯拉这样的行业大佬，续航里程也不过几百公里，电池技术的制约是毋庸置疑的。其实电动汽车未达到完全普及的程度，电池可以说是很大的一个原因，制造成本下不来，容量也上不去，这导致买车，充电都是一件头疼的事。
为什么电池技术提升这么难呢？
是研发者和厂家没有改善的动力吗？这个应该不太可能，如今这个行业竞争激烈，行业大鳄们都渴求更高性能的电池，如果谁有能力突破此项技术，利润回报无疑是巨大的。之所以提升很难，可能受制于材料的限制，毕竟锂电池的制造，受到能量密度和锂元素本身的限制，所以始终无法大的跨越。
