硅光電池是一種直接把光能轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件。它的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，核心部分是一個(gè)大面積的PN結(jié)，把一只透明玻璃外殼的點(diǎn)接觸型二極管與一塊微安表接成閉合回路，當(dāng)二極管的管芯（PN結(jié)）受到光照時(shí)，你就會(huì)看到微安表的表針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，顯示出回路里有電流，這個(gè)現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。硅光電池的PN結(jié)面積要比二極管的PN結(jié)大得多，所以受到光照時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)和電流也大得多。

　　硅光電池的電路分析

　　如圖所示，用兩個(gè)性能相近的硅光電池作光接受器件，當(dāng)入射光通量相同時(shí)Vo=0，行機(jī)構(gòu)按預(yù)定的方式工作。當(dāng)光路系統(tǒng)略有偏差時(shí)，兩個(gè)硅光電池接收到的光通量發(fā)生變化，此時(shí)Vo≠0，這一差動(dòng)輸出信號(hào)經(jīng)過放大即可帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（例如微型電機(jī)）對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行糾正，直到Vo=0為止，從而達(dá)到跟蹤的目的。

　　硅光電池的工作原理

　　硅光電池的工作原理是光生伏特效應(yīng)。它是一個(gè)大面積的光電二極管，它可把入射到它表面的光能轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)光照射在硅光電池的PN結(jié)區(qū)時(shí)，會(huì)在半導(dǎo)體中激發(fā)出光生電子空穴對(duì).PN結(jié)兩邊的光生電子空穴對(duì)，在內(nèi)電場(chǎng)的作用下，屬于多數(shù)載流子的不能穿越阻擋層，而少數(shù)載流子卻能穿越阻擋層。結(jié)果，P區(qū)的光生電子進(jìn)入N區(qū)，N區(qū)的光生空穴進(jìn)入P區(qū)，使每個(gè)區(qū)中的光生電子一空穴對(duì)分割開來。光生電子在N區(qū)的集結(jié)使N區(qū)帶負(fù)電，光生電子在P區(qū)的集結(jié)使P區(qū)帶正電.P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)硅光電池接入負(fù)載后，光電流從P區(qū)經(jīng)負(fù)載流至N區(qū)，負(fù)載中即得到功率輸出。

　　硅光電池的分類應(yīng)用

　　1、晶體硅光電池

　　晶體硅光電池有單晶硅與多晶硅兩大類，用P型（或n型）硅襯底，通過磷（或硼）擴(kuò)散形成Pn結(jié)成制作，生產(chǎn)技術(shù)成熟，是光伏市場(chǎng)上的主導(dǎo)產(chǎn)品。采用埋層電極、表面鈍化、強(qiáng)化陷光、密柵工藝、優(yōu)化背電極及接觸電極等技術(shù)，提高材料中的載流子收集效率，優(yōu)化抗反肘膜、凹凸表面、高反射背電極等方式，光電轉(zhuǎn)換效率有較大提高。單晶硅光電池面積有限，目前比較大的為 ∮10至 20cm的圓片，年產(chǎn)能力46MW/a。

　　目前主要課題是繼續(xù)擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，開發(fā)帶狀硅光電池技術(shù)，提高材料利用率。國(guó)際公認(rèn)最高效率在AM1.5條件下為24％，空間用高質(zhì)量的效率在AMO條件約為13.5—18％地面用大量生產(chǎn)的在AM1條件下多在11—18％之間。以定向凝固法生長(zhǎng)的鑄造多晶硅錠代替＃晶硅，可降低成本，但效率較低。優(yōu)化正背電極的銀漿和鋁漿絲網(wǎng)印刷，磨圖拋工藝，千方百計(jì)進(jìn)一步降成本，提高效率，大晶粒多晶硅光電池的轉(zhuǎn)換效率最高達(dá)18.6［%］。

　　2、非晶硅光電池

　　a－Si（非晶硅）光電池一般采用高頻輝光放電方法使硅烷氣體分解沉積而成。由于外解沉積溫度低，可在玻璃、不銹鋼板、陶瓷板、柔性塑料片上沉積約1μm厚的薄膜，易于大面積化（05rn×l.0m），成本較低，多采用p in結(jié)構(gòu)。為提高效率和改善穩(wěn)定性，有時(shí)還制成三層P in等多層疊層式結(jié)構(gòu)，或是插入一些過渡層。

　　其商品化產(chǎn)量連續(xù)增長(zhǎng)，年產(chǎn)能力45MW／a，10MW生產(chǎn)線已投入生產(chǎn)，全球市場(chǎng)用量每月在1千萬(wàn)片左右，居薄膜電池首位。發(fā)展集成型a－Si光電池組件，激光切割的使用有效面積達(dá)90％以上，小面積轉(zhuǎn)換效率提高到 14.6％，大面積大量生產(chǎn)的為8－10％，疊層結(jié)構(gòu)的最高效率為21％。研發(fā)動(dòng)向是改善薄膜特性，精確設(shè)計(jì)光電池結(jié)構(gòu)和控制各層厚度，改善各層之間界面狀態(tài)，以求得高效率和高穩(wěn)定性。

　　3、多晶硅光電池

　　P－Si（多晶硅，包括微品）光電池沒有光致衰退效應(yīng)，材料質(zhì)量有所下降時(shí)也不會(huì)導(dǎo)致光電池受影響，是國(guó)際上正掀起的前沿性研究熱點(diǎn)。在單晶硅襯底上用液相外延制備的p－Si光電池轉(zhuǎn)換效率為15.3％，經(jīng)減薄襯底，加強(qiáng)陷光等加工，可提高到23.7［%］，用CVD法制備的轉(zhuǎn)換效率約為12.6—l7.3［%］。采用廉價(jià)襯底的p—si薄膜生長(zhǎng)方法有PECVD和熱絲法，或?qū)—si：H材料膜進(jìn)行后退火，達(dá)到低溫固相晶化，可分別制出效率9.8［%］和9.2［%］的無退化電池。

　　微晶硅薄膜生長(zhǎng)與a—si工藝相容，光電性能和穩(wěn)定性很高，研究受到很大重視，但效率僅為7.7％大面積低溫p—si膜與—si組成疊層電池結(jié)構(gòu)，是提高比a—S光電池穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)換效率的重要途徑，可更充分利用太陽(yáng)光譜，理論計(jì)算表明其效率可在28％以上，將使硅基薄膜光電池性能產(chǎn)生突破性進(jìn)展。銅煙硒光電池 CIS（銅鎖硒）薄膜光電池己成為國(guó)際先伏界研究開發(fā)的熱門課題，它具有轉(zhuǎn)換效率高（已達(dá)到17.7％），性能穩(wěn)定，制造成本低的特點(diǎn)。

　　CIS光電池一般是在玻璃或其它廉價(jià)襯底上分別沉積多層膜而構(gòu)成的，厚度可做到2－3μrn，吸收層CIS膜對(duì)電池性能起著決定性作用?，F(xiàn)已開發(fā)出反應(yīng)共蒸法和硒化法（濺射、蒸發(fā)、電沉積等）兩大類多種制備方法，其它外層通常采用真空蒸發(fā)或?yàn)R射成膜。阻礙其發(fā)展的原風(fēng)是工藝重復(fù)性差，高效電池成品率低，材料組分較復(fù)雜，缺乏控制薄膜生長(zhǎng)的分析儀器。CIS光電池正受到產(chǎn)業(yè)界重視，一些知名公司意識(shí)到它在未來能源市場(chǎng)中的前景和所處地位，積極擴(kuò)大開發(fā)規(guī)模，著手組建中試線及制造廠。

　　硅光電池應(yīng)用

　　光敏傳感器的基礎(chǔ)是光電效應(yīng)，即利用光子照射在器件上，使電路中產(chǎn)生電流或使電導(dǎo)特性發(fā)生變化的效應(yīng)。目前半導(dǎo)體光敏傳感器在數(shù)碼攝像、光通信、航天器、太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，在現(xiàn)代科技發(fā)展中起到了十分重要的作用。

　　能源--硅光電池串聯(lián)或并聯(lián)組成電池組與鎳鎘電池配合、可作為人造衛(wèi)星、宇宙飛船、航標(biāo)燈、無人氣象站等設(shè)備的電源；也可做電子手表、電子計(jì)算器、小型號(hào)汽車、游艇等的電源。

　　光電檢測(cè)器件--用作近紅外探測(cè)器、光電讀出、光電耦合、激光增加準(zhǔn)直、電影還音等設(shè)備的光感受器。

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　　光電控制器件--用作光電開關(guān)等光電控制設(shè)備的轉(zhuǎn)換器件。

　　硅光電池的使用及注意

　　1）硅光電池的壽命很長(zhǎng)，性能很穩(wěn)定，但是要注意保護(hù)，不能受機(jī)械損傷，一旦電池破碎就無法再使用了。

　　2）硅光電池不能受潮，也不能沾油污，否則將使抗反射膜脫落。

　　3）應(yīng)避免用白熾燈的光源長(zhǎng)時(shí)間照射硅光電池，這樣會(huì)使電池的溫度升高，降低輸出功率。

　　4）硅光電池的輸出電壓一般為0.5V，為能獲得較高的電壓，可將硅光電池串聯(lián)起來使用，如要獲得較大的電流，也可將硅光電池并聯(lián)使用。硅光電池串、并聯(lián)后，就可得到一定輸出功率的電池組。該電池組就可當(dāng)電源使用。也可與蓄電池配合共同完成對(duì)負(fù)載的供電。如圖1所示，當(dāng)無光照射時(shí)，由蓄電池向負(fù)載供電，當(dāng)有光照射時(shí)，由硅光電池向負(fù)載供電，同時(shí)給蓄電池充電。圖中的VD為防逆流二極管，其反向耐壓要高于蓄電池的電壓，最大工作電流要大于硅光電池組的最大輸出電流。

　　5）將硅光電池可作為光電開關(guān)的光接收器件，在其中起到一個(gè)自動(dòng)開關(guān)的作用。當(dāng)有光照射時(shí)，硅光電池輸出電壓，使晶體管導(dǎo)通。當(dāng)無光照射時(shí)，硅光電池?zé)o電壓輸出，晶體管截止不導(dǎo)通。