太阳能LED夜晚照明指示灯电路设计与仿真实现(5)
2.2.2 多晶硅太阳能电池
目前多晶硅太阳能电池使用的多晶硅材料，主要是含有大量单晶颗粒的集合体，或者用废次单晶硅材料和冶金级硅材料融合浇铸而成，然后注入石墨铸模中，就得到了多晶硅锭。这种硅锭铸成立方体后通过切片加工成方形太阳能电池片，方便组装的同时也提高了材料的利用率。多晶硅太阳能电池与单晶硅太阳能电池的制作工艺差不多，其光电转换率约15%左右，稍低于单晶硅太阳能电池，但其材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。
2.2.3 非晶硅薄膜太阳能电池
非晶硅新型薄膜式太阳能电池，它与单晶硅和多晶硅太阳能电池的制作方法完全不同，硅材料消耗很少，电耗更低，工艺过程大大简化，成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，非常吸引人。
非晶硅太阳能电池的结构各有不同，其中有一种较好的结构叫Pi-N电池，它是在衬底上先沉积一层掺磷的N型非晶硅，再沉积一层未掺杂的i层，然后再沉积一层掺硼的P型非晶硅，最后用电子束蒸发一层减反射膜，并蒸镀银电极。此种制作工艺，可以采用一连串沉积室，在生产中构成连续程序，以实现大批量生产。同时，非晶硅太阳能电池很薄，可以制成叠层式或采用集成电路的方法制造，在一个平面上，用适当的掩模工艺，一次制作多个串联电池，以获得较高的电压。它的主要优点是在弱光条件也能发电，有极大的潜力。但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，目前国际先进水平为10%左右，而且不够稳定，随着使用时间的延长，它的转换效率会逐渐的衰减，直接影响了它的实际应用。现在日本生产的非晶硅串联太阳能电池可达2.4V，但是不够稳定，如果能进一步解决它的稳定性问题及提高它的转换率，那么，非晶硅大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。
2.2.4 太阳能电池的发展种类
多元化合物太阳能电池：多元化合物太阳能电池指的是不仅仅用单一元素半导体材料制成的太阳能电池。现在各国研究的品种繁多，大多数尚未工业化生产。主要有硫化镉太阳能电池、砷化镓太阳能电池等几种。
聚合物多层修饰电极型太阳能电池：因为有机材料柔性好、制作容易、材料来源广泛、成本低等优势，所以对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。但由于有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命、电池效率都不能与硅材料的太阳能电池相比，能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研究和探索。
纳米晶化学太阳能电池：纳米晶太阳能电池的优点在于它廉价的成本和简单的工艺以及稳定的性能。其光电效率稳定在10%以上，制作成本仅仅是硅系太阳能电池的1/5-1/10，寿命能达到20年以上。但由于此类电池的研究和开发也刚刚起步，所以还有待于进一步的研究和探索 。
2．3 太阳能电池的原理及特性
2.3.1 太阳能电池的原理
太阳能电池的制作材料多种多样，有硅、硒、砷化镓、硫化镉等，但目前在全球占据主导地位的主要是硅材料的太阳能电池，因此本文中主要以硅材料太阳能电池为代表来讨论太阳能电池的工作原理。
晶体硅太阳能电池的结构如图2.1所示，晶体硅太阳能电池是用硅材料制成大面积P、N结进行工作的，一般是以P型硅半导体材料作为基质材料，在P型硅表面扩散出一层很薄的N型层，然后在N型层上面制作金属栅线，作为正面接触电极，在整个背面制作作为背面接触电极的金属膜。太阳能电池的表面一般会做绒面处理或覆盖减反射膜以减少光的反射损失。当太阳能电池表面的PN结受到太阳光的照射时，如果入射光子的能量高于硅材料的禁带宽度，则在N区、P区和结区中会因光子被吸收而产生电子空穴对，在结附近的N区中产生的少数载流子会因为存在浓度梯度而扩散。如果少数载流子离PN结的距离小于它的扩散长度，就会有扩散到结界面处的几率。在结区即P区与N区交界面的两侧存在一个被称为耗尽层的空间电荷区。在耗尽层内的正负电荷间会形成一个方向由N区指向P区的内建电场。