光伏发电技术的原理及发展现状

1839年，法国的Edmond Becquerel发现了“光伏效应”，即光照能使半导体材料内部的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流。光伏电池是基于半导体P-N结接受太阳光照产生光伏效应，直接将光能转换成电能的能量转换器。1954年，美国Bell实验室的G. Pearson等发明了单晶硅光伏电池，其原理如图1所示。

图1中，太阳光照射到光伏电池表面，其吸收具有一定能量的光子，在内部产生处于非平衡状态的电子一空穴对；在P-N结内建电场的作用下，电子、空穴分别被驱向N,P区，从而在P-N结附近形成与内建电场方向相反的光生电场；光生电场抵消P-N结内建电场后的多余部分使P,N区分别带正、负电，于是产生由N区指向P区的光生电动势；当外接负载后，则有电流从P区流出，经负载从N区流入光伏电池。

随着光伏产业的迅猛发展，具有半导体材料消耗少、易批量生产、低成本、对弱光转化率高、易实现光伏建筑一体化等优势的薄膜光伏电池成为第二代光伏电池研发的重点。进入21世纪，以提高光电转换效率、降低成本为目标的第三代光伏电池，如叠层、玻璃窗式、纳米光伏电池等研究方兴未艾。