硅太阳电池

硅太阳电池具有无污染、寿命长、使用维修简便和性能可靠等优点，是许多其它电源所无法与之比拟的。

硅太阳电池又叫硅光电池，是由一个PN结构成的半导体器件，图1示出了它的结构和电路符号。图中，硅太阳电池的基片为P型单晶硅，P层的上面通过杂质扩散生成一层N型单晶硅，P层与N层的交界面处形成一个PN结。另一种硅太阳电池的基片为N型单晶硅，扩散层为P型单晶硅。前者称为D型，后者称为C型。扩散层是电池的正面，它接收外来的光线，叫做光照面。光照面上制出了欧姆接触的上电极，它由母线和若干条栅线组成，是电池的负极。其体下面制出的欧姆接触电极为下电极，是电池的正极。由于光在硅表面会产生反射，光的损失较大，降低了光电转换效率。为此在光照面上涂有一层蓝色的一氧化硅抗反射膜。硅太阳电池可以制成各种不同的尺寸和几何形状（方形、长方形、圆形和三角形），可根据需要选择。

大家知道，光是由光子组成的，它具有一定的能量。当受光面受到光的照射时，扩散层就会产生光生电子-空穴对（称为光生载流子）。由于受光面做得很薄，表面上形成的光生电子-空穴对，大部分可以扩散到PN结的边缘，由于PN结存在着内电场，光生电子将被电场驱回N区，光生空穴则会顺利地越过PN结到达P区。这时，在PN结的两边就逐渐积累起光生电子和光生空穴，随着积累过程的进行，这些光生载流子产生的电场也逐渐增强，最后与内电场达到动态平衡，在PN结两端建立起一个稳定的电位差，称为光生电动势，这就是光生伏特效应。

附表给出了部分硅太阳电池的规格和特性参数，它们的含意说明如下。

1. 开路电压：硅太阳电池开路时的端电压，也就是硅太阳电池的光生电动势。开路电压与电池的受光面积无关。2. 短路电流：将硅太阳电池两极之间短路，流过回路的电流值。短路电流与电池受光面积成正比。3. 转换效率：硅太阳电池产生的电能与入射光能量之比。 4. 测试条件：硅太阳电池主要参数的测定是有条件的。1981年10月，世界气象组织仪器和观测方法委员会第八次会议确定，在空间太阳常数为1367W/m2，称为AMO太阳常数；在地面上以赤道附近太阳直射地区海平面的太阳光作光源，实测为1000W/m2，称为AM1.5太阳常数。在太阳常数AM1.5条件下，开路电压为0.45～0.6V，短路电流每1cm2约为30mA。

为了获得负载所需要的电压值和电流值，可以把型号和尺寸相同的单片硅太阳电池用串联和并联的方法组合在一起，构成太阳能发电阵。硅太阳电池串联后的电压等于各个电池的电压之和；硅太阳电池并联后的电流等于各个电池的电流之和。图2示出了12片20×20mm硅太阳电池构成的串、并联方阵。其中，4片串联为一组，3组并联起来接负载。若每片开路电压为0.5V，则输出电压为0.5×4=2V；若每片短路电流为50mA，则输出电流为50×3=150mA。

在实际应用时，要根据周围环境的光照条件来设计方阵。例如，在室内使用，就需要根据在室内测得的数据，适当增加硅太阳电池的片数，以满足负载对电压和电流的需要。另外，硅太阳电池与环境温度有关，温度每升高1℃，开路电压下降2～3mV，短路电流随温度升高略有增大，输出功率则随温度升高而减小。

1. 硅太阳电池的测量：硅太阳电池在使用前往往需要测量使用环境下的开路电压和短路电流，测量时需要注意以下几点：（1） 使用镊子轻取轻放，因为硅太阳电池片很薄、很脆，容易破裂。（2） 不要用手指接触电池片的光照面，以免留有指纹，影响转换效率。（3） 若发现电池片受光面有灰尘或不洁之处，可用棉球沾医用酒精轻轻擦拭。2. 焊接：（1） 选用220V/20W内热式电烙铁，焊接时用力不要太猛，以免造成电池片破碎。（2） 使用低熔点焊锡丝（183℃），含锡量为59%～61%，含铅量为39%～41%。（3） 焊剂使用酒精、松香溶剂，比例为3∶1，不允许用酸性焊剂（如焊锡膏）。（4） 焊接引出线可使用铜箔，双面挂锡，其宽度为2～3mm。3. 封装：（1） 根据硅太阳电池串、并联后的尺寸，裁好绝缘板（如环氧树脂板）作为固定电池的基板。厚度根据组合电池板的面积确定。面积大，基板选得较厚，以提高基板强度。一般取1～2mm。（2） 在基板的一端，用两个空心铆钉铆好，作为电池的正极和负极引线，如图3所示。（3） 用酒精清洁基板和电池的背光面，以便将组合电池板用粘合剂固定在基板上。粘合剂宜选用全透明超能胶（如浙江产CH-AAA牌），经3小时可粘牢。（4） 在进行封装前，用酒精清洁一下光照面，然后用全透明超能胶在光照面上涂一层，用竹片轻轻刮一下，使其平整，约3小时即可固化。

（黄心沅）