提高太陽能電池轉換效率的關鍵技術

1、目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc17318 1.緒論 PAGEREF _Toc17318 1 HYPERLINK l _Toc26478 1.1 課題研究背景 PAGEREF _Toc26478 1 HYPERLINK l _Toc24828 1.2 太陽能的特點及優(yōu)勢 PAGEREF _Toc24828 1 HYPERLINK l _Toc29271 1.3 太陽能電池的分類和研究進展 PAGEREF _Toc29271 2 HYPERLINK l _Toc32290 1.3.1 按材料分類 PAGEREF _Toc32290 3 HYPERLINK l

2、 _Toc11605 1.3.2 按形態(tài)結構分類 PAGEREF _Toc11605 7 HYPERLINK l _Toc12658 1.4 本文研究的要緊內容 PAGEREF _Toc12658 8 HYPERLINK l _Toc5036 2. 太陽能電池差不多知識 PAGEREF _Toc5036 9 HYPERLINK l _Toc30270 2.1 太陽能電池原理及結構 PAGEREF _Toc30270 9 HYPERLINK l _Toc29690 2.1.1 太陽能電池差不多原理 PAGEREF _Toc29690 9 HYPERLINK l _Toc1753 2.1.2 太陽

3、能電池差不多結構 PAGEREF _Toc1753 10 HYPERLINK l _Toc29877 2.2 太陽能電池要緊特性 PAGEREF _Toc29877 11 HYPERLINK l _Toc6059 2.2.1 光譜響應特性 PAGEREF _Toc6059 11 HYPERLINK l _Toc2394 2.2.2 伏安特性 PAGEREF _Toc2394 12 HYPERLINK l _Toc1032 2.2.3 溫度特性 PAGEREF _Toc1032 13 HYPERLINK l _Toc18040 2.2.4 太陽能電池要緊參數(shù) PAGEREF _Toc18040

4、14 HYPERLINK l _Toc17066 2.3 太陽能電池等效電路和效率分析 PAGEREF _Toc17066 15 HYPERLINK l _Toc12990 2.3.1 太陽能電池等效電路 PAGEREF _Toc12990 15 HYPERLINK l _Toc26357 2.3.2 阻礙太陽能電池轉換效率的因素 PAGEREF _Toc26357 17 HYPERLINK l _Toc26025 2.3.3 提高太陽能電池轉換效率的各種技術 PAGEREF _Toc26025 18 HYPERLINK l _Toc23925 2.4 本章小結 PAGEREF _Toc239

5、25 22 HYPERLINK l _Toc2191 3. 聚光高效太陽能電池研究 PAGEREF _Toc2191 23 HYPERLINK l _Toc17715 3.1 聚光光伏技術的進展 PAGEREF _Toc17715 23 HYPERLINK l _Toc13595 3.2 各種聚光太陽能電池 PAGEREF _Toc13595 23 HYPERLINK l _Toc5338 3.2.1 平面結聚光硅太陽能電池 PAGEREF _Toc5338 24 HYPERLINK l _Toc17515 3.2.2 垂直結聚光硅太陽能電池 PAGEREF _Toc17515 24 HYPE

6、RLINK l _Toc29113 3.2.3 聚光砷化鎵太陽能電池 PAGEREF _Toc29113 27 HYPERLINK l _Toc31866 3.3 各種聚光器在太陽能電池中的應用 PAGEREF _Toc31866 28 HYPERLINK l _Toc4137 3.4 本章小結 PAGEREF _Toc4137 29 HYPERLINK l _Toc13688 4. 菲涅爾透鏡太陽能聚光器研究 PAGEREF _Toc13688 30 HYPERLINK l _Toc28645 4.1 菲涅爾透鏡原理及特點 PAGEREF _Toc28645 30 HYPERLINK l _

7、Toc7996 4.1.1 菲涅爾透鏡的光學原理 PAGEREF _Toc7996 30 HYPERLINK l _Toc7248 4.1.2 菲涅爾透鏡的特點及阻礙因素 PAGEREF _Toc7248 32 HYPERLINK l _Toc20217 4.2 用于聚光太陽能電池的柱面菲涅爾透鏡 PAGEREF _Toc20217 33 HYPERLINK l _Toc6081 4.2.1 線聚焦透鏡的光學效率分析 PAGEREF _Toc6081 33 HYPERLINK l _Toc16341 4.2.2 柱面菲涅爾透鏡 PAGEREF _Toc16341 34 HYPERLINK l

8、_Toc4677 4.3 本章小結 PAGEREF _Toc4677 38 HYPERLINK l _Toc1311 5. 總結 PAGEREF _Toc1311 39 HYPERLINK l _Toc20356 參考文獻： PAGEREF _Toc20356 40 HYPERLINK l _Toc9002 致謝 PAGEREF _Toc9002 421 緒論1.1 課題研究背景 自人類社會誕生以來，能源一直是人類生存和進展的重要物質基礎。隨著社會的進展，能源在社會進展中的重要性越來越突出，尤其是近年來各國日益呈現(xiàn)出來的能源危機問題，更加明顯地把能源置于社會進展的首要地位。隨著化石能源的逐步消

9、耗以及化石能源的開發(fā)和利用所造成的環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題日益嚴峻，開發(fā)和利用能夠支撐人類社會可持續(xù)進展的新能源和可再生能源成為人類急切需要解決的問題。新能源與可再生能源是指除常規(guī)化石能源和大中型水力發(fā)電、核裂變發(fā)電之外的生物質能、太陽能、風能、小水電、地熱能以及海洋能等一次能源。諾貝爾獎獲得者美國Rice University的Smalley教授曾經指出，在以后的50年里，人類面臨著隨之而來的10大問題中，能源問題排在首位。目前人類使用的能源中，化石能源占90以上。而到21世紀中葉，其比例將減少到人類使用能源的一半，達到其極值，之后核能和可再生能源將占主導地位。到2100年時，可再生能源將占人

10、類使用能源的l/3以上1。 新能源和可再生能源的開發(fā)利用不僅能夠解決目前世界能源緊張的問題，還能夠解決與能源利用相關的環(huán)境污染問題，促進社會和經濟可持續(xù)性進展。研究和實踐表明，新能源和可再生能源資源豐富、分布廣泛、能夠再生且不污染環(huán)境，是國際社會公認的理想替代能源2 。在諸多可再生能源中，包括太陽能、風能、潮汐能、地熱能、氫能和生物質能，太陽能所蘊藏的能量是所有其他可再生能源能量總和的上千倍,因此進展太陽能潛力巨大。太陽能作為新能源和可再生能源的一種，因其清潔環(huán)保，永不衰竭的特點，受到世界各國的青睞。太陽能是21世紀最有潛力的能源，太陽能產業(yè)是新興的朝陽行業(yè)，具有較高的投資價值。充分開發(fā)利用太

11、陽能，關于節(jié)約常規(guī)能源、愛護自然環(huán)境、促進經濟進展都有極為重要的現(xiàn)實意義和深遠的歷史意義3。1.2 太陽能的特點及優(yōu)勢 太陽能是一種能量巨大的可再生能源，據(jù)估算，太陽能傳送到地球上的能源，每40秒鐘就有相當于210億桶石油的能量傳送到地球，相當于全球一天所消耗的能源。在目前的幾種新能源技術中，太陽能以其突出的優(yōu)勢被定位為最具前景的以后能源，有無盡的潛力。 在常規(guī)能源供給緊張和環(huán)保壓力不斷增大的背景下，世界上許多國家掀起了開發(fā)利用太陽能的熱潮，使太陽能的應用領域不斷拓展，己滲透到人們生活的每一個角落。 太陽能的優(yōu)點要緊有以下幾個方面: (I)來源充足:太陽光普照大地，不管陸地或海洋，不管高山或島

12、嶼，都處處皆有，可直接開發(fā)和利用，且勿須開采和運輸。 (2)沒有污染:開發(fā)利用太陽能可不能污染環(huán)境。它是最清潔的能源之一，在環(huán)境污染越來越嚴峻的今天，這一點是極其寶貴的。 (3)能量巨大:每年到達地球表面上的太陽輻射能約相當于130萬億噸標煤,其總量屬現(xiàn)今世界上能夠開發(fā)的最大能源。 (4)可長久使用:依照目前太陽產生的核能速率估算，氫的貯量足夠維持上百億年，而地球的壽命也約為幾十億年，從那個意義上講，能夠講太陽的能量是用之不竭的。 目前太陽能利用的方式有：太陽能光伏發(fā)電，太陽能熱利用，太陽能動力利用，太陽能光化學利用，太陽能生物利用和太陽能光-光利用。其中太陽能光伏發(fā)電以其優(yōu)異的特性近年來在全

13、世界范圍得到了快速進展，被認為是當前世界上最具進展前景的新能源技術，各發(fā)達國家均投入巨資競相研究開發(fā)，并積極推進產業(yè)化進程，大力開拓太陽能光伏發(fā)電的市場應用。 基于以上種種優(yōu)點，太陽能的相關應用也是十分廣泛，它的應用領域有：太陽能集熱器、太陽能熱力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電、太陽能海水掙化、太陽能空調、太陽能電動車、太陽能建筑、太陽能照明燈、太陽能灶、太陽能水泵系統(tǒng)等，其中許多應用是利用太陽能電池把太陽能轉化為電能加以應用的。 太陽能電池又稱太陽能晶片或光電池，是一種利用太陽光直接發(fā)電的光電半導體薄片4。它只要被光照到，瞬間就可輸出電壓及電流。太陽能電池在物理學上稱為太陽能光伏，簡稱光伏。太陽能電池

14、具有重量輕、能經受外部空間的各種復雜的環(huán)境的考驗、性能穩(wěn)定、靈敏度及光電轉換效率高、使用壽命長等優(yōu)點，使得它在現(xiàn)實生活中得到越來越多的應用。 1.3 太陽能電池的分類和研究進展 太陽能電池是一種利用光伏效應將太陽光直接轉變成電能的半導體器件，使用時無大氣和放射性污染，且太陽能是取之不盡、用之不竭的能源，因而受到國內外普遍重視。太陽能光伏發(fā)電是太陽能開發(fā)和利用的一個重要領域。自從1954年美國科學家恰賓和皮爾松5在美國貝爾實驗室研制成功有用型單晶硅太陽能電池以來，太陽能電池進入有用時期。20世紀60年代，供空間應用的電池設計成熟；70年代初，硅電池的轉換效率大大提高，太陽能電池開始應用于地面；8

15、0年代至90年代，由于各國政府的重視，太陽能電池進入高速進展時期。進入80年代后期，隨著太陽能電池成本不斷下降，世界光伏產品市場進入高速進展。1981年，世界太陽能電池的產量為6MW，1994年達到70MW，1997年更是達到122MW，至1998年已達至1574MW，這期間的平均增長速度為25。從1999年的200MW到2004年的1260MW，平均年增長率超過30，2004年在2003年的基礎上猛增69。依照美國世界觀看所的報告預測，太陽能電池產業(yè)將與通訊行業(yè)一起成為進展最快的產業(yè)，到21世紀中葉，光伏發(fā)電量將占到世界總發(fā)電量的1/56,7。 目前，太陽能電池的應用已從軍事領域、航天領域進

16、入工業(yè)、農業(yè)、商業(yè)、通信、家用電器以及公用設施等部門，尤其能夠方便地在邊遠地區(qū)、高山、沙摸、海島和農村使用，可節(jié)約造價專門貴的輸電線路。然而在目前時期，其成本仍然較高，發(fā)出1kw電需要投資上萬美元，經濟上的限制了其大規(guī)模使用8。 從長遠來看，隨著太陽能電池制造技術的改進以及新的光-電轉換裝置的發(fā)明，各國對環(huán)境的愛護和對再生清潔能源的巨大需求，太陽能電池仍將是利用太陽輻射能比較切實可行的方法，可為人類以后大規(guī)模地利用太陽能開發(fā)寬敞的前景。 目前，太陽能電池的種類十分多，按材料分一般要緊有單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池、化合物電池、有機電池和染料敏化電池等。為了提高效率降低成本，通過技術改進按

17、形態(tài)結構分要緊有疊層電池、薄膜電池和聚光電池等。然而綜合考慮材料的價格、環(huán)境愛護以及轉換效率等因素，以硅為原材料的電池是太陽能電池最重要的成員。1.3.1 按材料分類(1)單晶硅太陽能電池 硅是一種良好的半導體材料，禁帶寬度為1.1eV，是間接遷移型半導體，因儲量豐富，且晶硅性能穩(wěn)定、無毒，因此成為太陽能電池研究開發(fā)、生產和應用中的主體材料。 單晶硅太陽能電池是開發(fā)最早也是最快的一種太陽能電池，它的構造和生產工藝已定型，產品已廣泛用于空間和地面。這種太陽能電池以高純的單晶硅棒為原料，純度要求99.999。單晶硅太陽能電池的差不多結構為N+/P型，多以P型單晶硅片作為基片，電阻率的范圍為1-3，

18、具有比較高的轉換效率，規(guī)模生產的電池組件的效率可達到12-l6，而實驗室記錄的最高轉換效率為24.49。單晶硅太陽能電池的顏色多為黑色或灰色，其光學、電學、力學性能均勻一致，適合于切成小片制作小型光電產品。從目前來看，單晶硅電池已十分成熟，效率高,壽命長，性價比好，是目前最受重視的太陽能電池。 (2)多晶硅太陽能電池 多晶硅是單質硅的一種形態(tài)。熔融的單質硅在過冷條件下凝固時，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結合起來，就結晶成多晶硅。多晶硅可作拉制單晶硅的原料。 多晶硅太陽能電池具有獨特的優(yōu)勢,與單晶硅相比，多晶硅半導體材料的價格比較低廉,相應的

19、電池單元成本低，特不具有競爭優(yōu)勢。然而由于多晶硅材料存在較多的晶間界而有較多缺點，轉換效率不夠高，實驗室的最高轉換效率為20.310。多晶硅太陽能電池的差不多結構為N+/P型,以P型單晶硅片作為基片，電阻率的范圍為0.52。在制作多晶硅電池時，原料高純硅不是拉成單晶，而是熔化后澆鑄成正方形硅碇，能夠節(jié)約原料和能源。由于多晶硅太陽能電池性能穩(wěn)定適合于建設光伏電站，也可用作光伏建筑材料。(3)非晶硅太陽能電池 非晶硅是一種直接能帶半導體，它的結構內部有許多所謂的“懸鍵”，也確實是沒有和周圍的硅原子成鍵的電子，這些電子在電場作用下就能夠產生電流，并不需要聲子的關心。因而非晶硅能夠做得專門薄，還有制作

20、成本低的優(yōu)點。 非晶硅太陽能電池的轉換效率和穩(wěn)定性都不夠好，對其研究開始于20世紀70年代初。非晶硅的可見光汲取系數(shù)比單晶硅大，是單晶硅的40倍。1微米厚的非晶硅薄膜，能夠吸引大約90有用的太陽光能。然而，非晶硅太陽能電池的穩(wěn)定性較差，從而阻礙了它的迅速進展。非晶硅及其合金的光暗電導率隨著光照時刻的加長而減少，通過170C200C的退火處理，又能夠恢復到光照之前的值。這一現(xiàn)象首先由Staebler和Wronski發(fā)覺，被稱為S-W效應11。S-W效應使非晶硅太陽能電池的轉換效率由于光照時刻加長而衰退，長期以來成為非晶硅太陽能電池應用的要緊障礙。 目前非晶硅太陽能電池存在的問題是光電轉換效率偏低

21、，國際先進水平為10左右，且不夠穩(wěn)定，常有轉換效率衰降的現(xiàn)象。因此尚未大量用于大型太陽能電源，而多半用于弱光電源，如袖珍式電子計算器、電子鐘表及復印機等方面?？赡苄仕ソ祮栴}克服后，非晶硅太陽能電池將促進太陽能利用的大進展，因為它成本低，質量輕，應用更為方便，它能夠與房屋的屋面結合構成住戶的獨立電源。(4)化合物太陽能電池 化合物太陽能電池包括三五族化合物電池和二六族化合物電池。三五族化合物電池要緊有GaAs電池、InP電池、GaSb電池等；二六族化合物電池要緊CaS/CulnSe電池、CAS/CdTe電池等。在三五族化合物太陽能電池中，GaAs電池的轉換效率最高，可達28；GaAs是二元化合

22、物，Ga是其它產品的副產品，特不稀少寶貴；As不是稀有元素，有毒。GaAs化合物材料尤其適用于制造高效電池和多結電池，這是由于GaAs具有十分理想的光學帶隙以及較高的汲取效率，抗輻照能力強，對熱不敏感。由于具有這些特點，因此GaAs化合物材料也適合于制造高效單結電池。GaAs化合物太陽能電池盡管具有諸多優(yōu)點，然而GaAs材料的價格不菲，因而在專門大程度上限制了用GaAs電池的普及。為了解決那個問題，采納了聚光系統(tǒng)，該系統(tǒng)由于采納價格較低的塑料透鏡和金屬外殼，同時改進了電池性能，因而深受寬敞用戶青睞。(5)有機太陽能電池 有機太陽能電池具有柔韌性和成本低廉的優(yōu)勢，是近年出現(xiàn)的新型太陽能電池。與結

23、構工藝復雜、成本高昂、光電壓受光強阻礙波動大的傳統(tǒng)半導體固體太陽能電池相比，有機太陽能電池制備工藝簡單，可采納真空蒸鍍或涂敷的方法制備成膜，且能夠制備在可彎曲折疊的襯底上形成柔性太陽能電池。有機物太陽能電池材料的分子結構還能夠自行設計合成。材料選擇余地大，加工容易，毒性小，成本低，可制造面積大，在太陽能電池產業(yè)引起了科學家的極大關注。美國加州大學圣芭芭拉分校的諾貝爾獎得主物理學教授Alan Heeger和同事 Kwanghee Lee，以及一個韓國科學家小組。利用新的技術，完全在溶液中合成出一種效率更高的級聯(lián)有機太陽能電池，將有機太陽能電池的效率提高到了6.5，差不多接近7的商業(yè)化標準。由于電

24、池以塑料為要緊材料，因此成本比采納多晶硅為材料的一般太陽能電池低得多。除提高太陽能電池效率外，新技術還能降低制造成本12。(6)染料敏化太陽能電池 染料敏化納米晶太陽能電池是最近二十幾年進展起來的一種基于植物葉綠素光合作用原理研制出的太陽能電池。這是一種使用寬禁帶半導體材料的太陽能電池，寬帶隙半導體有較高的熱力學穩(wěn)定性和光化學穩(wěn)定性，只是本身捕獲太陽光的能力特不差，但將適當?shù)娜玖衔降桨雽w表面上，借助于染料對可見光的強汲取，能夠將半導體的光譜響應拓寬到可見區(qū)，這種現(xiàn)象稱為半導體的染料敏化作用，而載有染料的半導體稱為染料敏化半導體電極。 染料敏化太陽能電池(DSSC)最近取得較大進展。面積(1

25、00)DSSC轉換效率已達到6。這類電池所用要緊材料為導電玻璃和Ti0，來源比較豐富，電池制造工藝也比較簡單，具有較大的潛在價格優(yōu)勢。然而這類電池的轉換效率還有待進一步提高，電池運行的穩(wěn)定性還需要進一步經受考驗9。下圖分不為傳統(tǒng)染料敏化太陽能電池（圖1.1）和高性能有機染料敏化太陽能電池（圖1.2）。 圖1.1傳統(tǒng)染料敏化太陽能電池 圖1.2 高性能有機染料敏化太陽能電池 1.3.2 按形態(tài)結構分類(1)疊層太陽能電池 疊層太陽能電池是由兩種或兩種以上不同帶隙的電池有機地疊加組合而成。一般而言，頂部電池的材料具有較寬的帶隙，適于汲取能量較大的太陽光能，而底部電池的材料帶隙較窄，適于汲取能量較小

26、的太陽光能。因此，在單結的基礎上，疊層太陽能電池的轉換效率較高。(2)薄膜太陽能電池 太陽能電池實現(xiàn)薄膜化，是當前國際上研發(fā)的要緊方向之一。如采納直接從硅熔體中拉出厚度在100的晶體硅帶。人們也在研究利用液相或氣相沉積，如化學氣相沉積的方法制備晶體硅薄膜作為太陽能電池材料。這時能夠采納成本較低的冶金硅或者其它廉價基體材料，如玻璃、石墨和陶瓷等。在廉價襯底上采納低溫制備技術沉積半導體薄膜的光伏器件，材料與器件制備可同時完成，工藝技術簡單，便于大面積連續(xù)化生產,制備能耗低，能夠縮短回收期。在不用晶體硅作為基底材料的襯底上氣相沉積得到的多晶硅轉換效率也達到12以上。(3)聚光太陽能電池 聚光太陽能電

27、池是降低太陽能電池系統(tǒng)整體造價的一種措施。它通過聚光器使較大面積的陽光會聚在一個較小的范圍內，加大光強，克服太陽輻射能流密度低的缺陷，提高光電轉換效率，因此能夠用較小面積的太陽能電池獲得較高的電能輸出。假設太陽輻射為lkW平方米，假如用一般太陽能硅電池提供l0W的輸出功率，則需要10平方分米，價值400元的電池?，F(xiàn)在我們在1平方分米、價值40元的太陽能電池上放置一個面積為15平方分米價值20元的聚光透鏡，也能夠實現(xiàn)lOW功率的輸出。在使用聚光器將太陽濃縮15倍后照耀到太陽能電池上，提供lOW功率所需成本由400元降低到60元，經濟性可見一斑。國際上大力開展聚光太陽能電池的研究，一方面能減少昂貴

28、的半導體太陽能電池片的用量，另一方面可有效提高單位電池面積的輸出功率，是極具潛力的太陽能光伏發(fā)電新技術。 聚光太陽能電池突破了一般太陽能電池高成本的制約因素，為太陽能電池的普及開發(fā)了一條新的道路。1.4 本文研究的要緊內容 我國地域寬敞，人口眾多，7000萬人生活在無電地區(qū)，而且我國寬敞西部太陽光照充足，因此太陽能光伏發(fā)電在我國的進展前景特不行，太陽能在轉換過程中效率較低，10-20可轉變?yōu)殡娔?，其余能量以散熱的形式損失掉了，因此我國應加大在太陽能光伏發(fā)電領域的投資力度，進行高效率低成本太陽能電池的研究和開發(fā)。 提高太陽能電池轉換效率，降低成本，關鍵是提高太陽能的利用率，而聚光太陽能電池能有效

29、提高電池轉換效率和降低成本，其中聚光器的設計和跟蹤技術是該類電池在研究中要解決的關鍵技術。本文要緊對電池聚光系統(tǒng)中的聚光器進行研究。要緊完成如下工作： (1)掌握太陽能電池差不多工作原理、差不多結構及要緊特性。 (2)分析太陽能電池轉換效率及阻礙因素。(3)研究提高太陽能電池轉換效率要緊技術。2 太陽能電池差不多知識2.1 太陽能電池原理及結構 太陽能電池是利用半導體材料的光伏效應把太陽光直接轉換成電能的一種固體器件，即要緊利用了PN結的光伏效應。 半導體硅是+4價元素，有4個價電子。當摻入少量雜質元素磷后，若干個硅原子中會有一個被+5價的磷原子替代，這時它就多余一個價電子，成為自由電子，這種

30、有多余自由電子的半導體叫做N型半導體。半導體硅中摻有+3價雜質元素硼之后，同樣會出現(xiàn)一個硅原子被硼原子替代的情況。由于硼是三價的，這時它就缺少一個價電子，即多余一個空穴，這種有多余空穴的半導體叫做P型半導體。當一塊硅片一面制成N型半導體，另一面制成P型半導體時，在兩種半導體的交界面區(qū)域里會形成一個專門的薄層，界面的P型一側帶負電，N型一側帶正電。這是由于P型半導體多空穴，N型半導體多自由電子，出現(xiàn)了濃度差。N區(qū)的電子會擴散到P區(qū)，P區(qū)的空穴會擴散到N區(qū)，一旦擴散就形成了一個由N指向P的“內建電場”，從而阻止擴散進行。達到平衡后，就形成了一個專門的薄層，那個薄層叫做耗盡層，即空間電荷區(qū)。太陽能電

31、池就跟半導體的這種結構有關。2.1.1 太陽能電池差不多原理 圖2.1 太陽能電池發(fā)電原理 當有適當波長的光照耀到p-n結上后，由于光伏效應而在勢壘區(qū)兩邊產生了電動勢。如圖2.1，設入射光垂直p-n結結面。假如結較淺，光子將進入p-n結結區(qū)，甚至更深入到半導體內部。能量大于禁帶寬度的光子，由本征汲取在結的兩邊產生電子-空穴對。在光激發(fā)下多數(shù)載流子濃度一般改變較小，而少數(shù)載流子濃度卻變化專門大，因此要緊分析光生少數(shù)載流子的運動。 p-n結兩邊的光生少數(shù)載流子受結勢壘區(qū)內存在的較強內建電場(自n區(qū)指向p區(qū))的作用，各自向相反方向運動；p區(qū)的電子穿過p-n結進入n區(qū)；n區(qū)的空穴進入p區(qū)，使p端電勢升

32、高，n端電勢降低，因此在p-n結兩端形成了光生電動勢，這確實是p-n結的光生伏特效應。由于光照在p-n結兩端產生光生電動勢，相當于在p-n結兩端加正向電壓，產生正向電流。 在p-n結開路的情況下，光生電流和正向電流相等時，p-n結兩端建立起穩(wěn)定的電動勢（p區(qū)相關于n區(qū)是正的），即光電池的開路電壓。如將p-n結與電路接通源，只要光照不停止，就會有源源不斷的電流通過電路，p-n結起了電源的作用。這確實是光電池的差不多原理。2.1.2 太陽能電池差不多結構典型的太陽能電池的結構如圖2.2所示。硅的PN接合處，被夾在上、下兩個金屬接觸層之間。上金屬接觸層是柵格狀的，以容許光線射到PN接合之上。PN接合

33、的項部有一層防反射薄層以減少從光亮的硅表面反射出來的光線。這確實是太陽能板的表面看起來 專門暗淡的緣故。 圖2.2 太陽能電池結構圖2.2 太陽能電池要緊特性 太陽能電池的特性可大致分為：光伏器件特性，如光譜特性、照度特性，半導體器件特性，如輸出特性、溫度特性、二極管特性等。太陽能電池的輸出特性通常是指伏安特性曲線(包括開路電壓、短路電流、填充因子)。 以下就太陽能電池的光譜響應特性、伏安特性、溫度特性及要緊參數(shù)作簡單介紹。2.2.1 光譜響應特性光譜響應表示不同波長的光子產生電子-空穴對的能力。也確實是講，在陽光照耀激發(fā)作用下，太陽能電池所收集到的光生電流與到電池表面上的入射波長有著直接的關

34、系。光譜特性的測量是用一定強度的單色光照耀太陽能電池，測量現(xiàn)在的短路電流Isc；然后依次改變單色光的波長，再重新測量電流。光譜響應曲線有時候稱為量子效率(外量子效率)曲線，也能夠用收集效率(內量子效率)曲線來表示。二者并不一致，一般來講，量子效率(外量子效率)是指入射多少光子產生多少電子的比率，即入射到電池上的每個光子產生的電子-空穴對或少數(shù)載流子的數(shù)目，而收集效率(內量子效率)是指汲取多少光子產生多少電子的比率，即在電池中被汲取的每個光子產生的電子空穴對或少數(shù)載流子的數(shù)目。能量轉換效率是輸入多少的光能夠產生多少電能的比率數(shù)。由于入射的光子不一定都被汲取，產生的電子不一定都產生電能，因此一般而

35、言，內量子效率最高，而能量轉換效率最低，但它們差不多上能夠測量或計算的。在太陽能電池中，只有那些能量大于其材料禁帶寬度的光子才能在被汲取時產生電子-空穴對，而那些能量小于禁帶寬度的光子即使被汲取也不能產生電子-空穴對(它們只是使材料變熱)。這確實是講，材料對光的汲取存在一個截止頻率（長波限）。同時當禁帶寬度增加時，被材料汲取的總太陽能就越來越少。 對太陽輻射光線來講，能得到最好工作性能的半導體材料，其截止波長應在0.8以上，包括從紅色到紫色全部可見光。每種太陽能電池對太陽光線都有其自己的光譜響應曲線，它表示電池對不同波長的光的靈敏度(光電轉換能力)。太陽能電池的光譜響應特性在專門大程度上依靠于

36、太陽能電池的設計、結構、材料的特性、結的深度和光學涂層。使用濾光膜和玻璃蓋片能夠進一步改善光譜響應。太陽能電池的光譜響應隨著溫度和輻照度損失而變化。2.2.2 伏安特性 太陽能電池在短路條件下的工作電流稱為短路光電流（），短路光電流等于光子轉換成電子-空穴對的絕對數(shù)量。現(xiàn)在，電池輸出的電壓為零。太陽能電池在開路條件下的輸出電壓稱為開路光電壓()，現(xiàn)在，電池的輸出電流為零。具有PN結的太陽能電池在不受光照時，相當于一個二極管，外加電壓和電流的關系曲線叫作光電池的暗特性曲線，如圖2.3中所示的曲線。在一定的光照下，能夠得出端電壓和電路中通過負載的工作電流的關系曲線，叫作光電池的伏安特性曲線，如圖2

37、.3所示的曲線。其中，表示最大功率點電壓，表示最大功率點電流，為最大功率點功率，表示為：。在一定的日照強度和溫度下，太陽能電池有唯一的最大輸出功率點，太陽能電池只有工作在最大功率點才會使其輸出的功率最大。 圖2.3 太陽能電池在無光照和光照下的電流-電壓曲線在一定的光照下，光生電流IL是一個常量。這兩條曲線在第四象限所包圍的區(qū)域確實是太陽能電池的輸出功率區(qū)域。把曲線上下翻轉，平移坐標軸位置，即能夠得到通常使用的伏安特性曲線，如圖2.4所示。曲線在I 軸上的截距為短路電流，在V 軸上的截距為開路電壓。圖2.4中的虛線表示在一定的負載電阻時的關系，稱為負載線。負載電阻R為某一值時的直線與特性曲線的

38、交點坐標為使用那個負載電阻時的端電壓V 和電流 I。 圖2.4 太陽能電池的伏安特性曲線2.2.3 溫度特性 太陽能電池的開路電壓隨著溫度的上升而下降，大體上溫度每上升1，電壓下降2-2.3；短路電流則隨著溫度的上升而微微地上升；電池的輸出功率P則隨著溫度的上升而下降，每升高1，約損失0.35-0.45。溫度對太陽能電池的阻礙：載流子的擴散系數(shù)隨溫度的增高而增大，因此少數(shù)載流子的擴散長度也隨著溫度的升高稍有增大，因此，光生電流也隨著溫度的升高有所提高。然而I 隨溫度的升高指數(shù)增大，而隨溫度的升高急劇下降。當溫度升高時，I-U 曲線形狀改變，填充因子下降，故轉換效率隨溫度的增加而降低。圖2.5和

39、圖2.6是太陽能電池在相同日照下不同溫度的輸出特性曲線和常溫下不同日照的輸出特性曲線。圖2.5不同溫度下的輸出特性曲線圖2.6不同日照下的輸出特性曲線由特性曲線可知，效率隨著照度的上升而上升，因此能夠通過提高電池單位面積上的照度來提高電池效率，即使用聚光技術。效率又隨著溫度的上升而下降，即太陽能電池轉換率具有負的溫度系數(shù)。因此在應用時，假如使用聚光器，則聚光器的聚光倍數(shù)不能過大，以免造成結溫過高使電池轉換率下降甚至損害電池。此外，在聚光電池系統(tǒng)中應加有相應的電池冷卻裝置。2.2.4 太陽能電池要緊參數(shù) 不論是一般的化學電池依舊太陽能電池，其輸出特性一般差不多上用如圖2.3所示的伏安特性曲線來表

40、示，短路電流，開路電壓，最大輸出功率是它的要緊輸出參數(shù)。轉換效率和填充因子是衡量電池品質的要緊參數(shù)。(1)光伏電池的光電轉換效率是指電池受光照時的最大輸出功率與照耀到電池上的入射光的功率的比值，用式子表示為： (2.1)式中，和分不為光伏陣列最大電流(A)和最大電壓(V)。光伏電池的光電轉換效率是衡量電池質量和技術水平的重要參數(shù)，它與電池的結構、結構特性、材料特性、工作溫度和環(huán)境溫度變化等有關。在溫度恒定的情況下，電池的轉換效率會隨光強的增加而增加。關于一個給定的功率輸出，電池的轉換效率決定了所需的電池板的數(shù)量，因此電池達到盡可能高的轉換效率是極其重要的。而那個結論就為提高轉換效率提供了一種途

41、徑：能夠通過加裝聚光器來加強光照強度，從而減少光伏電池的使用，降低光伏發(fā)電的成本。(2)填充因子又稱曲線因子，即光伏電池最大功率與開路電壓Voc 和短路電流Isc乘積的比值，用符號FF表示： (2.2)填充因子是評價光伏電池性能優(yōu)劣的一個重要參數(shù)。阻礙填充因子的因素是多方面的，它既和電池材料的PN結曲線因子常數(shù)、串聯(lián)電阻，并聯(lián)電阻等內部參數(shù)有關，還與光伏電池的工作溫度、光照強度等外部條件有關。一般l，它的值越高，表明光伏電池輸出特性越近于矩形，電池的光電轉換效率越高13-15。2.3 太陽能電池等效電路和效率分析2.3.1 太陽能電池等效電路太陽能電池受光的照耀便產生電流。那個電流隨著光強的增

42、加而增大，當同意的光強度一定時，能夠將電池看作恒流電源。太陽能電池可看作PN結型二極管，在光的照耀下產生正向偏壓，因此在PN結為理想狀態(tài)的情況下，可等效為電流源和一個理想二極管的并聯(lián)電路。然而在實際的太陽能電池中，由于電池表面和背面的電極和接觸，以及材料本身具有一定的電阻率，流經負載的電流通過它們時，必定引起損耗，在等效電路中可將它們的總效果用一個串聯(lián)電阻來表示；同時，由于電池邊沿的漏電，在電池的微裂痕、劃痕等處形成的金屬橋漏電等，使一部分本該通過負載的電流短路，這種作用可用一個并聯(lián)電阻來等效表示16?，F(xiàn)在的等效電路可用圖2.7來描述，太陽能電池的輸出電流I 可表示為： (2.3)式中，為光生

43、電流(A)；為二極管的反向飽和電流(A)；為太陽能電池輸出電壓(V)；為單位電荷(1.6lO-19 k庫侖)；為玻耳茲曼常數(shù)(1.3810-23 JK)；為絕對溫度(K)；為二極管指數(shù)。 圖 2.7 太陽能電池等效電路當太陽能電池兩端開路時，即負載阻抗為無窮大時，電池的輸出電流為零，現(xiàn)在的電壓為電池的開路電壓。在式(2.3)中，令，則有： (2.4) (2.5)式(2.5)表明，開路電壓不受串聯(lián)電阻的阻礙，但與并聯(lián)電阻有關。能夠看出， 減小時， 會隨之減小。太陽能電池兩端短路即負載阻抗為零時，電池電壓V 為零時，現(xiàn)在的電流為短路電流。在式(2.3)中令，得： (2.6)考慮到一般情況下RsRs

44、h，可化為： (2.7)式(2.7)表明，短路電流差不多與并聯(lián)電阻無關，但受串聯(lián)電阻的阻礙，隨著 的增大，短路電流會減小。通常，在現(xiàn)代太陽能電池中，的值一般專門大，故式(2.3)中的最后一項通常忽略不計，這時式(2.3)變成： (2.8)當參數(shù)， ，確定之后，依照上式能夠確定太陽能電池的輸出特性。2.3.2 阻礙太陽能電池轉換效率的因素前面所敘述的太陽能電池轉換效率的理論值差不多上在理想狀況下得到的。而太陽能電池在光電轉換過程中，由于存在各種附加的能量損失，實際效率比理論極限效率要低。以PN結硅電池為例，下面我們來分析阻礙太陽能電池轉換效率的要緊因素。(1)光生電流的光學損失太陽能電池的效率損

45、失中，有三種是屬于光學損失，其要緊阻礙是降低了光生電流值。反射損失確實是從空氣(或真空)入射到半導體材料的光的反射。以硅為例，在工作范圍內的太陽能光譜中，超過30的光能被裸露的硅表面反射掉了，因而硅電池表面一般會涂上減反射膜SiN。柵指電極遮光損失確實是定義為柵指電極遮光面積在太陽能總面積中所占的百分比。對一般電池來講，約為4-15。透射損失確實是假如電池厚度不足夠大，某些能量合適能被汲取的光子可能從電池背面穿出，這決定了半導體材料的最小厚度。間接帶隙半導體要求材料的厚度比直接帶隙的厚。(2)光生載流子的收集效率由于材料的缺陷等緣故，所產生的電子及空穴等載流子發(fā)生再結合作用，使部分載流子消逝掉

46、。光照耀PN結激發(fā)出來的電子-空穴對不一定會全部被PN結的自建電場所分離。我們把受激產生的電子-空穴對數(shù)目與被PN結勢壘所分離的電子-空穴對數(shù)目之比叫做收集效率。半導體中電場產生的偏移效應和電荷濃度梯度產生的擴散效應導致電子-空穴的移動。過剩載流子是超過熱平衡狀態(tài)存在的載流子，通常在某個時刻常數(shù)下，具有返回平衡狀態(tài)的傾向。人們把那個時刻常數(shù)叫做過剩載流子壽命。因此，在電子-空穴對從產生的地點分不向PN兩層移動所需要的時刻比過剩載流子壽命還要長的情況下，電荷將可不能被PN結勢壘所分離，對光生電壓的產生沒有貢獻。如此，收集效率就由過剩載流子的壽命和PN結的位置來決定。(3)阻礙開路電壓的實際因素決

47、定開路電壓大小的要緊物理過程是半導體的復合。半導體復合率越高，少子擴散長度越短，也就越低。在P-Si襯底中，阻礙非平衡少子總復合率的三種復合機理是：復合中心復合、俄歇復合及直接輻射復合?？倧秃下室o取決于三種復合中復合率最大的一個。關于高質量的硅單晶，當摻雜濃度高于1017時，則俄歇復合產生阻礙，使少子壽命降低。通常，電池表面還存在表面復合，也會降低值。(4)輻射效應 應用在衛(wèi)星上的太陽能電池受到太空中高能離子輻射，產生缺陷，使電池輸出功率下降，阻礙其使用壽命。(5)電極接觸不良或設計不合理使串聯(lián)電阻增加，不能有效地收集載流子。2.3.3 提高太陽能電池轉換效率的各種技術 針對2.3.2節(jié)分析

48、的阻礙太陽能電池轉換效率的因素，我認為有以下幾種提高其轉換效率的方法，見表2.1。 表2.1太陽能損失緣故以及防止技術 損失緣故防止技術表面光反射1、采納減反射膜2、表面進行凹凸處理3、合理設計電極載流子再結合1、加一層鈍化膜層2、操縱雜質濃度3、加背面場4、合理設計電極 光透射1、在底電極上加一層金屬反射層2、進行凹凸處理串聯(lián)電阻合理設計電極 (1)減反射損失技術 為了減少太陽光的反射損失，一般采納下面兩種技術：1)采納減反射膜。常用減反射膜有含氧量為1-2的硅氧化物(SiO)與鈦氧化物(TiO)等。單獨采納一層反射膜效果不行，為此，大多采納二層減反射膜，如由Ti02和MgF2所組成的減反射

49、膜或由SiN和Si02所組成的減反射膜等。經減反射處理過的太陽膜或由SiN和Si02所組成的減反射膜等。經減反射處理過的太陽能電池表面，有專門好的減反射效果。2)采納凹凸結構。如表面用腐蝕等方法處理成具有專門多金字塔型的絨面狀結構或具有倒金字塔型的溝槽結構，或具有V型的溝槽結構。把太陽表面處理成凹凸結構時的光的入射路徑示于圖2.8。由該圖可見，各種方向入射的太陽光通過多次反射后都能進入到太陽能電池中去，從而增加入射的太陽光量。采納這種結構，其光反射損失有的甚至可減到5左右。未通過處理的光滑硅表面，反射率一般高達30左右17。金字塔型絨面結 倒金字塔型溝槽結構 V型溝槽結構 在溝槽結構中的反射原

50、理圖2.8 太陽能電池的結構以及減反射原理(2)減少載流子損失技術 減少載流子損失，要緊是防止載流子的再結合損失。通常采納以下三種方法： 1)加一層鈍化層； 2)操縱雜質濃度； 3)在底層上加一個背面電場。加有鈍化層、雜質操縱層、背面電場的高效太陽能電池的結構中鈍化層能夠使電池表面的缺陷結構鈍化，從而減少載流子的再結合。電池底層上采納高濃度摻雜法形成一背面電場，可加速載流子的輸運過程，減少載流子的再結合。背面電場電池指在基區(qū)底部即電池背面附近，具有基體雜質濃度梯度的太陽能電池。雜質濃度梯度能夠通過蒸鋁燒結或硼擴散的方法建立18。目前高效率電池一般都具有背面電場。(3)減少光透射損失在太陽能電池

51、中，波長較長的入射光一般都能透射到電池的深層底電極，要充分利用這種長波長的光，最好在底電極處再加一層反射率高的金屬層。用ITO作底電極上的反射層，效果專門好。過去常規(guī)電池使用的鋁電極是用ITO膠燒結法制成的。這時可形成鋁的擴散層，這種鋁擴散對提高太陽能電池轉換效率專門有利，在保留原鋁擴散層的條件下去掉合金層，換成ITO電極層，結果它不僅能起電極作用，還能起反射層的作用，使轉換效率在原來的基礎上又提高了 19。(4)減少串聯(lián)電阻損失合理設計和精細制作電極是減少電池內部電阻、提高太陽能電池轉換效率的另一個有效途徑。一般認為電池表面所占的面積越小，太陽光利用率越高。但電極的表面積越小，電極內部的電阻

52、越大，使電池的轉換效率反而降低。過去認為電池表面的電流密度是均勻的，因此單純從電阻與轉換效率的關系中優(yōu)化電極形狀，沒有考慮到太陽能電池表面的電流密度大小與電極形狀之間的關系。夏普公司采納計算機模擬方法求出了電極表面上的電流密度分布，發(fā)覺電池表面各處的電流密度分布是不均勻的。我認為可依照其電流密度分布，設計有利于收集載流子的電極形狀，并采納激光加工技術，使電極面積細微化，既增加入射光面積，又提高載流子收集效率，并使電池轉換效率在原有的基礎上進一步提高。(5)多層結構太陽能電池把多個具有不同光譜靈敏度特性的太陽能電池堆集起來所組成的太陽能電池叫作多層結構太陽能電池。這種太陽能電池，把禁帶寬度寬的材

53、料所制成的太陽能電池放在入射光的一側，先讓它汲取短波長的光，然后再制成用禁帶寬度較窄的材料所組成的太陽能電池，讓它汲取由前半部透射出來的長波長的光，如此能夠充分地利用入射太陽光，提高其轉換效率。多層結構太陽能電池能更有效地利用各種波長的太陽光，從而提高電池轉換效率。多層結構太陽能電池，除了上述的無定形硅太陽能電池以外，還有由單晶硅和無定形硅或由單晶硅和砷化鎵太陽能電池所組成的多層結構太陽能電池 20。(6)充電連接方法的改進傳統(tǒng)的充電連接方法把太陽能電池與蓄電池全部串聯(lián)起來如圖2.9所示。我認為把太陽能電池及蓄電池分成若干個小組，先串聯(lián)各個小組后再并聯(lián)，改進后的這種聯(lián)接方法的好處是可降低充電回

54、路的內阻，提高充電效率如圖2.10所示。提高太陽能電池轉換效率的技術專門多。 圖2.9 傳統(tǒng)充電連接方法 圖2.10 改進的充電連接方法除上述五種方法外，還可通過提高原材料的純度和質量，或采納聚光等方法。但不管哪種技術，若單獨采納，所提高的轉換效率幅度差不多上專門有限的。因此要想較大幅度地提高太陽能電池的轉換效率，必須同時采納多種技術。2.4 本章小結 本章從P-N結講起，要緊介紹了太陽能電池的原理、結構、要緊特性及等效電路，要緊特性包括光譜響應特性、伏安特性、溫度特性以及太陽能電池要緊參數(shù)。在介紹溫度特性時，電池效率隨著照度的上升而上升，隨著溫度的上升而下降，由此提出采納聚光技術提高電池效率

55、，同時需要良好的冷卻裝置。在介紹等效電路時，給出了開路電壓和短路電流的計算公式，在此基礎上分析了太陽能電池的轉換效率及阻礙因素，提出并研究了幾種提高太陽能電池裝換效率的技術。3 聚光高效太陽能電池研究開發(fā)新能源和可再生清潔能源是全世界面臨的共同課題，在新能源中，光伏發(fā)電倍受矚目，但由于過高的成本，目前還未能充分進入市場21?，F(xiàn)有太陽能光電池的發(fā)電模式中，多數(shù)采納方位固定的大面積的平板式光電轉化模式，它存在著兩大缺點：一是光電轉換效率低，發(fā)電能力差；二是成本價格居高不下，與常規(guī)電能相比缺乏競爭力，這些限制了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的大規(guī)模進展。在緒論中已提到，聚光太陽能電池能夠有效地降低太陽能電池發(fā)電

56、成本。關于聚光太陽能電池來講，其關鍵技術之一為研究適合在太陽能收集應用中的聚光器。3.1 聚光光伏技術的進展2000年，Swansont22在對聚光電池的市場分析基礎上提出兩個目前最有前景的應用，一個是有電網(wǎng)支持要求潔凈能源的中型系統(tǒng)，另一個是與柴油發(fā)電機組成混合系統(tǒng)，如大型的水泵站、軍事基地、島嶼等，同時指出與非聚光系統(tǒng)相比，聚光系統(tǒng)具有更低的成本、更高的效率、更容易回收等優(yōu)點。2001年IEEE公布的聚光太陽電池組件的標準23，提高了聚光電池組件的可靠性，這將有利于聚光光伏系統(tǒng)更好的進入市場，促進聚光光伏技術的進一步進展。2002年5月，首次太陽能聚光發(fā)電國際會議的召開24，表明光伏聚光系

57、統(tǒng)作為專門有潛力的一項技術，差不多引起更多人的關注。近年來，日本、美國等國企業(yè)紛紛展示新型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。夏普公司利用鏡頭將太陽光會聚在超高效太陽能電池上，其超高效太陽能電池能效是目前硅電池的2倍。美國能源設備公司Solfocus也推出一種新的聚光器。另外,波音公司的子公司Spectrolab正在為一些集光器系統(tǒng)工程生產100多萬個超高效太陽能電池，其中在澳大利亞的一項工程目標是為3500戶居民供電，該公司還曾為美國宇航局的火星探測器提供長效的太陽能光伏電池。這些技術工程的開發(fā)進展再次讓人們看到太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)進展的美好前景25。3.2 各種聚光太陽能電池目前，聚光太陽能電池要緊有聚光硅

58、太陽能電池和聚光砷化鎵太陽能電池兩大類。按照結構分，聚光硅太陽能電池能夠分為平面結聚光硅電池和垂直結聚光硅電池兩類。平面結聚光硅電池類似于常規(guī)電池，是當前普遍使用的聚光電池。它的應用光強為幾十個到100個太陽。垂直結聚光硅電池具有更優(yōu)越的性能，它能夠工作在更高的光強。3.2.1 平面結聚光硅太陽能電池平面結聚光硅太陽能電池的結構差不多上類似于常規(guī)電池，其基體電阻率和柵線結構的專門性使聚光電池具有了更好的效率。(1)電池的基體電阻率基體電阻率關于聚光電池的性能具有十分重要的阻礙。電池工作在專門高的光強下，高密度的電流要流過基體，必定要產生較高的電壓降，它要阻礙電池的輸出。聚光電池設計時必須使這種

59、阻礙盡可能的小，通常這種損失應當?shù)陀?。采納低電阻率的基體材料是減小這種損失的有效方法。(2)專門的柵線結構聚光硅太陽能電池的柵線結構是阻礙電池的實際輸出和使用壽命的關鍵因素之一。柵線形狀能夠是梳狀的，也能夠是放射狀的。其電阻的計算方法和常規(guī)電池一樣。柵線占電池面積的比例應隨著工作光強的增加而增大。這是由于高密度的電流流過柵線，它們的電阻變得重要起來。常規(guī)電池柵線約占電池面積的5-7，那么工作在幾十個太陽至幾百個太陽的聚光硅太陽電池柵線就要占電池面積的10左右。電池串聯(lián)電阻的接觸電阻部分不但與接觸材料、制造工藝有關，而且和柵線的周長成反比，這是因為柵線的總周長越長，越能克服電流群聚，減少接觸電

60、阻。因此，在柵線面積不變的情況下，盡可能地增加柵線的數(shù)量，就有利于提高電池的性能。聚光電池的柵線結構和常規(guī)電池的區(qū)不是柵線的厚度。典型聚光硅太陽能電池的柵線占電池面積10，其厚度約為10，當電池工作在100個太陽時，流過柵線的電流密度能夠達到2.4104/。如此大的電流密度要引起合金化效應以及電遷移效應，使金屬變質，增加接觸電阻。增加柵線的厚度是克服這些阻礙的有效手段。 垂直結聚光硅太陽能電池前面討論的平面結聚光硅太陽能電池結構簡單、制造方便，在幾十個到100個太陽的光強下具有較好的性能。然而，假如接著提高工作光強，對串聯(lián)電阻的阻礙將會越來越嚴峻，使聚光電池的效率嚴峻下降。增加柵線占電池的面積