1.1.1　半導體pn結光伏發電

直接太陽能利用就是指即時的太陽輻射能利用。主要包括:

① 太陽能直接熱利用如太陽能熱水系統。其能量轉化方式是直接從太陽能轉化為熱能。

② 太陽能熱動力發電,如塔式、槽式、碟式太陽能熱電站。其能量轉化方式是:吸收太陽輻射熱,通過熱機轉化為機械能,最后通過發電機轉化為電能。雖然太陽輻射能很容易被以極高的效率轉化為熱能,熱能轉化為機械能則要受卡諾熱機效率限制。

③ 太陽能機械能發電,如太陽能煙囪,利用太陽能輻射加熱空氣后形成機械能,帶動渦輪機和發電機發電。

④ 太陽能光伏發電,如圖1.2所示的單晶硅、多晶硅、薄膜、染料敏化太陽能電池。其能量轉化過程主要通過半導體pn結的光生伏特效應將太陽輻射能直接轉化為輸出電能。其效率受光子能量最低要求限制,如圖1.3所示,目前僅有20%~30%的太陽輻射能短波段能量可激發自由電子。

圖1.2　不同的太陽能光伏發電產品

圖1.3　太陽光波段及光伏電池可用能量

如圖1.4所示,半導體pn結的光生伏特效應作為四大主要發電方式之一,其結構主要包括p型半導體、n型半導體、防反射膜、梳狀電極、背光集流涂層。