1.1.1　半导体pn结光伏发电

直接太阳能利用就是指即时的太阳辐射能利用。主要包括:

① 太阳能直接热利用如太阳能热水系统。其能量转化方式是直接从太阳能转化为热能。

② 太阳能热动力发电,如塔式、槽式、碟式太阳能热电站。其能量转化方式是:吸收太阳辐射热,通过热机转化为机械能,最后通过发电机转化为电能。虽然太阳辐射能很容易被以极高的效率转化为热能,热能转化为机械能则要受卡诺热机效率限制。

③ 太阳能机械能发电,如太阳能烟囱,利用太阳能辐射加热空气后形成机械能,带动涡轮机和发电机发电。

④ 太阳能光伏发电,如图1.2所示的单晶硅、多晶硅、薄膜、染料敏化太阳能电池。其能量转化过程主要通过半导体pn结的光生伏特效应将太阳辐射能直接转化为输出电能。其效率受光子能量最低要求限制,如图1.3所示,目前仅有20%~30%的太阳辐射能短波段能量可激发自由电子。

图1.2　不同的太阳能光伏发电产品

图1.3　太阳光波段及光伏电池可用能量

如图1.4所示,半导体pn结的光生伏特效应作为四大主要发电方式之一,其结构主要包括p型半导体、n型半导体、防反射膜、梳状电极、背光集流涂层。