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坦。太阳能利用的发展历程与煤、石油等完全不同，人们对其认识差别大，反复多，发展时间长。这一方面说明太阳能开发难度大，短时间很难实现大规模利用；另一方面也说明太阳能利用还受矿物能源供应、政治、战争等因素影响，发展道路曲折。但从总体来看20世纪取得的太阳能科技进步仍比以往任何一个世纪都快。 三、太阳能利用背景

从工业革命开始，人类进入了工业社会以来，机器大生产使得能源逐渐成为了人类社会

存在与发展的物质基础。在过去200 多年里，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系极推动了人类社会的发展，人类的物质生活和精神生活不断得到丰富。随着人类社会生产力水平的不断提高，能源的消费量也在不断增长。20 世纪以来世界经济发展的几个阶段中，能源消费增长状况如表1 所示。

表 1 能源消费增长状况

年份 能源消费总量（1011kg 人均占有量（kg 标煤/标煤） 1900 7.25 1925 15.65 1950 26.64 1975 85.70

从表 1 所列的数字中可以看出，在1900—1950 的50 年中能源消费

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人`年） 493 796 1080 2140

量增长了两倍多，而

1950—1975 的25 年间增长了两倍，可以预计随着社会的不断发展进步，能源消费量的增长会越来越快。但大规模使用化石燃料的严重后果也逐渐突现出来：环境不断恶化，诱发国际间的政治经济纠纷，资源的日益枯竭。从长远来看，化石燃料在人类的时间尺度上属于不可再生资源，用一点少一点，而目前预测全球已探明的石油储量能用到2020 年，天然气总储量也只能够维持到比石油晚一二十年开采完毕，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年。为使得化石燃料等不可再生资源得到更充分、持久的利用，寻找能够替代传统能源的新能源成为进入21 世纪的人类的首要任务。新能源应该具有清洁、高效、广阔的发展前景等特点，太阳能、风能、生物能、海洋能、低热能等新形式的能源正是凭借这些特点逐渐进入人们的视野，而其中太阳能又以自身优势在新能源开发中独树一帜。 四．太阳能特点

第一，总量巨大。到达地球大气外层的太阳辐照总强度约为174000tw，其中约30％被大气层反射回外太空，其余到达地表的能量被大气、陆地、海水、植被等吸收，约为每年3.8×1024j，这相当于全世界2009年全部能源消耗(4.7×1020j)的8000倍，也就是说地球表面一小时接收的太阳能足够人类一年使用。如果排除海洋、森林、冰川等地区，仅计算适于利用太阳能的陆地面积，大约有600tw的太阳能资源可用，即每年1.9×1022j，总量上满足世界能源需求全无问题。而其他形式的可再生能源及核能的丰度远不及太阳能，均

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无法单独依靠自身满足能源需求缺口。第二，容易获取和利用。从空间上来讲，太阳能容易获取，在地表无处不在，无勘探和开采成本，而且不需也无法运输。但是太阳能在时间上具有不连续性，只能在白天利用，夜间几乎为零，如需不间断利用太阳能，则必须有储能机制以备夜晚使用。所以太阳能是随处可见，但定时可用的能源。第三，清洁无排放。获取和利用太阳能的过程本身不会产生任何污染物的排放，也不会留下残余物。第四，取之不尽，用之不竭。太阳能来自于太阳氢元素聚变为氦元素的热核反应。太阳的质量约为2×1030kg(是地球质量的33万倍)，其中约3／4为氢元素，根据目前太阳热核反应速率，每秒有6.57×1011kg的氢聚合生成6.53×1011kg的氦，那么氢的储量足够维持超过200亿年，而地球的寿命估计为50亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是取之不尽，用之不竭的。第五，能量密度低。虽然太阳能总量丰富，但辐射强度低，到达地球大气层上沿的太阳辐射强度约为1400w／m2，经过大气层后，地表平均的峰值日照强度仅为1000w／m2。因此利用太阳能发电相对占地比较大，目前即使采用效率较高的晶体硅太阳能组件，仅建设装机容量1万千瓦(直流)的太阳能电站平均占地达250～300亩(1亩=666.67m2，下同)。而一座200万千瓦的火电站占地约4200亩，平均每万千瓦占地2l亩。一座1200万千瓦装机容量的核电站占地约12000亩，平均每万千瓦占地10亩。第六，地域的差异性与时间上的不稳定性。不同地区的太阳能资源因经纬度、地形、气象等条件的不同而有很大的差异，一般来说低纬度地区光照多于高纬度地区，干旱地区多于阴雨地

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区，海拔高的地区多于海拔低的地区。到达地表的太阳能受季节、大气质量和天气影响非常大，因此具有不稳定性。但在比较长的时间尺度上(如一年)，太阳能资源仍具有统计上的稳定性和可预测性。 五、太阳能技术的改善

1.提高太阳能电池转换效率的各种技术

针对2.3.3节分析的影响太阳能电池转换效率的因素，研究总结了相应的几种提高其转换效率的方法，见表2.1。

表2.1 太阳能损失原因及防止技术

（1）减少反射损失技术

为了减少太的反射损失，一般采用下面两种技术:

①采用减反射膜。常用减反射膜有含氧量为1-2的硅氧化物()与钦氧化物()等。单独采用一层反射膜效果不好，为此，大多采用二层减反射膜，如由TiO2和MgF2所组成的减反射膜或由和SiO2所组成的减反

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射膜等。经减反射处理过的太阳膜或由和SiO2所组成的减反射膜等。经减反射处理过的太阳能电池表面，有很好的减反射效果。

②采用凹凸结构。如表面用腐蚀等方法处理成具有很多金字塔型的绒面状结构或具有倒金字塔型的沟槽结构，或具有V型的沟槽结构。把太阳表面处理成凹凸结构时的光的入射路径示于图2.11。由该图可见，各种方向入射的太经过多次反射后都能进入到太阳能电池中去，从而增加入射的太量。采用这种结构，其光反射损失有的甚至可减到5%左右。未经过处理的光滑硅表面，反射率一般高达30%左右。 （2）减少载流子损失技术

减少载流子损失，主要是防止载流子的再结合损失。通常采用以下三种方法:

①加一层钝化层; ②控制杂质浓度;

③在底层上加一个背面电场。

加有钝化层、杂质控制层、背面电场的高效太阳能电池的结构中钝化层可以使电池表面的缺陷结构钝化，从而减少载流子的再结合中心。电池底层上采用高浓度掺杂法形成一背面电场，可加速载流子的输运过程，减少载流子的再结合。背面电场电池指在基区底部即电池背面附近，具有基体杂质浓度梯度的太阳能电池。杂质浓度梯度可以通过蒸铝烧结或硼扩散的方法建立。目前高效率电池一般都具有背面电场。

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