1.2.1　非聚光太阳能电池

太阳能电池种类繁多，按照结构分类，可分为同质结太阳能电池、异质结太阳能电池、肖特基结太阳能电池、多结太阳能电池和液结太阳能电池等。按照形状分类，可分为块状和薄膜两种。块状太阳能电池是指单晶硅、多晶硅制造的块状晶体，经切片后作为太阳能电池。薄膜太阳能电池是指半导体层厚小于50μm的太阳能电池。薄膜太阳能电池有硅系薄膜太阳能电池、II-VI族化合物薄膜太阳能电池和黄铜矿系太阳能电池。

按照材料分类，可分为硅太阳能电池、化合物半导体太阳能电池和有机半导体太阳能电池。硅太阳能电池是以硅为基体材料的太阳能电池，如单晶硅、多晶硅和非晶硅等太阳能电池，如图1.3（a）、（b）和（c）所示。化合物半导体太阳能电池是指两种或两种以上元素组成的具有半导体特性的化合物材料制成的太阳能电池，可分为晶态无机化合物半导体、非晶态无机化合物半导体、有机化合物半导体、氧化物半导体4类。图1.3（d）为多元化合物太阳电池。有机化合物半导体太阳能电池是指用含有一定数量的碳—碳键且导电能力介于金属和绝缘体之间的半导体材料制成的太阳能电池。

目前，市场上主要以硅基太阳能电池为主。非晶硅太阳能电池与单晶硅、多晶硅的制作方法不同，硅材料消耗少，但光电转换效率偏低。多元化合物太阳能电池指不是用单一半导体材料制成的太阳能电池，有硫化镉、砷化镓、铜铟硒等种类，如图1.3（d）所示。根据第18届中国光伏学术大会上发布的数据，2019年中国多晶硅太阳能电池转换效率最高达到22.8%，单晶硅太阳能电池转换效率最高达到24.85%，薄膜太阳能电池转换效率最高达到22.92%［2］。量产多晶硅平均转换效率提升至19.3%，单晶硅提升至22.3%，汉能GIGS薄膜转换组件转换效率达到18.64%［3］，技术进步正在加速着光伏组件的转换效率，降低着制造成本。

晶体硅光伏组件制造流程较多，包括多晶硅提纯、硅片制造、电池制造、组件封装4个生产环节，其制造流程如图1.4所示。在光伏组件制造过程中，会产生四氯化硅、废砂浆（包括废聚乙二醇、废硅粉和废碳化硅）及氟化物等污染排放。随着技术发展和环保意识的增强，目前基本实现了四氯化硅闭环回用零排放；而碳化硅和聚乙二醇也逐步退出切割过程，减少了废砂浆的排放并降低了耗材成本[10]。硅片的标准尺寸为硅片的标准尺寸为156.75mm×156.75mm，厚度为180μm，随着“领跑者”项目对组件输出功率和转换效率的要求，市场也出现了157.0mm、157.5mm、157.75mm和162mm等不同尺寸的硅片。硅片制备完成后，通过清洗、绒面制备、掺杂剂扩散工艺，形成PN结；再通过减反射层沉积、铝背场制备、烧结等工艺，制成硅太阳能电池；最后通过太阳能电池串、并连接，正反面EVA薄膜及背板、玻璃铺设，制成晶体硅光伏组件[11]。

中国是世界上主要的晶体硅太阳能电池及组件生产国，从2008年起就稳居世界第一。晶体硅光伏组件也是大型地面光伏电站的首选，尤其是单块组件输出功率达到280Wp（Wp=Wpeak，表示太阳能电池的峰值功率），转换效率达到17%～18%，通过ISO 9001质量体系认证及UL、TUV、IEC等一系列国际认证，能保证光伏组件输出功率保持25年以上[4]。用于大型光伏场站的太阳能组件规格很多，如笔者实验室常用的规格为1650mm×992mm×40mm、峰值功率为250W的多晶硅电池组件，规格为1245mm×635mm、额定功率为50W的非晶薄膜电池组件，规格为1956mm×992mm×40mm、峰值功率为300W的单晶硅电池组件。

尽管光伏组件形态各异，但大体主要由四周保护电池片的钢化玻璃、将各个电池片固定为一个整体的热熔胶黏剂EVA、太阳能电池片、衬底、互联条、密封条、导线、接线盒、铝合金边框等构成[12]，如图1.5所示。

钢化玻璃起长期保护电池的作用（外表坚固能够抵挡风雨、冰雹和沙尘暴等恶劣的天气状况），并且应具有较好的透光性，也是灰尘的附着对象。灰尘附着导致玻璃透光性降低，可减少电池的辐照，进而降低发电量。EVA主要起固定玻璃和太阳能电池的作用，与玻璃黏合之后能够保持玻璃的透光率，保证电池板的输出功率。太阳能电池片是进行光电转换的最小单元，也是光电转换的部件，一般是将电池片进行串并联之后做成太阳能电池板。衬底一般采用PVF或TPT复合膜，有防潮和防腐蚀能力，能够降低因长期电池板在外所带来的寿命缩短的问题，并且具有良好的耐光性能和绝缘性能。接线盒用硅胶黏在电池板背面，能够抗老化和紫外线辐射，确保电池板在使用的年限内不出现老化破裂现象。铝合金边框表层的氧化层大约10μm，可以确保长时间在室外使用不会被侵蚀，牢固耐用，可抵御强风、冰冻及不变形，其长短边备有安装孔，满足不同安装方式的要求。

光伏组件的叠层结构如图1.6所示。光伏组件表面玻璃的材质与灰尘附着有着直接的关系，光伏组件结构也影响着清洁维护工作，对于薄膜类一般承重较小，重型清洁设备难以完成清洁工作，而清洁试剂对EVA和密封条也有很大影响。光伏组件在使用过程中，主要存在热斑、隐裂和功率衰减等质量问题，尤其是产生电势诱导衰减效应（Potential Induced Degradation, PID），引发电站在运行一段时间后发生明显的衰减现象。