2.1.2　太阳能电池简介

太阳能电池是通过光电效应或光化学效应直接把光能转化成电能的装置，又称“太阳能芯片”或“光电池”。太阳能电池只要被满足一定照度条件的光照到，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流，在物理学上称为太阳能光伏（photovoltaic，PV），简称光伏。1883年，第一块太阳能电池诞生。1954年，出现了现代硅电池的先驱产品，这是第一个能以适当效率将光能转为电能的光伏器件，标志着太阳能电池研发工作取得重大进展。1958年，该硅型太阳能电池被用作宇宙飞船的电源。20世纪60年代初，服务于空间飞行器的太阳能电池的设计已经成熟。此后的十多年，太阳能电池主要应用于空间技术领域。20世纪70年代初，硅电池的发展经历了一个革新阶段，其能量转换效率得到了显著提升。自此，太阳能电池得到了更加广泛的应用，成为人们生活中重要的绿色能量来源。

根据制备材料的不同，太阳能电池可以分为硅太阳能电池、无机化合物太阳能电池、有机化合物太阳能电池等，具体分类如图2-1所示。

图2-1　太阳能电池分类

自太阳能电池诞生以来，提高太阳能电池的发电效率一直是太阳能产业的发展方向。经过几十年的发展，以及新材料和新技术的涌现，太阳能电池发电效率也在不断提升。晶体硅太阳能电池是发展最为成熟的太阳能电池，约占全球光伏发电市场的90％，占据了应用中的主导地位，其发电效率已经达到了27.6％。近年来，美国可再生能源实验室（National Renewable Energy Laboratory，NREL）每年都会发布太阳能电池效率图，根据2022年的数据，发电效率最高的是四结太阳能电池，其发电效率高达47.6％，但由于成本和技术成熟度等原因，目前应用甚少。砷化镓（GaAs）太阳能电池作为太阳能飞行器常用的光伏类型，其单结型发电效率可达30.8％，二结砷化镓太阳能电池可达32.9％。

太阳能电池具有无噪声、无排放等优点；太阳能具有储量丰富、可再生、分布广泛的特点，是飞行器实现长航时（甚至超长航时）的最佳能源之一。