太阳能电池材料简介
94页1、太阳能电池材料太阳能电池材料 l 太阳能电池简介太阳能电池简介l 太阳能电池组件材料太阳能电池组件材料l 太阳能电池材料太阳能电池材料l 新制备技术探索新制备技术探索l 新技术探索新技术探索 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴-电子对,在p-n结电场的作用下,空穴由n区流向p区,电子由p区流向n区,接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。太阳能电池构形图1 太阳能电池简介太阳能电池简介1.1 太阳能电池太阳能电池(Solar Cell)工作原理工作原理 太阳能利用涉及的技术问题很多,但根据太阳能的特点,具有共性的技术主要有四项,即太阳能采集、太阳能转换、太阳能贮存和太阳能传输,将这些技术与其它相关技术结合在一起,便能进行太阳能的实际利用-光热利用、光电利用和光化学利用。1.2 太阳能电池简介太阳能电池简介1.31.3 太阳能的热应用太阳能的热应用 太阳能的热利用,是将太阳的辐射能转换为热能,实现这个目的的器件叫“集热器”。例如“太阳灶”;“太阳热水器”;“太阳能干燥器”等等。太阳能热利用是可再生能
2、源技术领域商业化程度最高、推广应用最普遍的技术之一。1998年世界太阳能热水器的总保有量约5400万平方米。按照人均使用太阳能热水器面积,塞浦路斯和以色列居世界一、二位,分别为1平方米人和0.7 平方米/人。日本有20的家庭使用太阳能热水器,以色列有80的家庭使用太阳能热水器。光伏效应光伏效应 太阳能的热利用主要是以下方面:1)太阳能空太阳能空调降温降温 太阳能制冷及在空调降温研究工作重点是寻找高效吸收和蒸发材料,优化系统热特性,建立数学模型和计算机程序,研究新型制冷循环等。2)太阳能太阳能热发电 太阳能热发电是利用集热器将太阳辐射能 转换成热能并通过热力循环过程进行发电,是太阳能热利用的重要方面。3)太阳房太阳房 太阳房是直接利用太阳辐射能的重要方面。通过建筑设计把高效隔热材料、透光材料、储能材料等有机地集成在一起,使房屋尽可能多地吸收并保存太阳能,达到房屋采暖目的。太阳房可以节约7590的能耗,并具有良好的环境效益和经济效益,成为各国太阳能利用技术的重要方面。被动式太阳房平均每平方米建筑面积每年可节约2040公斤标准煤,用于蔬菜和花卉种植的太阳能温室在中国北方地区较多采用。全国太阳
3、能温室面积总计约700万亩,发挥着较好的经济效益。我国在相关的透光隔热材料、带涂层的控光玻璃、节能窗等没有商业化,使太阳房的水平受到限制。4)热利用的其它方面)热利用的其它方面 太阳灶 我国目前大约有15万台太阳灶在使用中。太阳灶表面可以加涂一层光谱选择性材料,如二氧化硅之类的透明涂料,以改变阳光的吸收与发射,最普通的反光镜为镀银或镀铝玻璃镜,也有铝抛光镜面和涤纶薄膜镀铝材料等。提高太阳灶的效率。每个太阳灶每年可节约300千克标准煤。太阳能干燥 是热利用的一个方面。目前我国已经安装了有1000多套太阳能干燥系统,总面积约2万平方米。主要用于谷物、木材、蔬菜、中草药于燥等。太阳能的应用太阳能电池应用太阳能电池应用1.4 太阳能电池的分类太阳能电池的分类 1、硅系太阳能电池(单晶硅太阳能电池;多晶硅薄膜太阳能电池;非晶硅薄膜 太阳能电池)2、多元化合物薄膜太阳能电池(砷化镓 III-V化合物;硫化镉;铜铟硒)3、聚合物多层修饰电极型电池 4、纳米晶化学太阳能电池1.5 各类太阳能电池的制造方法及研究状况各类太阳能电池的制造方法及研究状况1.6 利用太阳能电池发电的优缺点利用太阳能电池发电的
4、优缺点优点:属于可再生能源,不必担心能源枯竭太阳能本身并不会给地球增加热负荷运行过程中低污染、平稳无噪音发电装置需要极少的维护,寿命可达20年所产生的电力既可供家庭单独使用也可并入电网用途广泛缺点:受地域及天气影响较大由于太阳能分散、密度低,发电装置会占去较大的面积光电转化效率低致使发电成本较传统方式偏高1.7 太阳能电池的展望太阳能电池的展望 1.III-V族化合物及铜铟硒等系由稀有元素所制备,但从材料来源看,这类太阳能电池将来不可能占据主导地位。2.从转换效率和材料的来源角度讲,多晶硅和非晶硅薄膜电池将最终取代单晶硅电池,成为市场的主导产品。3.今后研究的重点除继续开发新的电池材料外应集中在如何降低成本上来,近来国外曾采用某些技术制得硅条带作为多晶硅薄膜太阳能电池的基片,以达到降低成本的目的,效果还是比较理想的。1.81.8 太阳光太阳光-热转换及材料热转换及材料 材料科学与工程是技术创新的基础。太阳光-热转换材料与工程,如用于太阳集热器的选择性吸收涂层(表面),用于建筑幕墙玻璃和交通工具的选择性透、反射薄膜材料和电致变色薄膜材料与器件,用于集热器的具有太阳光谱高透射比的硼硅玻璃,
5、聚碳酸酯制成的蜂窝结构,以及贮能材料等,推动了太阳光热转换技术和应用的发展。太阳辐射的能量谱主要分布在波长0.3m至3m范围;人眼视觉灵敏谱的波长在0.41m至0.7m范围,对人眼敏感的波长,几乎是在太阳辐射最强的波长间隔内;一般物体温度的黑体辐射谱的波长在2m至100m范围,太阳光。热转换材料的光-热性能,即辐射特性如透射比、反射比、吸收比和发射比等反映在太阳光谱一物体热谱内。1.9 1.9 太阳能光电转换太阳能光电转换 太阳能的光电转换是指太阳的辐射能光子通过半导体物质转变为电能的过程,通常叫做“光生伏打效应”,太阳电池就是利用这种效应制成的。当太阳光照射到半导体上时,其中一部分被表面反射掉,其余部分被半导体吸收或透过。被吸收的光,当然有一些变成热,另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞,于是产生电子-空穴对。这样,光能就以产生电子-空穴对的形式转变为电能、如果半导体内存在P-n结,在n区与p区之间的薄层产生所谓光生伏打电动势。若分别在P型层和n型层焊上金属引线,接通负载,则外电路便有电流通过。如此形成的一个个电池元件,把它们串联、并联起来,就能产生一定的电压和电流输出功率。90
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