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太阳能电池
来源:深圳市赛亿科技开发有限公司作者:日期:2017-11-21 15:06:28点击:200次

 

太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”,是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它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,缩写为PV),简称光伏。
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。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流,而以光化学效应工作的实施太阳能电池则还处于萌芽阶段。
 
 
中文名 外文名 原    理 材料种类
太阳能电池 Solar Cell 光伏效应 硅, 化合物半导体, 有机材料等
 
 
目录
 
1、太阳能电池简介
2、太阳能电池原理
3、太阳能电池分类
4、太阳能电池历史
5、太阳能电池发展
6、太阳能电池发电成本
7、太阳能电池制造材料
8、太阳能电池工艺形式
9、太阳能电池应用


 
太阳能电池简介:
太阳能电池发电是根据爱因斯坦光电效应而运用于日常生活。黑体(太阳)辐射出不同波长(频率)的电磁波, 如红、紫外线可见光等等。当这些射线照射在不同导体半导体上,光子与导体或半导体中的自由电子作用产生电流。射线的波长越短,频率越高,所具有的能量就越高
,例如紫外线所具有的能量要远远高于红外线。但是并非所有波长的射线的能量都能转化为电能,值得注意的是光电效应于射线的强度大小无关,只有频率达到或超越可产生光电效应的阈值时,电流才能产生。能够使半导体产生光电效应的光的最大波长同该半导体的禁带宽度相关,譬如晶体硅的禁带宽度在室温下约为1.155eV,因此必须波长小于1100nm的光线才可以使晶体硅产生光电效应。
 
太阳能电池原理:
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(以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流,而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段),其原理是:当太阳光照在半导体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p区流向n区,电子由n区流向p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。
 
太阳能电池分类:
根据材料不同:
3.1硅太阳能电池;
3.2多元化合物薄膜太阳能电池;
3.3有机物太阳能电池;
3.4纳米晶太阳能电池。
 
太阳能电池历史:
太阳能发展的历史来说,光照射到材料上所引起的“光起电力”行为,早在19世纪的时候就已经发现了。 
1849年术语“光-伏”才出现在英语中。  
1839年,光生伏特效应第一次由法国物理学家A.E.Becquerel发现。  
1883年第一块太阳能电池由Charles Fritts制备成功。Charles用锗半导体上覆上一层极薄的金层形成半导体金属结,器件只有1%的效率。  
1946年Russell Ohl申请了现代太阳能电池的制造专利。
到了1950年代,随着半导体物理性质的逐渐了解,以及加工技术的进步,1954年当美国的贝尔实验室在用半导体做实验发现在硅中掺入一定量的杂质后对光更加敏感这一现象后,第一个太阳能电池在1954年诞生在贝尔实验室。太阳能电池技术的时代终于到来。  
1960年代开始,美国发射的人造卫星就已经利用太阳能电池做为能量的来源。  
1970年代能源危机时,让世界各国察觉到能源开发的重要性。1973年发生了石油危机,人们开始把太阳能电池的应用转移到一般的民生用途上。
在美国、日本和以色列等国家,已经大量使用太阳能装置,更朝商业化的目标前进。在这些国家中,美国于1983年在加州建立世界上最大的太阳能电厂,它的发电量可以高达16百万瓦特。南非、博茨瓦纳、纳米比亚和非洲南部的其他国家也设立专案,鼓励偏远的乡村地区安装低成本的太阳能电池发电系统。 
推行太阳能发电最积极的国家首推日本。1994年日本实施补助奖励办法,推广每户3,000瓦特的“市电并联型太阳光电能系统”。在第一年,政府补助49%的经费,以后的补助再逐年递减。到了1996年,日本有2,600户装置太阳能发电系统,装设总容量已经有8百万瓦特。一年后,已经有9,400户装置,装设的总容量也达到了32百万瓦特。由于环保意识的高涨和政府补助金的制度,日本住家用太阳能电池的需求量,也急速增加。 
在中国,太阳能发电产业亦得到政府的大力鼓励和资助。2009年3月,财政部宣布拟对太阳能光电建筑等大型太阳能工程进行补贴。[3]
2010年9月9日《大众科学》报道,科学家利用水母身上提取的绿色荧光蛋白(GFP),该小组制作的装置可用这些“黏黏绿”将紫外光转化为自由电子。该科研小组制造的电池由在二氧化硅基底上被一个小缝隔开的两个简单的铝电极组成,GFP置于两电极中间并起连接作用。当把紫外光放进来的时候,GFP不断将光子抓走,并产生电子进入电路产生电流。同时,GFP非常廉价,不需要昂贵的添加剂或昂贵的加工,此外,它还能被封装成独立的不需要外光源的燃料电池。科学家相信,此能源装置缩小后可用来驱动微小的纳米设备。
 
太阳能电池发展:
太阳能电池的发展趋势:改善太阳能电池的性能,降低制造成本以及减少大规模生产对环境造成的影响是未来太阳能电池发展的主要方向. 作为太阳能电池材料,其中: (1) 由于多晶硅和非晶硅薄膜电池具有较高的转换效率和相对较低的成本,将最终取代单晶硅电池,成为市场的主导产品; (2) Ⅲ- Ⅴ族化合物及CIS 等属于稀有元素,尽管转换效率很高,但从材料来源看,这类太阳能电池不可能占据主导地位; (3) 有机太阳能电池对光的吸收效率低,从而导致转换效率低; (4) 染料敏化纳米TiO2 薄膜太阳能电池的研究已取得喜人成就,但还存在如敏化剂的制备成本较高等问题. 另外目前多沿用液态电解质,但液态电解质存在易泄漏、电极易腐蚀、电池寿命短等缺陷,使得制备全固态太阳能电池成为一个必然方向. 目前,大部分全固态太阳能电池光电转换率都不很理想. 纳米晶太阳能电池以其高效、低价、无污染的巨大优势挑战未来,我们相信,随着科技发展以及研究推进,这种太阳能电池应用前景广阔无限。
数据显示2012年,我国太阳能电池继续保持产量和性价比优势,国际竞争力愈益增强。产量持续增大,预计2012年,我国太阳能电池产能将超过40GW,产量将超过24GW,仍将占据全球半壁江山
随着太阳能电池行业的不断发展,内业竞争也在不断加剧,大型太阳能电池企业间并购整合与资本运作日趋频繁,国内优秀的太阳能电池生产企业愈来愈重视对行业市场的研究,特别是对产业发展环境和产品购买者的深入研究。正因为如此,一大批国内优秀的太阳能电池品牌迅速崛起,逐渐成为太阳能电池行业中的翘楚。
 
太阳能电池发电成本:
光伏发电成本随着产业的发展不断降低,其中光伏组件成本30年来几乎降低了2个数量级。随着技术进步,产业规模不断扩大,光伏发电的成本将继续不断降低。     
据有关资料统计显示,在1991年国外光伏发电价格为40-75美分/kwh,1995年为25-50美分/kwh,2000年为12-20美分/kwh,而光伏系统成本则分别为10-20美元/Wp、7-15美元/Wp、3-7美元/Wp。
据了解,我国太阳能电池组件目前的价格大约为3.95美元/瓦,并网系统价格为6-7美元/瓦,发电成本为0.25美元/瓦。最近完成的8兆瓦并网光伏系统的前期研究表明,目前太阳光转化成电能的转化率不到15%,光伏发电上网电价4—5元/千瓦时,是目前火电成本的10倍左右。如此高的价格,无论是由用户分摊还是由国家补贴,大规模推广使用太阳能的阻力很大。暂时还无法同火电、风电等竞争。     
然而世界上近期的大规模市场发展和快速的技术进步正在使光伏系统设备和发电成本有效降低,预计到2010年光伏系统将降到3美元/瓦左右,发电成本将下降到每度0.1美元,也就是人民币1元钱左右。     
预计到2020年太阳能发电成本将进一步下降,为2010年的一半,到2030年预计为2020年水平的一半。
 
太阳能电池制造材料:
太阳电池的材料种类非常的多,可以有非晶硅、多晶硅、CdTe、CuInxGa(1-x)Se2等半导体的、或三五族、二六族的元素链结的材料,简单地说,凡光照后,而产生电能的,就是太阳电池寻找的材料。  
太阳能光伏电池通常用晶体硅或薄膜材料制造,前者由切割、铸锭或者锻造的方法获得,后者是一层薄膜附着在低价的衬背上。市场生产和使用的太阳能光伏电池大多数是用晶体硅材料制作的,2006年占93%左右;未来发展的重点是薄膜太阳电池,它因用材少、重量小、外表光滑、安装方便而更具发展潜力。
 
太阳能电池工艺形式:
太阳电池型式上也分有,基板式或是薄膜式,基板在制程上可分拉单晶式的、或相溶后冷却结成多晶的块材,薄膜式是可和建筑物有较佳结合,如有曲度或可挠式、折叠型,材料上较常用非晶硅。另外还有一种有机或纳米材料研发,仍属于前瞻研发。因此,也就是不同世代的太阳电池:第一代基板硅晶(Silicon Based)、第二代为薄膜(Thin Film)、第三代新观念研发(New Concept)、第四代复合薄膜材料。
 
太阳能电池应用:
9.1用户太阳能电源:
(1)小型电源10-100W不等,用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电,如照明、电视收录机等;
(2)3-5KW家庭屋顶并网发电系统;
(3)光伏水泵:解决无电地区的深水井饮用、灌溉。 
9.2交通领域:如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、宇翔路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。 
9.3通讯/通信领域:太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通讯/寻呼电源系统;农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPS供电等。 
9.4石油、海洋、气象领域:石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等。 
9.5家庭灯具电源:如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。 
9.6光伏电站:10KW-50MW独立光伏电站、风光(柴)互补电站、各种大型停车厂充电站等。 
9.7太阳能建筑:将太阳能发电与建筑材料相结合,使得未来的大型建筑实现电力自给,是未来一大发展方向。 
9.8其他领域包括:
(1)与汽车配套:太阳能汽车/电动车、电池充电设备、汽车空调、换气扇、冷饮箱等;
(2)太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统;
(3)海水淡化设备供电;
(4)卫星、航天器、空间太阳能电站等。