太阳能电池技术应用与发展

太阳能电池技术应用与发展 大纲 专科护士培训大纲语法等级大纲网络小说大纲模版专职安全员生产检查释经讲道讲章大纲 :本文介绍了太阳能电池的原理、特色、种类及其发显现状，并估计了将来太阳能电池的发展及应用趋向。要点词:太阳能电池光伏效应薄膜电池TheApplicationandDevelopmentofSolarCellsAbstract:Inthispaper,theprinciple,characteristics,sortsandpresentresearchofsolarcellsarereviewed.Someimportantexpectationsforsolarcellsdevelopmentanditsfutureapplicationtrendsaregiven.Keywords:solarcells;photovoltaiceffect;thinfilmcells一、前言太阳能电池，是一种能有效地汲取太阳辐射能，并使之转变为电能的半导体器件，因为他们利用各种势垒的光生伏殊效应，所以也称为光伏电池，其核心是可开释电子的半导体。最常用的半导体资料是硅。地壳硅储量丰富，可以说是取之不尽、用之不停。当太阳光照耀到半导体表面，半导体内部N区和P区中原子的价电子遇到太阳光子的激发，经过光辐射获取到超出禁带宽度Eg的能量，离开共价健的约束从价带激发到导带，由此在半导体资料内部产生出好多处于非均衡状态的电子空穴对。这些被光激发的电子和空穴，或自由碰撞，或在半导体中复合恢复到均衡状态。此中复合过程对外不表现导电作用，属于太阳能电池能量自动消耗部分。光激发载流子中的少量载流子能运动到P—N结区，经过P—N结对少量载流子的牵引作用而漂移到对方地区，对外形成与P—N结势垒电场方向相反的光生电场。一旦接通外电路，即可有电能输出。当把众多这样小的太阳能光伏电池单元经过串并联的方式组合在一起，构成光伏电池组件，便会在太阳能的作用下输出功率足够大的电能。叮叮小文库制造太阳能电池的半导体资料有适合禁带宽度特别重要。不一样禁带宽度的半导体，只好汲取一部分波长的太阳光辐射能以产生电子空穴对，禁带宽度越小，所汲取的太阳光谱的可利用部分就越大，而同时在太阳光谱峰值周边被浪费的能量也就越大。可见，只有选择拥有适合禁带宽度的半导体资料，才能更有效地利用太阳光谱。因为直接迁徙型半导体的光汲取效率比间接迁徙型高，故最好是直接迁徙型半导体[1～3]。二、太阳能电池技术优势（1）燃料免费；（2）没有磨损、破坏或需代替的活动部件；（3）保持系统运行仅需极少的保护；（4）系统为组件，可以在任何地方迅速地安装；（5）无噪声、无有害排放和污染气体。三、太阳能电池发展的意义1)保护天气；2)改进环境；3)节约空间；4)增加就业；5)为农村供应电力；6)大力推动普及电力服务，为无电人口供应电力；7)中国是最大的发展中国家，发展经济需要太阳能电池保障能源供应。四、太阳能电池的发展历程第一代：晶硅电池；第二代：薄膜电池；第三代；聚光太阳能系统（CPV)。-2叮叮小文库五、各种太阳能电池简介1、晶硅电池晶体硅太阳电池分为单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池，此中单晶硅太阳能电池变换效率最高，技术也最为成熟。自1954年贝尔 实验室 17025实验室iso17025实验室认可实验室检查项目微生物实验室标识重点实验室计划 发布了具备6％光电效率的电池后，跟着集成电路的发展，借助于电子级单晶硅资料制备 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 技术的成熟，单晶硅太阳电池发展很快，向来是市场的主角。在电池制作中，一般都要采纳表面织构化、发射区钝化、分区混淆等技术，当前开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池，提高变换效率主要靠单晶硅表面微构造办理和分区混淆工艺。当前单晶硅太阳能电池的光电变换效率为19%左右，最高的达到24％，这是当前所有种类的太阳能电池中光电变换效率最高的技术也最为成熟但制作成本很大，以致于它还不可以被大批广泛和广泛地使用。因为单晶硅一般采纳钢化玻璃以及防水树脂进行封装，所以其坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。单晶硅太阳能电池的构造和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。这类太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料。多晶硅光伏电池比单晶硅光伏电池的资料成本低，是世界各国竞相开发的要点，它的研究热门包含：开发太阳级多晶硅生产技术、开发迅速混淆和表面办理技术、提高硅片质量、研究连续和迅速的布线工艺、多晶硅电池表面织构化技术和薄片化、高效化电池工艺技术等，以进一步降低成本。多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电变换效率则要降低许多，其光电变换效率约17％左右。从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要廉价一些，资料制造简略，节约电耗，总的生产成本较低，所以获取大批发展。其余，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。多晶硅太阳能电池的生产需要耗费大批的高纯硅资料，而制造这些资料工艺复杂，电耗很大，在太阳能电池生产总成本中己超二分之一。2、薄膜电池当前，进入到规模家产化阶段的第二代电池按汲取层资料可分为以下几大类：非晶、微晶硅(锗)、碲化镉(CdTe)以及铜铟镓硒(CIGS)。此中，铜铟镓硒电-3叮叮小文库池的效率最高，达到20%，但其规模化的生产工艺还在逐渐成熟，并且铟元素的地壳储量很低，长远资料供应可能会有问题。碲化镉电池当前的最高效率是16.7%，对比较而言，碲化镉电池在效率、生产工艺的成本与稳固性、原资料供应等各方面综合性能较均衡，所以其产销量在近来几年增加很快，也是第一个做到生产成本低于1美元/Wp的太阳电池技术。2.1碲化镉(CdTe)薄膜太阳电池碲化镉是II-VI族化合物半导体资料，属于直接禁带种类，禁带宽度约为1.5eV。这一宽度与地面标准太阳能谱(AM1.5)的峰值地址相切合。理论计算也表明，单结太阳电池要想获取最正确的能量变换效率，其汲取层的禁带宽度应凑近1.5eV[4]。因为碲化镉是直接禁带半导体，其光学汲取系数在1.5eV以上很快达104～105cm-1数目级。这些综合特征使得碲化镉成为薄膜太阳电池汲取层的理想候选资料。在碲化镉光伏器件中，碲化镉层一般显示p型导电性，与显示n型导电性的硫化镉(CdS)构成p-n结。这两种资料都无需在堆积过程中外加混淆，其导电性主要由内缺点和后期氯化镉(CdCl2)办理过程引入的杂质产生。碲化镉固然有多种晶格构造，但在薄膜光伏器件中一般是闪锌矿(zinc-blende)型立方晶格构造，晶格常数约为0.648nm。所以碲化镉的能带构造与典型的闪锌矿型半导体(如砷化镓)有好多相通之处，如直接禁带都位于布里渊区里的k?=0点。理论计算得出的碲化镉能带构造可拜见文件。硫化镉也拥有多种晶格构造，但在薄膜光伏器件中一般是六方构造。资料光学性质包含折射率n和消光系数k，也可以用复介电常数e=e1+ie2等效表征：e1=n2-k2(1)e2=2nk(2)图1给出了宽光谱范围内(0.75～6.5eV)几种典型碲化镉和硫化镉资料的复介电常数曲线，溅射生长条件参照文件。需要注意的是：碲化镉薄膜电池中的多晶半导体资料晶粒尺寸在纳米到微米量级。在这个范围内，资料光学性质受晶粒尺寸、内应力和空隙度等其余物理特征的影响而变化相当明显。这就是图1a和1b中两条曲线都对应同一化学物质却拥有不一样光学特征的原由。这和晶粒尺寸或原-4叮叮小文库子摆列有序距离的两个极端，即单晶(有序距离无量大)和非晶(有序距离为零)的状况截然相反。这两种极端资料没有晶粒的看法，光学性质较单调，不像多晶资料那样复介电常数曲线随生长条件不一样而变化明显。多晶薄膜的这一特征既给光学检测带来了难度，又为经过光学手段认识薄膜的物理性质带来了时机。固体资料的光学性质与其微观晶格和能带构造有着密不行分的关系。对某一给定资料，其复介电常数的实部e1和虚部e2不完整独立，它们经过-5叮叮小文库Kramers-Kronig关系(K-K关系)而联系在一起。从视觉上看，e2中的每一个峰都对应e1中幅度相当、位于光子能量稍低地址的一个峰。图1中的曲线都满足这一关系。e曲线中的峰在物理光学中称作“临界点”，它们对应于能带构造中价带顶与导带底局部平行(即斜率相同)的波矢k?点。在这些点周边，联合态密度会出现范霍夫奇点，电子跃迁所需的能量几乎相同，所以这一能量对应的光子会被强烈汲取，于是e曲线在这一光子能量上就会出现一个峰。在图1的光谱范围内，碲化镉有4个较强的临界点，而硫化镉有3个较强的临界点。此中，它们的E0都对应能带构造中的G点(k?=0)；碲化镉的E1和E1+?是一对由轨道－自旋互相作用分裂开来的临界点，对应的k?都位于<111>方向，在G和L点之间[7]；E2临界点较复杂。碲化镉薄膜的生长条件除了氩气压强在2.5～50mTorr范围内变化外，其余堆积条件都保持相同。从图中可以看到：(1)所有薄膜在堆积早期(体层1～2nm厚)都有相对较厚的表面粗糙层。这时堆积下来的碲化镉简单聚成“岛”状而不是平铺成层状，“岛”的高度随氩气压强增加而单调增加；(2)体层厚度2～10nm之间，上述分其余岛状堆积体扩大后互相接触，底部变为了连结的体层，所以表面粗糙层厚度降低；(3)体层厚度10nm以上，表面粗糙层的厚度再次增加，并且增加的速率随氩气压强而明显不一样。在2.5～14mTorr范围内，表面粗糙层厚度随氩气压强增加而单调增加(差异达10倍左右)，而在14～50mTorr范围内，表面粗糙层厚度随氩气压强增加而单调减少。风趣的是，用这套堆积系统制作高效碲化镉电池的最正确氩气压强正是在表面粗糙层厚度发生变化的交界压强14mTorr附(10～18mTorr)。这此中内在的联系当前还不太清楚。图4中体层厚度50nm左右曲线的不连续性，是因为试验中在这个厚度堆积曾暂停下来，以便精确丈量薄膜光学性质随温度的变化。在这个过程中一部分碲化镉升华。从这个不连续性也可以看出原位椭偏学的高矫捷度。除了对薄膜厚度的察看以外，原位椭偏学还可以充发散挥其对资料表面光学性质的高度敏感而追踪薄膜表面层的化学成分。比方，在碲化镉电池中，硫化镉层的厚度远小于碲化镉层，它们的界面正是p-n结的地址所在，其性质对整个器件的成败至关重要。原位及时椭偏学的察看表示，在图2对应的生长条件下，假如在硫化镉层上生长碲化镉(衬底向上型电池，拜见图2的上半部分），则硫原子会-6叮叮小文库扩散到碲化镉层，形成CdTe1-xSx。此中x在碲化镉层生长了10nm后依旧达到2%左右；假如生长序次相反，即在碲化镉层上生长硫化镉(衬底朝下型电池，拜见图的下半部分)，碲原子也会扩散到硫化镉层，但其原子比率在硫化镉层达到生长了8nm左右就凑近零。因而可知硫原子在碲化镉中的扩散性能要好于碲原子在硫化镉中的扩散性能。图2碲化镉(下)及硫化镉(上)的临界点宽度随均匀散射源距离的分布碲化镉薄膜太阳电池是第二代光伏器件中很有远景的一项技术。理论计算和实验经验都表示，把单结碲化镉电池的能量变换效率提高到20%左右是完整有-7叮叮小文库可能的[3,4]。自然，这需要对资料的物理、化学性质和薄膜的生长过程进行更加深入认真的研究。以椭偏学为代表的光学检测手段为这类研究供应了一种独到而有力的工具。2.2CIGS薄膜太阳电池CIGS是一种半导体资料，是在平时所称的铜铟硒(CIS)资猜中增加必定量的A族Ga元素代替相应的In元素而形成的四元化合物。鉴于增加Ga元素后能适当调宽资料的带隙，使电池的开路电压获取提高，所以，近来几年来CIGS反而比CIS更受关注。为此，本文中描述的CIGS和CIS将拥有相同意义。单晶硅、多晶硅以及非晶硅属于元素半导体资料，特别单晶硅，在电子、信息科学领域据有着不行撼动的地位，作为硅太阳电池，不过它诸多的重要应用之一。与硅系太阳电池在资料性质上有所不一样的是：CIGS属于化合物半导体范围。固体物理学的单晶硅金刚石型晶体构造和CIGS黄铜矿在化合物半导系统列太阳电池家族中，某些成员也有非凡表现，如砷化镓(GaAs)太阳电池，其最高的光电变换效率使其余种类的太阳电池难以望其项背。但是，其高昂的制备成本使其只好应用于高层次的不计工本的特别场合，如太空、军事领域。在各领风骚的太阳电池阵容中，CIGS太阳电池以其特征方面的闪光点锋芒毕露。CIGS薄膜太阳电池的性能特色：（1）多晶资料的制备难度、成本低于单晶资料-8叮叮小文库用来制备CIGS太阳电池的资料是多晶态。一般多晶资料的制备难度和成本都低于单晶资料，这一点对家产化和民用化拥有重要意义。理论和试验结果都证明，制备CIGS电池器件工艺中，对成分配比的失散相对有较大的宽容度，对资料纯度和制备温度的要求也低于老例晶态的半导体工艺。这为工业化制备的良品率和制备成本的优化供应了较大的空间。（2）相对较高的光利用特质用半导体专业语言来讲，CIGS是一种直接带隙资料，对可见光的汲取系数高达105(cm-1)，优于其余电池资料。比较图2中的各种薄膜电池资料汲取系数的曲线，可知CIGS资料的汲取系数最高。CIGS薄膜电池的汲取层仅需1～2mm厚，即可将阳光所有汲取利用。所以，CIGS最适合做薄膜太阳电池，其电池厚度薄且资料用量少，大大降低了对原资料的耗费，减少了In等稀有元素的资源压力。几种电池资料汲取系数曲线（3）光电变换效率居各种薄膜太阳电池之首-9叮叮小文库当前太阳电池家族中，尚存在几种不一样资料种类的薄膜电池。如硅基薄膜电池、碲化镉薄膜电池等。但值得提出的是，在所有种类的薄膜太阳电池中，CIGS薄膜太阳电池的光电变换效率在理论上和实质上都是最高的，迄今实验室最高效率已超出20%，仍没封顶。（4）电池发电稳固性好电池的稳固性是描述电池使用价值的另一个特别重要的指标，特别对电站来讲，是首要指标，同时也直接影响到电池的能量回收水平及使用寿命的长短。有试考据明，CIGS薄膜电池组件在户外条件下使用，历时三年之久，性能没有衰减，并不是每种太阳电池都能有这类优异的表现。CIGS薄膜电池效率户外使用稳固性试验统计（5）弱光发电性能好弱光发电性能不容忽视。太阳的光强有四时、早晚、阴晴的变化。所以，我们不但要重视太阳电池在强光下的峰值发电能力，更要关注一天或一年时段中的累计发电量，即追究太阳电池的弱光发电能力。正是在这一指标上，与不一样种类太阳电池对比，CIGS太阳电池有着突出的表现。在晨昏节气、阴天冬天，仍具有相当的发电能力。（6）抗辐照能力强CIGS资料的Cu迁徙和点缺点反应的动向共同作用以致受辐射伤害的电池拥有自愈合能力，这就保证了CIGS太阳电池在强辐射下的优异反应。仿佛摆擂-10叮叮小文库台相同，将几种太阳电池置于1MeV电子辐照下，结果显示，大多数电池输出功率明显衰落时，CIS(CIS在此可代表CIGS)电池却无任何衰减。在领取用作空间电源的通行证的竞争中，CIGS太阳电池顺利过关。各种太阳电池抗辐照比（7）外观美丽CIGS薄膜太阳电池组件因其黑亮沉穆的色彩备受赞美(因其极高的汲取系)。无论作为屋顶或幕墙，CIGS薄膜电池无疑是功能建筑一体化的最正确选择，作为发电功能与装饰成效的完满组合，CIGS独具风格。（8）带隙可依性能要求调理带隙可依性能要求调理，这为高性能的叠层电池确定了基础。CIGS资料晶型为黄铜矿构造。经过调理资料的成分及其配比，CIGS有多种构造。比方不掺GaCIS三元化合物资料做成的太阳电池，其资料的半导体禁带宽度是1.04eV；如用适当的Ga代替In，成为四元化合物(CIGS)，其禁带宽度可在1.04～1.67eV范围内连续调整。长处：可依据与太阳光谱般配的要求来调整最正确带隙(1.5eV)；允许资料成分配比有必定的偏差和漂移，而不丧失器件的光伏性能。特别在家产化工程中，可提高工艺条件的宽容度和良品率的保证。（9）可做柔性电池-11叮叮小文库CIGS资料的光汲取系数最高，汲取层可做得很薄。实质上CIGS薄膜电池各层叠加起的总厚度<4mm，拥有充分的柔嫩性。堆积在金属箔或高分子塑料薄膜上，就成为可折叠、曲折的柔性电池。柔性电池用途更加广泛与方便，可用于帐篷、屋顶、探测气球及各种异型表面，特别适合便携和随机使用。在相同的发电能力下，CIGS薄膜电池重量最轻。CIGS薄膜太阳电池拥有上述优势，足可以骄人的姿态跻身于太阳电池的强手之林。自其现身来，就遇到各国科研机构的重视，甚至是工业界。如受日本专司汽车制造的丰田公司的喜爱。固然CIGS薄膜太阳电池家产化较晚，大面积能力尚在开发。2.3硅基薄膜太阳电池硅基薄膜太阳电池是除CdTe和CIGS以外，家产化发展得最早、产量占薄膜电池份额最高的薄膜电池门类。图1为世界电池产量逐年增加的状况。从以下图可知，薄膜电池在各种电池中的份额固然不高，但增加速率明显，此中硅基薄膜电池在薄膜电池中的份额最高，到2010年硅基薄膜电池已超出1GW，达到1159MW。究其原由，除拥有薄膜电池共有的特色外，更加重要的是硅资料资源丰富，是地壳表层内固态元素中丰度最高的元素，作为将来能源所需原资料的本源将不受限制；其次，硅基薄膜并不是崭新的资料，在现有对晶体硅电池认识的基础上，因为属同类资料，有好多源于晶体硅电池较为成熟的看法、工艺可以借鉴，有益于硅-12叮叮小文库基薄膜电池技术的迅速提高；其余，更加重要的是硅的无毒性，使其电池成品无需任何防范即可直接使用，拥有安全性。3、聚光太阳能系统（CPV)第三代CPV发电方式正逐渐成为太阳能领域的焦点。光伏发电经历了第一代晶硅电池和第二代薄膜电池，当前家产化进度正逐渐转向高效的CPV系统发电。与前两代电池对比，CPV采纳多结的III-V族化合物电池，拥有大光谱汲取、高变换效率等长处；并且所需的电池面积不大，以相对廉价的聚光器件代替昂贵的半导体资料，在大规模应用于发电时可有效降低成本、降低生产能耗。CPV系统拥有变换率优势和耐高温性能。硅电池的理论变换效率大概为23%，单结的砷化镓电池理论变换效率可达27%，多结的III-V族电池对光谱进行了更全面的汲取，其理论变换率可超出50%。即使考虑到聚光和追踪所产生的偏差损失，当前的CPV系统变换效率可达25%，高于当前市售晶硅电池17%左右的变换效率。其余，GaAs系电池的高温衰减性能强于硅系电池，更适合应用于日照激烈的荒漠地区。CPV将长远与晶硅、薄膜电池共存。CPV因为系统的复杂性，较适用于大型的光伏发电电站，可采纳一致的追日控制方式和冷却系统。而晶硅和薄膜电池更适用于较小型的家用和商用发电系统，长远来看，CPV其实不会完整代替晶硅和薄膜电池的市场，正如薄膜电池不会完整代替晶硅电池。参照文件[1]薛俊明,麦耀华,赵颖,张德坤,韩建超,侯国付,朱锋,张晓丹,耿新华薄膜非晶硅/微晶硅叠层太阳电池的研究.李俊峰,王斯成,张敏吉等.中国光伏发展 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 ．2011.范永杰,於黄忠,林文健.太阳能电池的原理及构造研究进展.中国资料科技与设备，2008(2)：16-19.张晓丹熊绍珍赵颖减薄晶体硅太阳电池给薄膜太阳电池的启示.李卫民.聚合物太阳能电池激励及实验研究.华中科技大学博士学位论文.-13叮叮小文库庄大明,张弓.CIGS薄膜太阳能电池研究现状及发展远景.新资料家产,2005,(4):43－48.岳强.氢化微晶硅氧薄膜资料研究[D].天津:南开大学硕士论文,2010.成志秀，王晓丽.太阳能光伏电池综述.信息 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 资料，2007(2):41-47.WurfelP.Physicsofsolarcells:fromprincipletonewconcepts.ZachmannH,RahmA,OtteK,etal.TheImpactofIonEnergyandFluenceinIonBeamAssistedRoll-to-RollDepositionofCu(In,Ga)Se2AbsorberFilms[A].23ndEuropeanPhotovoltaicSolarEnergyconference[C],2008:2621－2624.BhattacharyaaRN,HiltnerbJF,BatcheloraW,etal.15.4%CuIn1-xGaxSe2-basedphotovoltaiccellsfromsolution-basedprecursorfilms[J].ThinSolidFilms,2000,(361-362):396－399.[13]SripraphaK,InthisangS,YamadaA,etal.Fabricationofhighopen-circuitvoltagea-SiO:Hsolarcells[A].TechnicalDigestoftheInternationalPVSEC-17[C],2007:1324－1325.[14]N.B.Chaure,J.Young,A.P.Samantilleke,etal.Electro-depositionofp-i-nCuInSe2Multi-layersForphotovoltaicApplications[J].SolarEnergyMaterialsandSolarCells.2004,81:125-133.DebSK.RecentDevelopmentinHighEfficiencyPVCells[J].RenewableEnergy,1998,15(1/4):467-472.-14