太阳能电池的基本原理

-64- 科 苑 论 谈 太阳能电池工作原理与种类 赵宏娟 (中美合资哈尔滨—克罗拉太阳能电力公司,黑龙江 哈尔滨 150046) 电能是一种高品位能量,利用、传输和 分配都比较方便。将太阳能转换为电能是大规 模利用太阳能的重要技术基础,世界各国都十 分重视,其转换途径很多,有光电直接转换, 有光热电间接转换等。这里重点介绍光电直接 转换器件———太阳电池。 1太阳能原理与性质 1.1太阳能电池发电原理 太阳电池是一种对光有响应并能将光能 转换成电力的器件。 能产生光伏效应的材料 有许多种,如:单晶硅,多晶硅, 非晶硅, 砷化镓,硒铟铜等。它们的发电原理基本相 同,现已晶体硅为 例描述光发电过程。P型 晶体硅经过掺杂磷可得N型硅,形成P-N结。 当光线照射太阳电池 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面时,一部分光子被硅 材料吸收;光子的能量传递给了硅原子,使电 子发生了越迁,成为自由电子在 P-N结两侧 集聚形成了电位差,当外部接通电路时,在该 电压的作用下,将会有电流流过外部电路产生 一定的输出功率。这个过程的的实质是:光子 能量转换成电能的过程。 1.2晶体硅太阳电池的制作过程 “硅”是我们这个星球上储藏最丰富的材 料之一。自从上个世纪科学家们发 现了晶体 硅的半导体特性后,它几乎改变了一切,甚至 人类的思维,20世纪末,我们的生活中处处 可见“硅”的身影和作用,晶体硅太阳电池是 近 15年来形成产业化最快的。生产过程大致 可分为五个步骤:a.提纯过程;b.拉棒过程; c.切片过程;d.制电池过程;e.封装过程。 1.3太阳电池的应用 上世纪60年代,科学家们就已经将太阳 电池应用于空间技术———通信卫星供电,上世 纪末,在人类不断自我反省的过程中,对于光 伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加 亲切,不仅在空间应用,在众多领域中也大显 身手。如:太阳能庭院灯,太阳能发电户用系 统,村寨供电的独立系统,光伏水泵 (饮水或 灌溉),通信电源,石油输油管道阴极保护, 光缆通信泵站电源,海水淡化系统,城镇中路 标、高速公路路标等。在世纪之交前后期间, 欧美等先进国家光伏发电并入城市用电系统及 边远地区自然村落供电系统纳入发展方向。太 阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋 势。 光伏电源系统的组成: 1.3.1直流负载系统 1.3.2交流负载系统 1.4太阳电池基本性质 1.4.1光电转换效率 η%:评估太阳电池 好坏的重要因素。目前:实验室 η≈24%,产 业化:η≈15%。 1.4.2单体电池电压 V:0.4V~0.6V由材 料物理特性决定。 1.4.3填充因子FF%:评估太阳电池负载 能力的重要因素。 几何意义用I-V曲线图来表示: 阴影部分为负载面积,填充因子的 数学 数学高考答题卡模板高考数学答题卡模板三年级数学混合运算测试卷数学作业设计案例新人教版八年级上数学教学计划 表达形式: FF=(Im*Vm)/(Isc*Voc) 其中:Isc———短路电流, Voc———开路 电压,Im———最佳工作电流, Vm———最佳工 作电压。 1.4.4 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 光强与环境温度 地面:AM1.5 光谱,1000W/m2,t=25℃。 1.4.5温度对电池性质的影响。例如:在 标准状况下,AM1.5光强,t=25℃ 某电池板 输出功率测得为 100Wp,如果电池温度升高 至45℃时,则电池板输出功率就不到100Wp。 2太阳能电池种类 2.1单晶硅太阳电池 单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一 种太阳电池,它的构和生产工艺已定型,产品 已广泛用于空间和地面。这种太阳电池以高纯 的单晶硅棒为原料,纯度要求 99.999%。 将 单晶硅棒切成片,一般片厚约 0.3毫米。硅片 经过形、抛磨、清洗等工序,制成待加工的原 料硅片。加工太阳电池片,首先要在硅片上掺 杂和扩散,一般掺杂物为微量的硼、磷、锑 等。扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进 行。然后采用丝网印刷法,精配好的银浆印在 硅片上做成栅线,经过烧结,同时制成背电 极,并在有栅线的面涂覆减反射源,以防大量 的光子被光滑的硅片表面反射掉。因此,单晶 硅太阳电池的单体片就制成了。单体片经过抽 查检验,即可按所需要的规格组装成太阳电池 组件 (太阳电池板),用串联和并联的方法构 成一定的输出电压和电流。最后用框架和装材 料进行封装。用户根据系统设计,可将太阳电 池组件组成各种大小不同的太阳电池方阵,亦 称太阳电池阵列。目前单晶硅太阳电池的光电 转换效率为 15%左右,实验室成果也有 20% 以上的。 2.2多晶硅太阳电池 晶硅太阳电池的生产需要消耗大量的高 纯硅材料,而制造这些材料工艺复杂,电耗很 大,在太阳电池生产总成本中己超二分之一。 加之拉制的单晶硅棒呈圆柱状,切片制作太阳 电池也是圆片,组成太阳能组件平面利用率 低。目前太阳电池使用的多晶硅材料,多半是 含有大量单晶颗粒的集合体,或用废次单晶硅 料和冶金级硅材料熔化浇铸而成。其工艺过程 是选择电阻率为 100～300欧姆·厘米的多晶块 料或单晶硅头尾料,经破碎,用 1:5的氢氟 酸和硝酸混台液进行适当的腐蚀,然后用去离 子水冲洗呈中性,并烘干。用石英坩埚装好多 晶硅料,加人适量硼硅,放人浇铸炉,在真空 状态中加热熔化。熔化后应保温约 20分钟, 然后注入石墨铸模中,待慢慢凝固冷却后,即 得多晶硅锭。这种硅锭可铸成立方体,以便切 片加工成方形太阳电池片,可提高材制利用率 和方便组装。 2.3非晶硅太阳电池 非晶硅太阳电池是 1976年有出现的新型 薄膜式太阳电池,它与单晶硅和多晶硅太阳电 池的制作方法完全不同,硅材料消耗很少,电 耗更低,非常吸引人。 制造非晶硅太阳电池的方法有多种,最 常见的是辉光放电法,还有反应溅射法、化学 气相沉积法、电子束蒸发法和热分解硅烷法 等。辉光放电法是将一石英容器抽成真空,充 入氢气或氩气稀释的硅烷,用射频电源加热, 使硅烷电离,形成等离子体。非晶硅膜就沉积 在被加热的衬底上。若硅烷中掺人适量的氢化 磷或氢化硼,即可得到 N型或 P型的非晶硅 膜。衬底材料一般用玻璃或不锈钢板。这种制 备非晶硅薄膜的工艺,主要取决于严格控制气 压、流速和射频功率,对衬底的温度也很重 要。 非晶硅太阳电池的结构有各种不同,其 中有一种较好的结构叫PiN电池,它是在衬底 上先沉积一层掺磷的 N型非晶硅,再沉积一 层未掺杂的i层,然后再沉积一层掺硼的P型 非晶硅,最后用电子束蒸发一层减反射膜,并 蒸镀银电极。此种制作工艺,可以采用一连串 沉积室,在生产中构成连续程序,以实现大批 量生产。同时,非晶硅太阳电池很薄,可以制 成叠层式,或采用集成电路的方法制造,在一 个平面上,用适当的掩模工艺,一次制作多个 串联电池,以获得较高的电 摘 要:电能是一种高品位能量,利用、传输和分配都比较方便。将太阳能转换为电能是大规模利用太阳能的重要技术基础,世界各国都十分 重视,其转换途径很多,有光电直接转换,有光热电间接转换等。这里重点介绍光电直接转换器件———太阳电池。 关键词:太阳能电池;工作原理;种类 (下转197页) -197- 压。因为普通晶体硅太阳 电池单个只有0.5伏左右的电压,现在日本生 产的非晶硅串联太阳电池可达2.4伏。目前非 晶硅太阳电池存在的问题是光电转换效率偏 低,国际先进水平为10%左右,且不够稳定, 常有转换效率衰降的现象,所以尚未大量用 于作大型太阳能电源,而多半用于弱光电源, 如袖珍式电子计算器、电子钟表及复印机等 方面。估计效率衰降问题克服后,非晶硅太 阳电池将促进太阳能利用的大发展,因为它 成本低,重量轻,应用更为方便,它可以与 房屋的屋面结合构成住户的独立电源。 参考文献 [1]胡汛1非晶硅太阳电池背电极制作技术的改 进[J].新能源,1993,15 [2] HAQUE, NASEEM HA, BROWNW D.Aluminium induceddegradationandfailure mechanismsofa-Si:Hsolarcell[J] .Solar EnergyMaterialsandSolarCells,1996,41/ 42:543-555. 责任编辑:杨帆 (上接64页) 浅谈教师对幼儿角色游戏的指导 柳惠英 (辽宁省辽阳县职业中专,辽宁 辽阳 111200) 《幼儿园教育指导纲要》中指出:幼儿园教 育应尊重幼儿的人格和权利,尊重幼儿身心发展 的规律和学习特点,以游戏为基本活动,保教并 重,关注个别差异,促进每个幼儿富有个性的发 展。我国著名幼儿教育家陈鹤琴说过:游戏从教 育方面说是儿童的优良教师,他从游戏中认识环 境,了解物性,他从游戏中强健身体,活泼动作, 他从游戏中锻炼思想,学习做人。游戏实是儿童 的良师。 可以说,游戏是儿童早期特色的一种学习方 式,在游戏过程中幼儿的言语、情感、想象等心理 活动都频繁发生,身心也由此得到发展。因此,游 戏在幼儿发展中具有十分重要、不可替代的作用。 游戏作为幼儿一种特殊的活动 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 是丰富 多彩的,形式也是多种多样的,而角色游戏是幼 儿最典型的、最有特色的游戏。角色游戏是幼儿 按照自己的意愿扮演角色,通过模仿和想象,独 立自主地、创造性地反映现实生活的活动。如玩 过家家,开商店,当老师等。角色游戏给幼儿带来 极大的快乐个满足,它不仅多幼儿主动性和创造 性的培养有积极的意义,还有助于巩固和加深经 验,练习手脑共同活动,发展语言和认识能力,提 高社会合作性有积极作用。所以说角色游戏是最 适合幼儿身心发展的游戏之一。因此,教师必须 加强对角色游戏的指导,充分发挥角色游戏的教 育作用。 教师对角色游戏的指导主要体现在帮助幼 儿按自己的愿望和想象开展游戏,充分发挥他们 的积极性、主动性、和创造性,使幼儿有兴致、毫 不勉强地、努力地在游戏过程中学习,而不是将 教师自己的意图或设计强加于幼儿教师对该类 游戏的指导应体现在以下几个方面: 1丰富幼儿生活经验 教会幼儿分配和扮 演角色 游戏是幼儿对现实生活的反映。幼儿的生 活经验丰富,则游戏内容充实新颖,否则游戏将 会变得枯燥无味,也不能持久。幼儿的生活经验 大多来自家庭和幼儿园的生活和学习,教师要在 日常生活学习中拓展幼儿的视野,丰富幼儿对周 围生活的知识和经验,这就需要,幼儿园每日的 游戏活动都应有新的内容,使幼儿感到新奇有 趣。同时还有帮助家长组织好幼儿的家庭生活, 使幼儿在家庭中也要获得广泛的知识经验,这一 切必然会反映到幼儿游戏中去,教师在对幼儿进 行角色游戏前,先应让幼儿熟悉所要扮演的角 色,教师应当多引导和组织幼儿走入社会环境 中,去考察去了解,也可以通过观看光碟等现代 化手段,边看边进行指导。幼儿观察得越认真越 仔细,内心的体会就越丰富,在游戏中扮演的角 色也就越形象逼真。 幼儿玩游戏最关心的是自己扮演什么角 色,模仿什么角色活动最为满足。在进行角色分 配时,可由教师建议或有幼儿自己报名推选,轮 换担当角色;启发幼儿明确自己角度的身份,理 解角色,富有创造性地扮演角色。比如在玩医院 的游戏时,可以让父母在医院工作的孩子扮演医 生,因为这个孩子比较熟悉医生工作,在游戏中 可以把扮演的角色做得很好,而其他扮演“护士” 和“病人”的角色,经过教师的启发懂得一些“技 术”,更学会做人的道理,从而丰富角色行为的内 容,达到了“寓教于乐”的目的。 2创造良好的游戏条件 建立必要的游戏 规则 教师必须给幼儿充足的游戏时间,除了每 天 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 的教学活动时间,其余时间都可以组织幼 儿玩各种游戏,一般而言,角色游戏需要的时间 长一些,可集中安排。游戏地点是幼儿做好游戏 必备的空间条件。只要充分地利用环境,改造环 境,利用现有的设施条件,才能为幼儿提供安全、 卫生、美观、整洁有序、富有童趣的游戏环境。玩 具和游戏材料是游戏的必备的物质,幼儿往往是 在玩具物品或材料的启发下产生联想,引起游戏 的愿望,比如,一个公交车玩具,男孩子看见了自 然争先恐后地想当“司机”,并鼓动其他小朋友上 车当“乘客”。一个洋娃娃,女孩子也会想着当“妈 妈”,照料小宝宝。丰富的玩具材料在一定程度上 影响着游戏的内容,教师为幼儿提供玩具材料 时,还要注意不同年龄特色的孩子的生理特点, 从安全角度出发,使每个玩具都发挥其作用,拓 展孩子的想象力。 教师除了给幼儿提供必要的场地、时间和 玩具外,还要在玩游戏之前讲讲必要的游戏规 则,这些规则不是束缚幼儿而定,而是在保证卫 生与安全的前提下,让幼儿更自由,更充分地参 加游戏,从而达到在游戏中进行素质教育的目 的,使孩子从小养成讲文明礼貌,遵守规则的良 好品质。 3鼓励幼儿按照自己的意愿提出主题游戏 根据幼儿不同的特点进行个别指导 幼儿按自己的意愿提出游戏的主题,反映 了幼儿活动的有意性,教师可以利用玩具以及富 有情感的语言,启发幼儿有玩游戏的愿望,帮助 他们确定主题,并去实现它。比如教师看到几个 孩子在做饭菜,便可启发说“你做饭给谁吃呀?” “你都会做什么菜呀?”等等。提问的目的是帮助 幼儿思考这一模仿动作包含在什么主题游戏中, 幼儿的回答可能是“给爸爸妈妈做饭”“给小宝贝 做饭”“给幼儿园老师,阿姨做饭等,教师利用孩 子的回答使主题游戏在教师的语言启发下产生 了。 教师除了要鼓励幼儿按自己的意愿提出主 题进行外,还要观察幼儿在体力知识性格等方面 的不同特点给予个别指导和教育训练。角色游戏 是按幼儿自己的意愿进行活动,在游戏中可以自 然地表现自己,因而也是进行个别教育的极好机 会,不同的年龄阶段幼儿游戏发展的层次水平不 同,如,小班孩子角色游戏以模仿为主,大点的孩 子的角色游戏则以创造为主。教师应针对不同的 年龄段选择不同的侧重点进行指导,以达到开展 角色游戏的目的。 4教师可直接参与游戏 进行现场指导 促进游戏情节的发展是教师指导游戏的任 务之一。教师可直接参加幼儿的游戏,扮演其中 角色,以游戏者的身份进行指导,当游戏内容贫 乏时,教师可以画龙点睛地启发诱导,使幼儿创 造出丰富多彩地活动,当角色之间有冲突时,教 师要及时调节,使游戏有条不紊进行。 教师的现场指导除了直接扮演角色创造游 戏情节外,还可以指导幼儿愉快地结束游戏,并 保持幼儿再游戏的愿望。一个好角色游戏,一般 要有良好的开端,有趣的过程,愉快的结束和再 做游戏的愿望。结束游戏方式很多,可视游戏的 内容与情节的发展而灵活地掌握。 游戏结束 后,教师可以和幼儿共同对游戏进行讲评表扬好 的 游戏和表现好的幼儿。 鲁迅先生曾说过:游戏是最主要的活动方 式,最能促进幼儿心理发展的活动。要真正实现 角色游戏的教育功能,教师的指导是必要的,且 是重要的,它能确保角色游戏教育作用的体现, 促进幼儿多方面充分发展。适时有效的指导,可 以发挥幼儿的主观能动性,又寓教育意义于其 中,发教师的主观能动性。这既是教师的一种能 力,也是一种技巧,更是一种艺术,是教师智慧和 经验的结晶。 作者简介:柳惠英(1970~),女,辽宁辽阳县 人,辽宁省辽阳县职业中专中级教师。 责任编辑:杨帆 摘 要:游戏是儿童早期特有的一种学习方式,它作为幼儿一种特殊的活动,内容是丰富多彩的,而角色游戏是幼儿最典型、最有特色的游戏。 要真正实现角色游戏的教育功能,教师的指导是必要的。 关键词:幼儿教师;角色游戏;指导 文 化 教 育