范文一:太阳能电池发展现状
太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源(也是清洁能源,不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中;太阳能光电利用是近些年来发展最快,最具活力的研究领域, 是其中最受瞩目的项目之一。为此,人们研制和开发了太阳能电池。制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础,其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应,根据所用材料的不同,太阳能电池可分为硅系太阳能电池、化合物太阳能电池、有机太阳能电池、纳米晶化学太阳能电池等。其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的,在应用中居主导地位。 太阳能电池及其储能系统的研究现状:
1、 硅系太阳能电池
1.1 单晶硅太阳能电池
硅系列太阳能电池中,单晶硅太阳能电池转换效率最高,技术也最为成熟。提高转化效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位,但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响,致使单晶硅成本价格居高不下,要想大幅度降低其成本是非常困难的。
1(2 多晶硅薄膜太阳能电池
多晶硅薄膜电池由于所使用的硅远较单晶硅少,又无效率衰退问题,并且有可能在廉价衬底材料上制备,其成本远低于单晶硅电池,而效率高于非晶硅薄膜电池,因此,多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。
1.3 非晶硅薄膜太阳能电池
非晶硅作为太阳能材料尽管是一种很好的电池材料,于具有较高的转换效率和较低的成本及重量轻等特点,有着极大的潜力。但同时由于它的稳定性不高,直接影响了它的实际应用。稳定性问题及提高转换率问有待进一步解决。 2、 化合物太阳能电池
尽管多元化合物薄膜太阳能电池电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高,成本较单晶硅电池低,并且也易于大规模生产,但会对环境造成严重的污染,因此,并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代。
3 、有机太阳能电池
由于有机材料柔性好,制作容易,材料来源广泛,成本底等优势,从而对大规模利用太阳能,提供廉价电能具有重要意义。但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始,不论是使用寿命,还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电
4 纳米晶化学太阳能电池
在太阳能电池中硅系太阳能电池无疑是发展最成熟的,但由于成本居高不下,远不能满足大规模推广应用的要求。为此,人们一直不断在工艺、新材料、
电池薄膜化等方面进行探索中
在独立的光伏系统中,为了进行持续的能量供应必须使用储能装置。当前在太阳能光伏系统中主要使用的蓄电池是铅酸、镍镉、镍氢蓄电池。目前中国用于光伏发电站系统的蓄电池除有少量用于高寒户外系统采用镍镉电池,大多数是铅酸蓄电池,目前,国内的铅酸蓄电池,还不能完全达到户用光伏系统储能的更高要求。在小型的太阳能草坪灯和便携式太阳能供电系统使用镍镉或镍氢蓄电池情况比较多,锂电池由于成本以及对充放电控制要求较高的原因,目前在太阳能光伏系统中应用还很少。
范文二:太阳能电池发展现状
太阳电池及其研究现状、展望
太阳电池及其研究现状、展望
摘 要
随着现代工业的发展,全球能源危机和大气污染问题日益突出,太阳能作为理
想的可再生能源受到了许多国家的重视。由于不可再生能源的减少和环境污染的
双重压力,使得光伏产业迅猛发展;太阳电池的发展也日新月异。
关键词:多晶太阳电池;单晶硅太阳电池;薄膜太阳电池;GaAs太阳电池;
层叠太阳电池
太阳电池及其研究现状、展望
Solar cell and its current situation of research and
outlook
Abstract
With the development of modern industry, the global energy crisis and atmospheric pollution problem increasingly, solar energy as the ideal renewable energy by many national attention. Due to energy reduction and environmental pollution, make double pressures of photovoltaic industry rapid development; Solar cell development also changing. This paper mainly describes the present polycrystalline silicon solar battery, monocrystalline silicon solar battery, thin film solar cells and GaAs solar cell and fuel sensitive situation of chemical battery research and development trends, as well as to the future direction of the solar forecast that future development trends of the solar sun cascade battery. Keywords: Polycrystalline solar cells; monocrystalline silicon solar cells; thin film solar cells; GaAs solar cells; cascade solar cell
太阳电池及其研究现状、展望
目 录
摘
要 ....................................................................................................................................
....... I
Abstract ...........................................................................................................................
.............II
第1章 太阳电池简
介 ............................................................................................................... 1
1.1 晶体硅太阳电
池 ............................................................................................................. 1
1.1.1单晶硅太阳电
池 ...................................................................................................... 1
1.1.2多晶硅太阳电
池 ...................................................................................................... 1
1.2 薄膜太阳电
池 .................................................................................................................. 2
1.2.1非晶硅薄膜电
池 ...................................................................................................... 2
1.2.2多晶硅薄膜电
池 ...................................................................................................... 2
1.3 GaAs太阳电
池 ................................................................................................................. 3
1.3.1 GaAs 基单结太阳电
池 ......................................................................................... 3
1.3.2 GaAs 基多结太阳电
池 ......................................................................................... 3
1.4 染料敏化电
池 .................................................................................................................. 3
第2章 太阳电池研究及展
望 ................................................................................................. 5
2.1层叠太阳能电
池 .............................................................................................................. 5
2.2层叠太阳能电池系
列 ..................................................................................................... 5
2.2.1多元化合物层叠太阳能电
池 ............................................................................... 5
2.2.2非晶硅层叠太阳能电池 .............................................................................. 6
2.2.3染料敏化层叠太阳能电池 .......................................................................... 6
2.3总结及展望 ......................................................................................................... 6 结
论 ....................................................................................................................................
............. 8 参考文
献 ....................................................................................................................................
.... 9 致
谢 ....................................................................................................................................
...... 10
太阳电池及其研究现状、展望
第1章 太阳电池简介
1.1 晶体硅太阳电池
晶体硅太阳电池是PV(Photovoltaic)市场上的主导产品,优点是技术、工艺最成
熟,电池转换效率高,性能稳定,是过去20多年太阳电池研究、开发和生产主
体材料.缺点是生产成本高.在硅电池研究中人们探索各种各样的电池结构和技术
来改进电池性能,进一步提高效率.如发射极钝化、背面局部扩散、激光刻槽埋
栅和双层减反射膜等,高效电池在这些实验和理论基础上发展起来的。本节主要
介绍单晶硅太阳电池与多晶硅太阳电池。
1.1.1单晶硅太阳电池
单晶硅太阳电池制备和加工工艺:一般以高纯度单晶硅棒为原料,有些也用半
导体碎片或半导体单晶硅的头尾料,经过复拉制成太阳电池专用单晶硅棒。在电弧中用炭还原石英砂制成纯度约为99%冶金及半导体硅,然后将它在流化床反应器中进行化学反应,达到电子及半导体硅要求。
将硅棒切成厚度约 300um 硅片做为太阳电池原料片,通过在硅片上掺和扩散,硅片上形成了pn结,然后采用丝网印刷法,将银浆印在硅片上做成删线,经过烧结,同时制成背电极,并在有删线的面上涂减反射膜,这样,单晶硅电池片就制成了。经检验后的单体片按需要规格组装成太阳电池组件(太阳电池板),用串联和并联方法构成一定输出开路电压和短路电流[1]。
1.1.2多晶硅太阳电池
目前,太阳能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100,300Q ?cm的多晶块料或单晶硅头尾料,经破碎,再用1:5的氢氟酸和硝酸混合液进行适当的腐蚀,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。熔化后再保温约20min,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
太阳电池及其研究现状、展望
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。
多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多,其光电转换效率约12, 左右,稍低于单晶硅太阳能电池,但是材料制造简便,节约电耗,总的生产成本较低,因此得到快速的发展。
1.2 薄膜太阳电池
目前薄膜太阳能电池按材料可分为硅薄膜型、化合物半导体薄膜型和有机薄膜型。本节主要介绍了非晶硅薄膜电池与多晶硅薄膜电池。
1.2.1非晶硅薄膜电池
非晶硅有较高的光吸收系数。特别是在0.3,0.75μm 的可见光波段,它的吸收系数比单晶硅高出一个数量级,对太阳辐射的吸收效率要高40 倍左右,用很薄的非晶硅膜(约1μm厚)就能吸收90%有用的太阳能。与单晶硅与多晶硅材料相比,非晶态硅的原子在空间排列上失去了长程有序性,但其组成原子也不是完全杂乱无章地分布。由于受到化学键,特别是共价键的束缚,在几个原子的微小范围内,非晶态与晶体的硅具有非常相似的结构特征。由于非晶硅没有晶体所要求的周期性原子排列,可以不考虑制备中晶体与衬底间的晶格失配问题。因而非晶硅薄膜几乎可以淀积在任何衬底上,包括玻璃衬底,易于实现大面积化。
1.2.2多晶硅薄膜电池
多晶硅材料是许多单晶颗粒(颗粒直径为数微米至数毫米)的集合体,各单晶颗粒的大小、晶体取向彼此各不相同。尽管多晶硅存在晶粒间界,不利于太阳能电池转换效率的提高。但因制备多晶硅材料比制备单晶硅材料要便宜得多,研究人员正致力于减少晶粒间界的影响以期得到低成本多晶硅太阳能电池。
多晶Si薄膜电池是兼具单晶Si和多晶Si电池的高转换效率和长寿命以及非晶Si薄膜电池的材料制备工艺相对简化等优点的新一代电池。在不太遥远的将来,多晶Si薄膜电池技术可望使太阳电池组件的成本降低至1美元左右,从而使得光伏发电的成本能够与常规能源相竞争。因此,近些年来,多晶Si薄膜材料和
太阳电池及其研究现状、展望
相关的电池工艺方面的工作引起了人们极大的关注。
1.3 GaAs太阳电池
1.3.1 GaAs 基单结太阳电池
由于太阳光谱的能量分布较宽,而半导体材料的带隙Eg都是确定的,因此只能吸收其中能量比其禁带宽度值高的光子,太阳光中能量小的光子则透过电池被背面电极金属吸收转化成热能,而高能光子超出禁带宽度的多余能量,通过光生载流子的能量热释作用传递给电池材料本身使其发热。这些能量最终都没有变成有效电能,因此对于单结太阳能电池,即使是晶体材料制成的,理论最高转换效率也只有25,左右。单结GaAs电池只能吸收特定光谱的太阳光,实验室实现的转换效率最高25(8,,高于晶体硅的23, [2]。
1.3.2 GaAs 基多结太阳电池
采用不同禁带宽度的III—V族材料制备的多结叠层GaAs太阳能电池,通过禁带宽度由大到小组合,使得这些III—V族材料可以分别吸收和转换太阳光谱中不同波长的光,能大幅提高太阳能电池的转换效率,更多地将太阳能转变成电能。叠层太阳能电池可以外延生长技术制备,在具有一定结晶取向的衬底上延伸并按一定晶体学方向生长薄膜,每层薄膜都称为外延层。在衬底上逐层生长各级子电池,最终得到多结叠层结构电池。目前主要采用的有金属气相外延(MOCVD)和分子束外延(MBE)等外延生长技术[3]。
1.4 染料敏化电池
1991 年, 瑞士洛桑高等工业学院的Michael Gr? tzel教授领导的研究小组将纳晶多孔薄膜引入染料敏化太阳能电池(DSCs) 中,使得这种电池的光电转换效率有了大幅度的提高, 逐渐成为最有希望得到应用的新型太阳能电池之一。相比于硅基太阳电池, DSC电池以其低廉的成本、简单的工艺和相对较高的光电转换效率而引起了全世界的广泛关注, 并迅速掀起了研究热潮。
太阳电池及其研究现状、展望
染料敏化电池主要包括三个部分:附了染料的多孔光阳极、电解质和对电极。染料吸收光子后发生电子跃迁, 光生电子快速注入到半导体的导带并经过集流体进入外电路而流向对电极。失去电子的染料分子成为正离子, 被还原态的电解质还原再生。还原态的电解质本身被氧化, 扩散到对电极, 与外电路流入的电子复合, 这样就完成了一个循环。在DSC电池中,光能被直接转换成了电能, 而电池内部并没有发生净的化学变化。
太阳电池及其研究现状、展望
第2章 太阳电池研究及展望
太阳能电池发展经历了三个阶段。以硅片为基础的“第一代”太阳能电池其技术发展已经成熟,但单晶硅纯度要求在99.999,, 生产成本太高使得人们不惜牺牲电池转换率为代价开发薄膜太阳能电池。第二代太阳电池是基于薄膜材料的太阳电池。薄膜技术所需材料较晶体硅太阳电池少得多,且易于实现大面积电池的生产,可有效降低成本。薄膜电池主要有非晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电池、碲化镉以及铜铟硒薄膜电池, 其中以多晶硅为材料的太阳能电池最优。
2.1层叠太阳能电池
太阳能光电转换率的卡诺上限是95%[4], 远高于标准太阳能电池的理论上限33%, 表明太阳能电池的性能还有很大发展空间。Martin Green 认为, 第三代太阳电池必须具有如下条件:薄膜化,转换效率高,原料丰富且无毒。目前第三代太阳电池还处在概念和简单的试验研究。已经提出的主要有叠层太阳电池、多带隙太阳电池和热载流子太阳电池等。其中,叠层太阳能电池是太阳能电池发展的一个重要方向。
太阳光光谱可以被分成连续的若干部分,用能带宽度与这些部分有最好匹配的材料做成电池,并按禁带宽度从大到小的顺序从外向里叠合起来,让波长最短的光被最外边的宽隙材料电池利用,波长较长的光能够透射进去让较窄禁带宽度材料电池利用, 这就有可能最大限度地将光能变成电能,这样结构的电池就是叠层太阳能电池[5]。
2.2层叠太阳能电池系列
2.2.1多元化合物层叠太阳能电池
多元化合物太阳能电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳能电池。现在各国研究的多元化合物太阳能电池品种繁多,但绝大多数尚未工业化生产。半导体化合物GaAs,CdTe,Cu(In, Ga)Se2(CIGS)的禁带宽度接近于光伏电池所要
太阳电池及其研究现状、展望
求的最佳禁带宽度,它们具有高的光电转化效率,又有较低的制作成本,可以用来制造薄膜叠层太阳能电池。
2.2.2非晶硅层叠太阳能电池
在硅系列电池中,非晶硅(a-Si)对阳光的吸收系数最高,活性层只需要1 μm 厚,材料的需求大大减少。但是也有不少缺点:随光照时间增加效率反而衰退;禁带宽度为1.7 eV,对长波区域不敏感。研究证实,叠层太阳能电池可有效提高非晶硅的稳定性,使室外阳光下照射1 年的效率衰退率从单结的25%~35%下降到20%以下[6]。
2.2.3染料敏化层叠太阳能电池
染料敏化叠层太阳能电池由两个光电池组成,前面的电池吸收太阳光中的高能紫外和蓝光,利用纳米晶金属氧化物薄膜来产生电子-空穴对。波长在绿光到红光之间的光被Grtzel 敏化二氧化钛电池吸收, 这两个电池连接起来提供电压。染料敏化太阳能电池的能量转换效率主要与敏化剂吸收太阳光谱的能力有关,为了提高光谱效应,在电池的两个不同层上用不同的敏化剂染料[7]。
马廷丽、苗青青[8]制作了一种叠层式染料敏化太阳能电池。其特征在于,顶部的太阳能电池与底部的太阳能电池的光阳极分别吸附具有相同结构或不同结构,不同光谱响应范围且有互补性质的染料;两个太阳能电池的光阳极结构为在基板上载有一层导电膜和半导体薄膜及染料,对向电极为带有导电性的基板,在两个电极之间介入电解质。这一新型叠层式染料敏化太阳能电池有光电转换效率高、价格低、制备工艺简单并且易于大规模生产的特点。解决现有太阳能电池效率低、成本高,制备工艺复杂的问题。用该发明的技术手法制造的染料敏化太阳能电池可用做太阳能发电和太阳能制氢系统。
2.3总结及展望
以III-V 族化合物及CIS 等稀有元素制备的太阳能电池,尽管所制成的电池转换效率很高,但从材料来源和环境问题来看,这类太阳能电池将来不可能占据
太阳电池及其研究现状、展望
主导地位。高转换效率和降低成本是太阳能电池制备中要考虑的两个主要因素,目前的非晶硅系叠层太阳能电池,要想把效率提高很多是很困难的,而且非晶硅系叠层太阳能电池对材料纯度要求较高,价格贵,很大程度上限制了其工业化推广。
有机染料有天然与人工之分。天然染料可以直接从植物中提取, 来源广泛, 分离提纯相对容易, 如花青素、香豆素及其衍生物等。还可以通过对这些天然染料进行修饰来提高其吸光强度和范围, 改善其稳定性。目前, 越来越多的有机染料被设计、合成出来一系列的有机染料引起了广泛关注和研究。
太阳电池及其研究现状、展望
结论
单晶硅、多晶硅太阳电池目前研究的主要任务是在提高效率的同时如何进一步降低成本。多晶硅薄膜电池既有晶硅电池高效、稳定、资源丰富、无毒的优势,又具有薄膜电池低成本优点,成本远低于单晶硅电池,成为国际上研究开发热点,国外发展比较迅速,在未来地面应用方面将是发展方向。
染料敏化太阳能电池自1991 年提出以来,一直是科学家的研究热点,染料敏化叠层太阳能电池的研究虽然刚刚起步,但其关键材料二氧化钛薄膜和光敏化剂,材料低廉而且来源广泛,并且染敏二氧化钛制备工艺简单。虽然短期内,硅类太阳能电池在市场占有主要比例,但是在不久的将来,随着科技的进一步发展,染料敏化叠层太阳能电池有十分广阔的应用前景。
太阳电池及其研究现状、展望
参考文献
[1] 汪建军,刘金霞,太阳能电池及材料研究和发展现状[J].浙江万里学院报,
2006,9(5):19.
[2] Gale R P(In Proceedings of the 21 st IEEE PhotovoltaicSpecialists
Conference,1 990(53.
[3] 邹永刚,李林,刘国军,万春明.GaAs太阳电池的研究进展[J].长春理工大
学学报,2010,(3):33.
[4] Are K, Tagaya H, Ogata T, et al. Electro-chemical intercalation
organicmolecules into layered oxides, MoO3 [J]. Mater Res Bull, 1996, 31
(3):283.
[5] 李毅, 胡盛明. 非晶硅叠层太阳能电池的现状与发展方向[J]. 真空科学与
技术学报, 2000, 20(3): 222-225.
[6] 伍沛亮,王红林,陈砺.层叠太阳能电池研究进展和发展趋势[J].华南理工大
学化学与化工学院,2009,27(3):95.
[7] Suresh S R, Craig A, Grimes E C. Fabricatin of nanoporous TiO2 filmsthrough
benard-marangoni convection[J]. Mat Res Innovat, 2002.
[8] 马延丽, 苗青青. 新型有机太阳电池塑料薄膜化的研究进展[J]. 化学进
展, 2006, 18(3): 176-181.
太阳电池及其研究现状、展望
致 谢
值此论文付梓之际,内心感慨无限。在编写论文的过程中,得到老师同学的热情帮助才完成此论文。
首先我要感谢我的指导老师,李水根老师。从论文选题、研究方法、开题报告、写作进度直到论文的完成,李老师都进行了严格的监督与教导;这使我对光伏材料专业有了更深入的理解,从中学到了更多的知识。
此外我要感谢我的班主任吕筱玉老师,在无论是在思想上还是在学习上都给了我极大的帮助,在李老师的谆谆教导下我不仅顺利的完成了论文的编写,这些教导将使我在以后的学习和实践中获益匪浅。
范文三:太阳能电池发展现状综述
电子技术查新训练
文献综述报告
题 目 太阳能电池发展现状综述
学 号 3110433019
班 级 微电111
学 生 周雷
指导教师
年
太阳能电池发展现状综述
摘 要:随着现代工业的发展,全球能源危机和大气污染问题日益突出,太阳能作为理想的可再生能源受到了许多国家的重视。由于不可再生能源的减少和环境污染的双重压力,使得光伏产业迅猛发展;太阳电池的发展也日新月异。本文主要叙述了现阶段多晶硅太阳电池、单晶硅太阳电池、薄膜太阳电池、GaAs太阳电池及燃料敏化学电池的现状研究及发展趋势,以及对未来太阳电池发展方向的预测,认为今后太阳电池发展趋势为层叠太阳电池。
关键词:多晶太阳电池;单晶硅太阳电池;薄膜太阳电池;GaAs太阳电池;层叠太阳电池。
Solar cell and its current situation of
research and outlook
Abstract: With the development of modern industry, the global energy crisis and atmospheric pollution problem increasingly, solar energy as the ideal renewable energy by many national attention. Due to energy reduction and environmental pollution, make double pressures of photovoltaic industry rapid development; Solar cell development also changing. This paper mainly describes the present polycrystalline silicon solar battery, monocrystalline silicon solar battery, thin film solar cells and GaAs solar cell and fuel sensitive situation of chemical battery research and development trends, as well as to the future direction of the solar forecast that future development trends of the solar sun cascade battery.
Key Words:Polycrystalline solar cells; monocrystalline silicon solar cells; thin film solar cells; GaAs solar cells; cascade solar cell
1 引言
光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差.这是在1839年法国科学家贝尔克雷发现的,这种现象后来被称为“光生伏打效应”。1954年,美国科学家恰宾和皮尔松在贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳能电池.从此太阳能转换为电能的实用光伏发电技术诞生。如今太阳能电池的种类不断增加。应用范围日益广阔.市场规模逐步扩大,太阳能电池的研究在欧洲。美洲,亚洲大规模展开。近几年。全世界太阳能电池的生产量平均每年增长近40%.美国和日本相继出台了太阳能研究开发计划。此外,美国还推出了“太阳能路灯计划”。旨在让美国一部分城市的路灯都改由太阳能
供电,预计每盏路灯每年可节电800 kWh。太阳能光伏发电是能源利用不可逆的潮流。随着光伏技术及应用材料的飞速发展.光电材料成本不断下降。光电转换效率逐渐升高,太阳能光伏发电将会越来越显现出优越性。光伏界专家认为。到2010年太阳能光伏发电成本将降低到可与常规能源竞争的程度。
制作太阳电池的材料要满足如下要求:①半导体材料的禁带不能太宽;②要有较高的光电转换效率;③材料本身对环境不造成污染;④便于工业化生产且性能稳定。符合以上条件的太阳能光伏材料被不断地开发和应用。
2.太阳能电池发展
2.1 晶体硅太阳电池
晶体硅太阳电池是PV(Photovoltaic)市场上的主导产品,优点是技术、工艺最成熟,电池转换效率高,性能稳定,是过去20多年太阳电池研究、开发和生产主体材料.缺点是生产成本高.在硅电池研究中人们探索各种各样的电池结构和技术来改进电池性能,进一步提高效率.如发射极钝化、背面局部扩散、激光刻槽埋栅和双层减反射膜等,高效电池在这些实验和理论基础上发展起来的。本节主要介绍单晶硅太阳电池与多晶硅太阳电池。
2.1.1单晶硅太阳电池
单晶硅太阳电池制备和加工工艺:一般以高纯度单晶硅棒为原料,有些也用半导体碎片或半导体单晶硅的头尾料,经过复拉制成太阳电池专用单晶硅棒。在电弧中用炭还原石英砂制成纯度约为99%冶金及半导体硅,然后将它在流化床反应器中进行化学反应,达到电子及半导体硅要求。
将硅棒切成厚度约 300um 硅片做为太阳电池原料片,通过在硅片上掺和扩散,硅片上形成了pn结,然后采用丝网印刷法,将银浆印在硅片上做成删线,经过烧结,同时制成背电极,并在有删线的面上涂减反射膜,这样,单晶硅电池片就制成了。经检验后的单体片按需要规格组装成太阳电池组件(太阳电池板),用串联和并联方法构成一定输出开路电压和短路电流[1]。
2.1.2多晶硅太阳电池
目前,太阳能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~
300Q ·cm的多晶块料或单晶硅头尾料,经破碎,再用1:5的氢氟酸和硝酸混合液进行适当的腐蚀,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。熔化后再保温约20min,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。多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多,其光电转换效率约12% 左右,稍低于单晶硅太阳能电池,但是材料制造简便,节约电耗,总的生产成本较低,因此得到快速的发展。
2.2 薄膜太阳电池
目前薄膜太阳能电池按材料可分为硅薄膜型、化合物半导体薄膜型和有机薄膜型。本节主要介绍了非晶硅薄膜电池与多晶硅薄膜电池。
2.2.1非晶硅薄膜电池
非晶硅有较高的光吸收系数。特别是在0.3~0.75μm 的可见光波段,它的吸收系数比单晶硅高出一个数量级,对太阳辐射的吸收效率要高40 倍左右,用很薄的非晶硅膜(约1μm厚)就能吸收90%有用的太阳能。与单晶硅与多晶硅材料相比,非晶态硅的原子在空间排列上失去了长程有序性,但其组成原子也不是完全杂乱无章地分布。由于受到化学键,特别是共价键的束缚,在几个原子的微小范围内,非晶态与晶体的硅具有非常相似的结构特征。由于非晶硅没有晶体所要求的周期性原子排列,可以不考虑制备中晶体与衬底间的晶格失配问题。因而非晶硅薄膜几乎可以淀积在任何衬底上,包括玻璃衬底,易于实现大面积化。
2.2.2多晶硅薄膜电池
多晶硅材料是许多单晶颗粒(颗粒直径为数微米至数毫米)的集合体,各单晶粒的大小、晶体取向彼此各不相同。尽管多晶硅存在晶粒间界,不利于太阳能电池转换效率的提高。但因制备多晶硅材料比制备单晶硅材料要便宜得多,研究人员正致力于
减少晶粒间界的影响以期得到低成本多晶硅太阳能电池。多晶Si薄膜电池是兼具单晶Si和多晶Si电池的高转换效率和长寿命以及非晶Si薄膜电池的材料制备工艺相对简化等优点的新一代电池。在不太遥远的将来,多晶Si薄膜电池技术可望使太阳电池组件的成本降低至1美元左右,从而使得光伏发电的成本能够与常规能源相竞争。因此,近些年来,多晶Si薄膜材料和相关的电池工艺方面的工作引起了人们极大的关注。
2.3 GaAs太阳电池
2.3.1 GaAs 基单结太阳电池
由于太阳光谱的能量分布较宽,而半导体材料的带隙Eg都是确定的,因此只能吸收其中能量比其禁带宽度值高的光子,太阳光中能量小的光子则透过电池被背面电极金属吸收转化成热能,而高能光子超出禁带宽度的多余能量,通过光生载流子的能量热释作用传递给电池材料本身使其发热。这些能量最终都没有变成有效电能,因此对于单结太阳能电池,即使是晶体材料制成的,理论最高转换效率也只有25%左右。单结GaAs电池只能吸收特定光谱的太阳光,实验室实现的转换效率最高25.8%,高于晶体硅的23% [2]。
2.3.2 GaAs 基多结太阳电池
采用不同禁带宽度的III—V族材料制备的多结叠层GaAs太阳能电池,通过禁带宽度由大到小组合,使得这些III—V族材料可以分别吸收和转换太阳光谱中不同波长的光,能大幅提高太阳能电池的转换效率,更多地将太阳能转变成电能。叠层太阳能电池可以外延生长技术制备,在具有一定结晶取向的衬底上延伸并按一定晶体学方向生长薄膜,每层薄膜都称为外延层。在衬底上逐层生长各级子电池,最终得到多结叠层结构电池。目前主要采用的有金属气相外延(MOCVD)和分子束外延(MBE)等外延生长技术[3]。
2.4 染料敏化电池
1991 年, 瑞士洛桑高等工业学院的Michael Gr? tzel教授领导的研究小组将纳晶多孔薄膜引入染料敏化太阳能电池(DSCs) 中,使得这种电池的光电转换效率有了大幅度的提高, 逐渐成为最有希望得到应用的新型太阳能电池之一。相比于硅基太阳电池,
减少晶粒间界的影响以期得到低成本多晶硅太阳能电池。多晶Si薄膜电池是兼具单晶Si和多晶Si电池的高转换效率和长寿命以及非晶Si薄膜电池的材料制备工艺相对简化等优点的新一代电池。在不太遥远的将来,多晶Si薄膜电池技术可望使太阳电池组件的成本降低至1美元左右,从而使得光伏发电的成本能够与常规能源相竞争。因此,近些年来,多晶Si薄膜材料和相关的电池工艺方面的工作引起了人们极大的关注。
2.3 GaAs太阳电池
2.3.1 GaAs 基单结太阳电池
由于太阳光谱的能量分布较宽,而半导体材料的带隙Eg都是确定的,因此只能吸收其中能量比其禁带宽度值高的光子,太阳光中能量小的光子则透过电池被背面电极金属吸收转化成热能,而高能光子超出禁带宽度的多余能量,通过光生载流子的能量热释作用传递给电池材料本身使其发热。这些能量最终都没有变成有效电能,因此对于单结太阳能电池,即使是晶体材料制成的,理论最高转换效率也只有25%左右。单结GaAs电池只能吸收特定光谱的太阳光,实验室实现的转换效率最高25.8%,高于晶体硅的23% [2]。
2.3.2 GaAs 基多结太阳电池
采用不同禁带宽度的III—V族材料制备的多结叠层GaAs太阳能电池,通过禁带宽度由大到小组合,使得这些III—V族材料可以分别吸收和转换太阳光谱中不同波长的光,能大幅提高太阳能电池的转换效率,更多地将太阳能转变成电能。叠层太阳能电池可以外延生长技术制备,在具有一定结晶取向的衬底上延伸并按一定晶体学方向生长薄膜,每层薄膜都称为外延层。在衬底上逐层生长各级子电池,最终得到多结叠层结构电池。目前主要采用的有金属气相外延(MOCVD)和分子束外延(MBE)等外延生长技术[3]。
2.4 染料敏化电池
1991 年, 瑞士洛桑高等工业学院的Michael Gr? tzel教授领导的研究小组将纳晶多孔薄膜引入染料敏化太阳能电池(DSCs) 中,使得这种电池的光电转换效率有了大幅度的提高, 逐渐成为最有希望得到应用的新型太阳能电池之一。相比于硅基太阳电池,
DSC电池以其低廉的成本、简单的工艺和相对较高的光电转换效率而引起了全世界的广泛关注, 并迅速掀起了研究热潮。
染料敏化电池主要包括三个部分:附了染料的多孔光阳极、电解质和对电极。染料吸收光子后发生电子跃迁, 光生电子快速注入到半导体的导带并经过集流体进入外电路而流向对电极。失去电子的染料分子成为正离子, 被还原态的电解质还原再生。还原态的电解质本身被氧化, 扩散到对电极, 与外电路流入的电子复合, 这样就完成了一个循环。在DSC电池中,光能被直接转换成了电能, 而电池内部并没有发生净的化学变化。
太阳能光电转换率的卡诺上限是95%[4], 远高于标准太阳能电池的理论上限33%, 表明太阳能电池的性能还有很大发展空间。Martin Green 认为, 第三代太阳电池必须具有如下条件:薄膜化,转换效率高,原料丰富且无毒。目前第三代太阳电池还处在概念和简单的试验研究[5]。已经提出的主要有叠层太阳电池、多带隙太阳电池和热载流子太阳电池等。其中,叠层太阳能电池是太阳能电池发展的一个重要方向。
染料敏化叠层太阳能电池由两个光电池组成,前面的电池吸收太阳光中的高能紫外和蓝光,利用纳米晶金属氧化物薄膜来产生电子-空穴对。波长在绿光到红光之间的光被Grtzel 敏化二氧化钛电池吸收[11], 这两个电池连接起来提供电压。染料敏化太阳能电池的能量转换效率主要与敏化剂吸收太阳光谱的能力有关,为了提高光谱效应,在电池的两个不同层上用不同的敏化剂染料[12]。马廷丽、苗青青[8]制作了一种叠层式染料敏化太阳能电池。其特征在于,顶部的太阳能电池与底部的太阳能电池的光阳极分别吸附具有相同结构或不同结构,不同光谱响应范围且有互补性质的染料[13];两个太阳能电池的光阳极结构为在基板上载有一层导电膜和半导体薄膜及染料,对向电极为带有导电性的基板,在两个电极之间介入电解质。这一新型叠层式染料敏化太阳能电池有光电转换效率高、价格低、制备工艺简单并且易于大规模生产的特点。解决现有太阳能电池效率低、成本高,制备工艺复杂的问题。用该发明的技术手法制造的染料敏化太阳能电池可用做太阳能发电和太阳能制氢系统[15]。
3.太阳能电研究
太阳能电池发展经历了三个阶段。以硅片为基础的“第一代”太阳能电池其技术
发展已经成熟,但单晶硅纯度要求在99.999%, 生产成本太高使得人们不惜牺牲电池转换率为代价开发薄膜太阳能电池。第二代太阳电池是基于薄膜材料的太阳电池。薄膜技术所需材料较晶体硅太阳电池少得多,且易于实现大面积电池的生产,可有效降低成本。薄膜电池主要有非晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电池、碲化镉以及铜铟硒薄膜电池, 其中以多晶硅为材料的太阳能电池最优。
3.1层叠太阳能电池
太阳光光谱可以被分成连续的若干部分,用能带宽度与这些部分有最好匹配的材料做成电池,并按禁带宽度从大到小的顺序从外向里叠合起来[6],让波长最短的光被最外边的宽隙材料电池利用,波长较长的光能够透射进去让较窄禁带宽度材料电池利用, 这就有可能最大限度地将光能变成电能,这样结构的电池就是叠层太阳能电池。
3.2层叠太阳能电池系列
3.2.1多元化合物层叠太阳能电池
多元化合物太阳能电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳能电池[7]。现在各国研究的多元化合物太阳能电池品种繁多,但绝大多数尚未工业化生产。半导体化合物GaAs,CdTe,Cu(In, Ga)Se2(CIGS)的禁带宽度接近于光伏电池所要求的最佳禁带宽
度,它们具有高的光电转化效率,又有较低的制作成本,可以用来制造薄膜叠层太阳能电池[8]。
3.2.2非晶硅层叠太阳能电池
在硅系列电池中,非晶硅(a-Si)对阳光的吸收系数最高,活性层只需要1 μm 厚
[9],材料的需求大大减少。但是也有不少缺点:随光照时间增加效率反而衰退;禁带宽度为1.7 eV,对长波区域不敏感。研究证实,叠层太阳能电池可有效提高非晶硅的稳定性,使室外阳光下照射1 年的效率衰退率从单结的25%~35%下降到20%以下[10]。
3.2.3 化合物半导体太阳能电池
化合物半导体电池由于禁带宽度、晶格常数等分布广泛,同时又具有光吸收系数高、适合于薄膜化、耐放射性损伤、温度特性优良、适合于聚光工作等优点,通过各种半导体的组合有可能实现波长响应的宽带域化,从而得到更高的效率[16]。如单结电池片的转换效率有望达26 ~28 ,二结、三结电池片分别有可能达35 9/5、43 的超高效率[17]。由于化合物半导体太阳能电池由于高性能导致的高价格,曾被认为很难作为地面电力使用的太阳能电池而实用化,但随着研究开发的进步,由III—V族化合物构成的多结结构太阳能电池和聚光型太阳能电池亦引人注目.
(1)CIS/CIGS薄膜太阳能电池。与硅太阳能电池相比,CIS电池成本低、转换效率高、稳定性高,但由于制作工艺重复性差,高效电池的成品率低等原因,故至今未能实现批量生产。为限制CIS的禁带宽度,引人Ga形成稳定的P型半导体Cu(In,Ga)Sez(CIGS),通过调整Ga含量可调制CIGS带隙[18]。目前,制备CIS/CIGS的主要技术有溅射法、蒸镀法、电沉积、化学水浴沉积、化学气相沉积、分子束外延、喷射热解、气相转移法及快速凝固技术等。CIS和CIGS薄膜太阳能电池经过2O多年的发展,小面积电池的效率超过了碲化镉和非晶硅电池,逼近2O%。日本昭和壳牌石油公司的3 450cm2组件转换效率达13.4 。美国NREL采用真空蒸镀法制备的CIS和CIGS太阳能电池光电转换效率 分别达15.O 和19.5% ;施成营[1妇等以不锈钢为衬底,用共蒸发三步法制备Cu(In,Ga)Se2薄膜太阳能电池,已达9.39 的转换效率[19]。研究表明,CIGS薄膜太阳能电池吸收层厚度减薄至0.7m不影响其性能,这将减少稀有金属的用量,有助于降低成本,提高生产力的发展。
(2)CdTe是能隙为1.46 eV 的直接禁带半导体,接近太阳能电池需要的最优化能隙(1.4eV),吸收系数约为10 cm_。,故1.5 m 厚的CdTe薄膜就足够吸收光,因此CdTe薄膜太阳能电池成本低,已成为美、德、日、意等国研究开发的主要对象。目前较成熟的制备方法有近空间升华法、丝网印刷法、溅射法、元素气相化合法、电化学 沉积法、真空蒸发法等。提高CdTe太阳能电池转换效率的有效途径之一是适当减薄CdS窗口层,但相反严重影响电池性能,解决途径是在窗口层和透明导电膜之间加一层高阻本征SnOz薄膜。用ZnTe/ZnTe:Cu作为复合层、Au作为CdTe太阳能电池的背电极的小面积(0.502 cm )电池效率已达l3.38 [20]。为提高其光电转换效率,降低成本以适应大规模生产的技术开发。宋慧瑾等[12 研究了用Ni替代Au作为CdTe太阳能电池的背电极,比较了Ni、Ni/Au、Au/Ni及Au背电极对电池性能的影响,结果表明转换效率平均增长4 。李愿杰等[1 在研究CdS/CdTe单层太阳能电池的基础上,提出了CdS/CdTe叠 层太阳能电池的设计思路并已获成功,效率可达 8.16 (0.071 cm )。理论计算表明,
CdTe薄膜太阳能电池的转换效率达27 ,虽实验室小面积CdTe薄膜太阳能电池的转换效率达16.5 ,但与理论转换效率还有差距。
(3)GaAs是典型的IIl-V族化合物半导体材料,具有直接能带隙,带隙宽度为1.42 eV(3O0K),是很理想的太阳能电池材料。GaAs太阳能电池具有光电转换效率高、耐高温性能好、抗辐射能力强等优点,被公认为新一代高性能长寿命空间主电源。上海空间电源所的三结InGaP/InGaAs/Ge太阳能电池已在空间得到应用,最高效率为
28.O(AMO),达国际先进水平。目前,GaIn/GaAs双结叠层太阳能电池的光转换效率也已达25.7(AM0光谱效率)[21]。在空间,电池会受到各种能量、通量的质子及电子照射,引起性能衰降,影响电源系统,因此有必要研究其抗辐射性能[1 。以砷化镓太阳能电池为主要部件的聚光太阳能电池,以其高效率、高温性能好等特点被认为是最有发展前途和最具商用价值的新一代光伏技术,理论计算表明(AM0光谱和1个太阳常数),双结、三结、四结GaAs太阳能电池的极限效率分别为3O%、38 9/6、41 ,但目前GaAs太阳能电池普遍采用液相外延工艺,制造成本高,尚不能进入民用市场。
3.3总结
以III-V 族化合物及CIS 等稀有元素制备的太阳能电池,尽管所制成的电池转换效率很高,但从材料来源和环境问题来看,这类太阳能电池将来不可能占据主导地位。高转换效率和降低成本是太阳能电池制备中要考虑的两个主要因素,目前的非晶硅系叠层太阳能电池,要想把效率提高很多是很困难的,而且非晶硅系叠层太阳能电池对材料纯度要求较高,价格贵,很大程度上限制了其工业化推广。
有机染料有天然与人工之分。天然染料可以直接从植物中提取, 来源广泛, 分离提纯相对容易, 如花青素、香豆素及其衍生物等。还可以通过对这些天然染料进行修饰来提高其吸光强度和范围, 改善其稳定性。目前, 越来越多的有机染料被设计、合成出来一系列的有机染料引起了广泛关注和研究。
参考文献
[1] 汪建军,刘金霞,太阳能电池及材料研究和发展现状[J].浙江万里学院报,
2006,9(5):19.
[2] Gale R P.In Proceedings of the 21 st IEEE PhotovoltaicSpecialists Conference,1 990.53.
[3] 邹永刚,李林,刘国军,万春明.GaAs太阳电池的研究进展[J].长春理工大学学
报,2010,(3):33.
[4] Are K, Tagaya H, Ogata T, et al. Electro-chemical intercalation organicmolecules into layered
oxides, MoO3 [J]. Mater Res Bull, 1996, 31 (3):283.
[5] 李毅, 胡盛明. 非晶硅叠层太阳能电池的现状与发展方向[J]. 真空科学与技术
学报, 2000, 20(3): 222-225.
[6] 伍沛亮,王红林,陈砺.层叠太阳能电池研究进展和发展趋势[J].华南理工大学化
学与化工学院,2009,27(3):95.
[7] Suresh S R, Craig A, Grimes E C. Fabricatin of nanoporous TiO2 filmsthrough benard-marangoni
convection[J]. Mat Res Innovat, 2002.
[8] 马延丽, 苗青青. 新型有机太阳电池塑料薄膜化的研究进展[J]. 化学进展,
2006, 18(3): 176-181.
[9] 任丙彦,刘晓平,许颖,等.HIT太阳电池中ITO薄膜的结构和光电性能[J].太阳能
学报.2007,28(5):504—507[1o3 Gu Shibin,Hu Zengxin,Zhang Jianjun,et a1.Micro—crystalline SiGe Prepared by VHF PECVD for ThinFilmsolar Cells[J].Journal of
0ptoeIectronics·La—ser,2007,18(5):539—542
[11]施成营,何青,张力,等.柔性不锈钢衬底CIGS薄膜太阳能电池[J].太阳能学报,
2007,28(9):947—950
[12]宋慧瑾,郑家贵,冯良桓,等.CdTe太阳电池的不同背电极和背接触层的特性研究
[J].物理学报,2007,56(3):1 655一l 661
[13]李愿杰,唐茜,黎兵,等.CaS/Cdre叠层太阳能电池的制备及其性能[J].半导体学
报,2007,28(5):722—725
[14]刘运宏,孙旭芳,王荣.0.28—2.80MeV质子辐射对空间实用GalnP/GaAs/Ge多结
太阳电池性能的影响[J].核技术,2008,31(1):47—49
[15]Mor G K,Varghese O K,Paulose M,et a1.A Review.on Highly Ordered,Vertically Oriented
TiO2 NanotubeArrays:Fabrication,Material Properties,andSolar Energy
Applications[J].Sol Energy MaterSolCells,2006,90(14):2 O1l一2 075
[16]Ito S,Ha N L C,Rothenberger G,et a1.High-effi—ciency(7.2 )F1exible Dye-sensitized
Solar Cellswith TimetalSubstrateforNanocrystalline-TiO2Photoanode[J].Chemical
Communications,2006,(30):4 004—4 006
[17]胡志强,李国,于仙仙,等.染料敏化太阳电池M0/TiOz复合薄膜的制备与表征[J].动
能材料,2007,增刊(38):1 546-1 549
[18 Oekermann T,Yoshida T,Tada H,et a1.Color-sensi—tire Photoconductjvjty of
nanostructured ZnO/dye HyhridFilms Prepared by One-step
Electrodeposition[J].Thin So lid Films,2006,511—512:354—357
[19] Ito S,Zakeeruddin SM,Humphry-Baker R,et a1.High-efficiency Organic-dye-sensitized
Solar CellsControlled by Nanocrystalline-TiO2 ElectrodeThickness[J].Advanced
Materials,2006(18):1202一l 205
[20]吴迪,沈珍,薛兆历,等.卟啉类光敏剂在染料敏化太阳能电池中的应用[J].无
机化学学报.2007,23(1):1—14
[21]刘宝琦,赵晓鹏.混合植物染料敏化的太阳能电池性能[J].光子学报,2006,35(2):
184—187[223 Schmidt-Mende L,Zakeeruddin S M,Grtzel M.£【fi—ciency Improvement sen-sitized Pho——ovoltai.[J].Ap—pl Phys Lett,2005,86(1):13504.
范文四:太阳能电池发展现状简介
太阳能电池工作原理图
能源工业是国民经济的基础产业,也是技术密集型产业。“安全、高效、低碳”集中体现了现代能源技术的特点,也是抢占未来能源技术制高点的主要方向。
目前对新能源的开发主要集中在太阳能、氢能、风能、地热能等可再生能源,其中太阳能资源丰富、分布广泛,是最具发展潜力的可再生能源。随着全球能源短缺和环境污染等问题日益突出,太阳能光伏发电因其清洁、安全、便利、高效等特点,已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。
太阳能来自于太阳内部核聚变所蕴藏的巨大能量。据粗略估计,太阳辐射的总能量流为4×1026J/s,其中向地球输送的光和热约达1.8×1017J/s,相当于燃烧4×108t烟煤所产生的能量。
一年中太阳辐射到地球表面的能量相当于人类现有各种能源在同期内所提供能量的上万倍。与石油、煤、天然气等能源的价格随着供应量和储量的变化而波动不同,伴随着技术的不断进步,人类利用太阳能的成本会逐年下降。近年来,对于可再生能源的开发利用日益受到人们的重视,太阳能由于兼具清洁、安全、能量巨大、分布广泛、长久不衰等特点,逐渐成为未来能源的主要供应形式之一。图1.1为各类一次能源使用量的变化趋势,在未来的能源结构中,太阳能无疑将占据重要地位。
图1.1 一次能源使用量变化趋势
资料来源:全球变化咨询理事会(WBGU)
电力是增长最快的终端能源形式,引领全球能源转型。总体而言,到2040年,为应对电力需求的增加,以及替代现有退役装机容量(约占现役装机容量的40%),需要新增7200GW的装机量。国际能源组织(IEA)预测,未来对于可再生能源利用的强劲增长,将会使可再生能源发电量占全球发电量的比例提高到1/3,到2040年,可再生能源发电量将占全球新增发电量的近1/2,市场规模达数千亿美元。
光伏发电是指利用太阳能电池直接将太阳光能转换为电能的过程,是可再生能源发电中的重要组成部分。目前,它正在快速成长并成为常规化石能源及其他能源利用形式越来越重要的替代品。
2014年上半年,美国光伏发电装机量占美国新增电力装机总量的53%;而在日本夏季用电高峰期,光伏发电量占总发电量的比例则达到了37%。我国自2013年开始启动了大规模的光伏电站建设计划,当前已经成为年新增光伏装机量最大的国家。从全球光伏行业来看,2002年至2012年十年间,光伏行业市场需求年均复合增长率达58.5%,从2002年的数百兆瓦增至2012年的30GW;2013年,全球光伏总装机容量为135GW,其中新增装机容量40GW,同比增长33%;2014年全球光伏新增装机容量为41GW,2015年和2016年全球光伏新增装机容量将分别达到55GW和65GW。历年光伏市场的变化趋势及绿色科技传媒研究中心(GTM Research)预测情况详见图1.2。
中国、日本和美国是光伏需求的主要推动者,同时也聚集了大量的光伏制造企业及光伏应用产品生产商。根据IEA 2014年的预测,截至2050年,光伏发电产能将达4600GW,将提供全部人类电力需求16%的份额,约折合63000亿千瓦时的电能。按照这一预测,2015年到2025年间,平均年装机量将达到120GW以上,2025年之后有望增加到200GW/年的水平。
图1.2 全球光伏装机量发展现状及趋势
资料来源:绿色科技传媒研究中心
光伏发电规模的扩大和持续发展有赖于光伏材料的不断革新和技术的不断进步。太阳能电池的发展可以追溯到1839年,法国的Becquerel最早发现了液体电解液中的光电效应;然而直到1883年才由美国的Fritts使用硒制备了第一个太阳能电池;之后又经过半个世纪的发展,1930年,Schottky提出Cu2O势垒的“光伏效应”理论;同年,Longer首次提出可以利用“光伏效应”制造“太阳能电池”,使太阳能变成电能;随后,美国贝尔实验室的Pearson于1954年发明电池效率为6%的单晶硅太阳能电池,开启了p-n结太阳能电池的新时代,时至今日,p-n结太阳能电池仍然占据着光伏领域的绝对地位。
光伏材料方面,硅基材料的吸收波段与太阳光谱主要能量波段匹配,且其具有原料丰富、稳定无毒、生产成本低等特点,已经发展成为目前使用最广泛的一类太阳能电池材料。按硅材料的晶体结构,太阳能电池又可分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池。
单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池统称为晶体硅太阳能电池,占据全球太阳能电池市场的绝大部分(市场份额约90%),目前单晶硅太阳能电池的实验室效率已经达到25.6%。
与此同时,基于不同光伏材料和不同结构的诸多类型太阳能电池不断涌现。图1.3为美国国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory,NREL)对各类太阳能电池的效率追踪图,每一条曲线都代表一种成熟的或具有较大发展潜力的太阳能电池技术的发展历程,每一个点都蕴含着光伏研究人员的巨大心血。其中,以GaAs单晶电池为代表的单结化合物太阳能电池在117倍聚光下的效率已经达到29.1%,有机聚合物电池实验室效率达到11.5%,染料敏化电池的效率为11.9%,量子点电池的效率近期也得到较为明显的提升,达到了9.9%。值得一提的是钙钛矿电池,其认证的效率已经达到20.1%,发展十分迅速。
图1.3 不同类型太阳能电池最高最高效率追踪图
资料来源:美国国家可再生能源实验室
范文五:我国太阳能电池产业发展现状
我国太阳能电池产业发展现状
[提要] 能源问题是制约未来经济社会发展的全球性问题,而太阳能占地球总能量99%以上,是重要的可再生能源。近年来,新型太阳能光伏电池发展十分迅速,可以预期在今后的5~10年将走向产业化,在太阳能光伏电池市场上扮演越来越重要的角色,并最终成为市场的主导。据海关统计,2013年上半年我国累计出口太阳能电池2.5亿个,比上年同期(下同)增加46.6%;价值52亿美元,下降35%;出口平均价格为每个20.7美元,下跌55.7%。可见,我国太阳能电池出口出现量增价跌的态势。本文通过分析我国太阳能电池出口的主要特点,找出太阳能电池出口出现量增价跌的原因和当前我国光伏行业值得关注的主要问题,以及产业发展建议。
关键词:太阳能电池;光伏产业;主要特点;主要问题;对策建议
尽管随着全球各国对可再生能源利用的重视和规划,世界太阳能电池需求不断增加促进了太阳能电池行业的稳定发展,我国的可再生能源规划及信息产业政策也对行业发展起到较强的稳定作用。但是,也应该看到我国太阳能电池行业仍然处于初期发展阶段,有其自身的特点。
一、我国太阳能电池出口的主要特点
(一)月度出口量逐月攀升,出口均价持续回落。2013年以来,我国太阳能电池月度出口量环比持续增加,6月当月出口5,738万个,同比增加34.2%,环比增加9.5%。与此同时,出口均价大幅回落,6月当月为每个14.5美元,同比下跌46.8%,环比下跌9.8%。
(二)主要以一般贸易方式出口。2013年上半年,我国以一般贸易方式出口太阳能电池2亿个,增加65.7%,占同期我国太阳能电池出口总量的78.6%;以加工贸易方式出口4,962万个,增加4.2%,占19.7%。
(三)外商投资企业出口占主导。2013年上半年,我国外商投资企业出口太阳能电池1.8亿个,增加58.9%,占同期我国太阳能电池出口总量的73.1%;民营企业出口6,174万个,增加28.2%;国有企业出口597.5万个,减少23%。
(四)对欧盟出口大幅减少,对日本等新兴市场出口倍增。2013年上半年,我国对欧盟出口太阳能电池5,522万个,减少42.5%;对日本、加拿大、韩国、中国香港和印度分别出口3,825万、3,012万、2,892万、2,699万和2,641万个,分别增加3.6倍、1.4倍、1.1倍、1.5倍和1.4倍;上述六者合计占同期太阳能电池出口总量的81.7%。
二、我国太阳能电池出口出现量增价跌的原因
(一)国际市场需求提升拉动出口增加。随着光伏发电成本的下降以及对清