太阳能电池历史、原理、分类.doc

太阳能电池历史、原理、分类引言太阳能作为一种巨量可再生能源，是人类取之不尽、用之不竭的可再生能源，是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源。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，其转换途径很多，有光电直接转换，有光热电间接转换等。但利用太阳能电池进行光电直接转换是运用最为广泛的方式。历史：太阳能电池发展历史可以追溯到1 8 3 9 年，当时的法国物理学家Alexander-Edmond Becquerel发现了光伏特效应（P h o t o v o l t a i ceffect ）。直到1883 年，第一个硒制太阳能电池才由美国科学家Charles Fritts 所制造出来。在1930年代，硒制电池及氧化铜电池已经被应用在一些对光线敏感的仪器上，例如光度计及照相机的曝光针上。 而现代化的硅制太阳能电池则直到1946 年由一个半导体研究学者Russell Ohl 开发出来。接着在1954年，科学家将硅制太阳能电池的转化效率提高到6% 左右。随后，太阳能电池应用于人造卫星。1973年能源危机之后，人类开始将太阳能电池转向民用。最早应用于计算器和手表等。1974 年，Haynos 等人，利用硅的非等方性（a n i s o t r o p i c）的蚀刻（etching）特性，慢慢的将太阳能电池表面的硅结晶面，蚀刻出许多类似金字塔的特殊几何形状。有效降低太阳光从电池表面反射损失，这使得当时的太阳能电池能源转换效率达到17%。 1976年以后，如何降低太阳能电池成本成为业内关心的重点。1990年以后，电池成本降低使得太阳能电池进入民间发电领域，太阳能电池开始应用于并网发电。世界太阳能电池发展的主要节点：1839年 法国科学家贝克勒尔发现“光生伏特效应”，即“光伏效应”。1876年 亚当斯等在金属和硒片上发现固态光伏效应。1883年 制成第一个“硒光电池”，用作敏感器件。1930年 肖特基提出Cu2O势垒的“光伏效应”理论。同年，朗格首次提 出用“光伏效应”制造“太阳电池”，使太阳能变成电能。1931年 布鲁诺将铜化合物和硒银电极浸入电解液，在阳光下启动了一个电动机。1932年 奥杜博特和斯托拉制成第一块“硫化镉”太阳电池。1941年 奥尔在硅上发现光伏效应。1954年 恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室，首次制成了实用的单晶太阳电池，效率为6%。同年，韦克尔首次发现了砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成了第一块薄膜太阳电池。1955年 吉尼和罗非斯基进行材料的光电转换效率优化设计。同年，第一个光电航标灯问世。美国RCA研究砷化镓太阳电池。1957年 硅太阳电池效率达8%。1958年 太阳电池首次在空间应用，装备美国先锋1号卫星电源。1959年 第一个多晶硅太阳电池问世，效率达5%。1960年 硅太阳电池首次实现并网运行。1962年 砷化镓太阳电池光电转换效率达13%。1969年 薄膜硫化镉太阳电池效率达8%。1972年 罗非斯基研制出紫光电池，效率达16%。1972年 美国宇航公司背场电池问世。1973年 砷化镓太阳电池效率达15%。1974年 COMSAT研究所提出无反射绒面电池，硅太阳电池效率达18%。1975年 非晶硅太阳电池问世。同年，带硅电池效率达6%。1976年 多晶硅太阳电池效率达10%。1978年 美国建成100kWp太阳地面光伏电站。1980年 单晶硅太阳电池效率达20%，砷化镓电池达22.5%，多晶硅电池达14.5%，硫化镉电池达9.15%。1983年 美国建成1MWp光伏电站;冶金硅(外延)电池效率达11.8%。1986年 美国建成6.5MWp光伏电站。1990年 德国提出“2000个光伏屋顶计划”，每个家庭的屋顶装35kWp光伏电池。1995年 高效聚光砷化镓太阳电池效率达32%。1997年 美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划”，在2010年以前为100万户，每户安装35kWp。光伏电池。有太阳时光伏屋顶向电网供电，电表反转;无太阳时电网向家庭供电，电表正转。家庭只需交“净电费”。1997年 日本“新阳光计划”提出到2010年生产43亿Wp光伏电池。1997年 欧洲联盟计划到2010年生产37亿Wp光伏电池。1998年 单晶硅光伏电池效率达25%。荷兰政府提出“荷兰百万个太阳光伏屋顶计划”，到2020年完成。中国太阳能电池发展的主要节点：1958年我国开始研制太阳能电池。1959年中国科学院半导体研究所研制成功第一片具有实用价值的太阳能电池。1971年3月在我国发射的第二颗人造卫星科学实验卫星实践一号上首次应用太阳能电池。1973年在天津巷的海面航标灯上首次应用14.7W太阳能电池。1979年我国开始利用半导体工业废次硅材料生产单晶硅太阳能电池。中国太阳能产业联盟网1980年1990年期间我国引进国外太阳能电池关键设备、成套生产线和技术。到20世纪80年代后期，我国太阳能电池生产能力达到4.5MW/年，初步形成了我国太阳能电池产业。2004年我国太阳能电池产量超过印度，年产量达到50MW以上。20052006年，我国的太阳能电池组件产量在10MW/年以上，我国成为世界重要的光伏工业基地之一，初步形成一个以光伏工业为源头的高科技光伏产业链。随着我国“可再生能源法”的实施，我国太阳能光伏发电将得到快速发展。预计在35年内我国在太阳能光伏电池研发、生产、应用产品开发将形成一个世界级的产业基地，并将在国际太阳能光伏工业产业中占据重要的地位。原理：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。太阳能发电方式太阳能发电有两种方式，一种是光热电转换方式，另一种是光电直接转换方式。（1） 光热电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光热转换过程；后一个过程是热电转换过程，与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵510倍.一座1000MW的太阳能热电站需要投资2025亿美元，平均1kW的投资为20002500美元。因此，目前只能小规模地应用于特殊的场合，而大规模利用在经济上很不合算，还不能与普通的火电站或核电站相竞争。（2） 光电直接转换方式该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染；太阳能电池可以大中小并举，大到百万千瓦的中型电站，小到只供一户用的太阳能电池组，这是其它电源无法比拟的分类：1. 按照基体材料分类： （1）晶硅太阳电池，包括：单晶硅和多晶硅太阳电池 （2）非晶硅太阳电池 （3）薄膜太阳电池（5） 化合物太阳电池，包括：砷化镓电池；硫化镉电池；碲化镉电池；硒铟铜电池等 （5）有机半导体太阳电池 等单晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池非晶硅太阳能电池2. 按照结构分类： 同质结太阳电池 异质结太阳电池 肖特基结太阳电池 复合结太阳电池 液结太阳电池等3. 按照用途分类： 空间太阳电池:在人造卫星、宇宙飞船