太阳能电池概述

太阳能电池概述

姓名：高杨班级：0812班学号：0808090533

日期：2009.4.72/6/20231主要内容研究背景及其发展太阳能电池的原理太阳能电池的种类太阳能电池的前景

2/6/202321.研究背景传统化石能源→不可再生、环境污染、能源枯竭可再生能源：风能、地热能、水能、潮汐能、太阳能等↓资源丰富、利用方便、洁净无污染石油煤天然气其他世界的能源结构能源结构调整太阳能利用的重要途径之一是研制太阳能电池！每年排放的二氧化碳达210万吨化石能源开采高峰2020~2030年2/6/20233

1839年，法国科学家贝克雷发现，光照能使半导体材料的不同部位产生电位差，这种现象被称为“光伏效应”。1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制了实用的单晶硅太阳能电池，诞生了从太阳光能转化为电能的实用光伏发电技术。一套基本的发电系统是由太阳能控制板，充电控制器，逆变器和蓄电池构成。近10多年来，在石油的开采量日渐见底和生态环境日益恶化这两大危机的夹击下，各国竞相开发各种光电新技术和光电新型材料，以扩大太阳能应用的领域。人们越来越期待“太阳能时代”的到来。在欧美一些先进国家，目前正在广泛开展应用“光电玻璃幕墙制品”，这是一种太阳能转换硅片密封在（犹如夹层玻璃）双重钢化玻璃中，安全的实现了从太阳能转换成电能的一种新型建材。美国的“光伏建筑计划”，欧洲的“百万屋顶光伏计划，日本的“朝日计划”以及我国开展的“光明工程”将在建筑领域掀起节能环保生态建材的开发应用热潮，极大的促进了太阳能电池在新型建材产品中的应用。2/6/202342.太阳能电池的发展2.1太阳能电池行业发展概况

全球太阳能电池产业1994－2004年10年里增长了17倍，2005年总产量1656WM，同比增长38.7％，总产量已超过2300MW，累计装机发电容量已超过5GW，2005年，世界光伏市场安装量同比增长34％，达到1460WM，其中德国占全世界的57％，日本约占20％，美国约为7％，2010年全球太阳能电池产量将达到4.5GW，市场将达到186－231亿美元，年安装容量将达3.2－3.9GW，预计2006－2010年光伏产业需求的年均增长率约23.8％。

太阳能电池生产主要分布日本、欧洲和美国，2005年产量占比为日本46％、欧洲28％、美国9％、其他17％，中国已成为第四大生产国，2005年前10大厂商为Sharp、QCells、Kyocera、BPSolar、Sanyo、MitsubishiElectric、RWE、ShellSolar、Motech、Suntech，占总产量的89％，最大的生长商夏普2005年产量预计达450MW，增长2.7倍，产能将达600MW，占全球1/4以上。

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太阳能电池技术研发的热点是以晶硅材料为基础的高效电池和薄膜电池，澳大利亚新南威尔士大学高效单晶硅电池效率已达24.7％，美、日、德已达到20％以上；澳大利亚新南威尔士大学多晶硅电池效率已突破19.8％，美、德等达到18％以上，薄膜电池的研究主要集中在非晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜、CdTe、CIS上，非晶硅薄膜电池实验室稳定效率已突破13.0％，CdTe电池效率达到15.8％，CIS电池效率18.8％，多晶硅薄膜电池的研究工作发展迅速，已成为世界关注的新热点。2/6/20236

2.2我国太阳能电池发展状况

我国的光伏特发电应用始于20世纪70年代，在20世纪末，我国的太阳能电池的研究和生产处于基础和小规模阶段，然而进入21世纪，已建成7个初具规模的光伏电池生产厂，光伏电池组件的年生产能力为4.5MW左右，其中，单晶硅电池为2.5MW，非晶硅电池为2MW，但多晶硅电池只有少量的中试产品，远远满足不了需要。我国太阳能电池产业水平，除少数企业进入国际一流行业且部分技术国际领先外，整体研发和大生产技术与国际先进水平尚有差距，但差距不大。拥有的技术和专利集中在少数企业，相当多的企业缺乏创新能力。

2/6/20237表1.我国部分太阳能电池生产企业及规划能力企业（公司）名称主要产品产能（MW）规划（MW）上海太阳能科技股份电池片（组件）0（100）100（100）上海交大泰阳电池片（组件）160（100）宁波太阳能电池片550无锡尚德电池片（组件）120（50）420（360）河北保定英利太阳能电池片60500云南天达电池片10120南京中电集团电池片30600新疆新能源电池片15100（100）江苏林洋电池片（组件）（25）100（100）无锡尚品电池片（组件）（15）25（50）2/6/20238

以硅P-N结太阳能电池为例，简要说一下太阳能电池的工作原理。当有适当的光照射到P-N结太阳能电池上后，由于光伏效应而在势垒两边产生了电动势。因而光伏效应是半导体电池实现光电转换的的理论基础，也是某些光电器件的赖以工作的最重要的物理效应。

图1：无光照与有光照时的P-N结能带3.太阳能电池的基本原理2/6/20239由

由于pn结势垒区内存在较强的内建电场（由n区指向p区），结两边的光生少数载流子受该场的作用，各自向相反方向运动：p区电子穿过pn结进入n区；n区的空穴进入p区，使p端电势升高，n端电势降低，于是在pn结两端形成了光生电动势，这就是pn结的光生伏特效应。由于光照在pn结两端产生光生电动势，相当于在pn结两端加正向电压V，产生正向电流I。在pn结开路的情况下，光生电流和正向电流相等时，pn结两端建立起稳定的电势差V（p区相对于n区是正的），这就是光电池的开路电压。如将pn结与外电路接通，只要光照不停止就会有源源不断的电流通过，pn结起到了电源的作用。这就是光电池的基本原理。如图所示：2/6/202310图2：太阳能电池的发电原理2/6/2023114.太阳能电池的种类按照所用材料的不同：无机太阳能电池半导体硅(单晶、多晶、非晶、复合型等）化合物半导体（GaAs、CuInSe2、CdTe、InP等）有机太阳能电池有机半导体（酞菁锌、聚苯胺、聚对苯乙炔等）光化学太阳能电池（纳米TiO2等）2/6/2023124.1无机太阳能电池4.1.1单晶硅太阳能电池

单晶硅太阳能电池因为资源丰富转换效率高，所以是现在开发最快的产业。但因制造工艺复杂，需消耗大量能源，所以成本高，能源回收周期长。单晶硅太阳能电池的制作过程如图所示：图3：单晶硅薄片制造工序2/6/202313图4：单晶硅电池工序2/6/202314

4.1.2多晶硅太阳能电池

多晶硅材料则是由许多单晶颗粒（颗粒直径为几微米至几毫米）的集合体。各个单晶颗粒的大小，晶体取向彼此各不相同。多晶硅与单晶硅的主要差别在于多晶硅内存在许多晶粒间界。为了尽可能的减小晶粒间界的影响，使多晶硅太阳能电池具有合适的光电转换性能，通常多晶硅是选用太阳能电池级以上纯度的硅料，经过烧铸或晶带法得到。其电池的制造工艺基本上与单晶硅太阳能电池类似。2/6/2023154.1.3非晶硅薄膜太阳能电池

晶体硅太阳能电池是由硅晶体为衬底，通过扩散的方式在其表面形成pn结来制作太阳能电池，这种电池需要耗费大量的硅晶体，而硅晶体的制作需要耗费大量的能源，能源回收周期较长。薄膜太阳能电池正是克服这一缺点应运而生的，它是在玻璃或不锈钢基体上通过化学或物理方法淀积硅薄膜并形成pn结而制作的太阳能电池。这种方法材料成本远低于硅晶体电池，许多材料都可以作为基体材料，甚至可以采用聚合材料制作成所谓的柔性太阳能电池。非晶硅太阳能电池的基本结构与制作工艺如图所示：2/6/202316图5：薄膜太阳能电池的基本结构图6：薄膜太阳能电池的基本工序2/6/2023174.1.4纳米太阳能电池

传统太阳能供电系统的投资回报周期较长。由于太阳能产品较高的价格，太阳能供电系统的安装费用通常相当于4～5年的供电收入，即太阳能供电系统在安装并运行供电4～5年之后，才能收回成本并开始获得纯收益。通过纳米技术，可以将太阳能光电转换电路印制在可卷曲的薄膜材料上，将接受的太阳能转换为电能，这种新型技术以塑料为生产原料，这样就不需承担由晶体硅材料高价格而导致的高成本。使用上述的纳米太阳能技术，将光电转换电路印制在塑料薄膜材料上制成太阳能电池片，不仅使生产速度提高，而且印制的电路线宽仅有头发直径的十万分之一，制成的太阳能电池片可以收集更多的太阳能转换为电能。也就是说，纳米太阳能电池片的发电能力比传统的硅材料太阳能电池片更强。2/6/2023185.太阳能电池的发展前景材料与器件结构的研究与开发各种太阳能电池材料研究杂质与缺陷的转换效率及稳定性影响使用薄膜技术和剥离技术。大规模生产技术的开发跟踪与聚光储电及并网发电结合并网发电已占50%以建成多个兆瓦级的电站，100MW规模VS太阳能热发电站与建筑物结合架设太阳电池组件日本：1994-2000年2万套屋顶光伏系统185MW；七万屋顶计划280M美国：1997-2010年百万屋顶计划3025MW发电成本6美分集成在建筑材料上曲线形屋顶瓦、垂直幕墙、窗用玻璃2/6/202319总结太阳能电池在航天技术发展中有着不可替代的作用。由于材料与器材结构的研究与开发,太阳电能池的地面应用