太阳能电池的应用

....引言1954年Bell试验室研发出第一个单晶硅太阳能电池.效率为6%。自此开启了太阳能电池的纪元。硅系太阳能电池已从单晶.多晶硅进展到非晶硅.从块状进展到薄膜.实现第一代到其次代的的转换。20世纪后期.各种化合物薄膜电池兴起.呈现欣欣向荣的局面。碲化镉.砷化镓.铜铟镓硒如雨后春笋般地登上舞台。有机物薄膜电池也不甘孤独.在安静了数年之后也焕发出勃勃生气。到底哪些会脱颖而出.或者说占主导地位呢？一． 太阳能电池的工作原理太阳能电池发电原理：太阳能电池是一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很多种.如：单晶硅.多晶硅.非晶硅.砷化镓.硒铟铜等。它们的发电原理根本一样.现以晶体为例描述光发电过P型晶体硅经过掺杂磷可得NPN光线照耀太阳能电池外表时.一局部光子被硅材料吸取；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PN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肯定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。晶体硅太阳能电池的制作过程：“硅”是我们这个星球上贮存最丰量的材料之一。自从19世纪科学家们觉察了晶体硅的半导体特性后.它几乎转变了一切.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.晶体硅太阳能电池是近15年来形成产业化最快的。二．各种太阳能电池的优劣1．单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池是最早实现商业化的一种太阳能电池.商业光电转换效率为16%～20%已定型,产品已广泛用于空间和地面。但用作太阳能电池的不是一般的硅.而是99.9999%的高纯硅。硅的提纯工艺简单,电耗很大,在太阳能电池生产总本钱中己超过了1/2。另外.目前冶炼的时候多用煤炭作为燃料.且用改进西门子法提纯硅时会产生大量的硅氯化合物.假设处理不当.将会造成很大的污染.这种情形在中国尤其严峻。多晶硅太阳能电池多晶硅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。因此本钱相对单晶硅来说要小.污染也降低了.但随之而来效率也降低了.商业转换效率或许在12%～13%无机薄膜太阳能电池由于高纯多晶硅价格飙升.使得晶体硅电池价格上涨.为薄膜太阳能电池带来了行业时机。薄膜太阳能电池.由于所用材料远远少于块状太阳能电池.所以本钱要远低于块状太阳能电池.固然砷化镓太阳能电池除外。多晶硅薄膜太阳能电池多晶硅薄膜太阳能电池一般承受气相沉积法制备。它所使用的硅远较单晶硅少,又无效率衰退问题,并且可以在廉价衬底材料上制备,其本钱远低于单晶硅电池,而效率高于非晶硅薄膜电池。因此,多晶硅薄膜电池将成为薄膜太阳能中进展速度最快的电池。非晶硅薄膜太阳能电池非晶硅薄膜光伏电池与单晶硅和多晶硅太阳能电池的制作方溅射法等制备。它能够在较低的温度下直接沉积在廉价衬底上.有大幅度降低本钱的潜力.适合用于建筑光伏一体化以及大型太阳能10%左右,且不够稳定,常有转换效率衰降的现象。因而非晶硅薄膜电池的进展受到制约。硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池为了查找单晶硅电池的替代品,人们除开发了多晶硅、非晶硅薄膜太阳能电池外.又不断研制其它材料的太阳能电池.以解决硅系材料普遍存在的冶炼硅污染问题。其中主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、碲化镉及铜铟镓硒薄膜电池等。上述电池中.尽管硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高.本钱较单晶硅电池低.并且也易于大规模生产.但由于镉有剧毒.会对环境造成严峻的污染.因此.并不是晶体硅太阳能电池最抱负的替代物。砷化镓太阳能电池GaAs属于III-V族化合物半导体材料.其能隙为1.4eV.正好为太阳光高吸取率的值.与太阳光谱的匹配较适合.且能耐高温.在250℃的条件下.光电转换性能仍很良好.其最高光电转换效率约30％.特别适合做高温聚光太阳电池。但这种电池制备主要承受MOVPE和LPE技术.因此本钱较高。由于镓比较稀缺.砷有毒.此种太阳电池的进展也受到影响。铜铟硒、铜铟镓硒太阳能电池铜铟硒太阳能电池是以铜、铟、硒三元化合物半导体为根本材承受真空镀膜、电沉积、电泳法或化学气相沉积法等工艺来制备.10％以上。因此是一种可与非晶硅薄膜太阳电池相竞争的太阳能电池。CIGS,是在铜铟硒太阳能电池的根底上.以镓取代局部的硒而制成。由于镓的掺入.使得带宽在1.0—1.7eV连续可调.适于太阳光的光电转换,另外.这种电池也不存在光致衰退问题。制备方法主要有共蒸发法和溅射后硒化法。目前最13%—15%左右。CIGS作为太阳能电池的半导体材料.具有价格低廉、性能良好和工艺简洁等优点.将成为今后进展太阳能电池的一个重要方向。唯一的问题是材料的来源.由于铟和硒都是比较稀有的元素.因此.这两类电池的进展又必定受到限制。无机薄膜电池尽管大大节约了电池材料.但在商业化时也面临的温度较高.少数载流子的集中长度较短。所以虽然电池的薄膜技块状电池抗衡还有很长的一段路要走。三．太阳能电池的市场分析20079008.201262％左右。而非晶硅〔a-Si〕型、串联型和CIGS12％、87％。另外.欧洲和亚洲厂商将涉足此前主要是美国厂商从事的Cde碲化镉.2012年CdTe4.41YoleDeveloppement5600840370％。在产90亚洲和欧洲.但各类型的构成比例很有特点。美洲的结晶硅型产能a-SiCIGSCdTe四． 太阳能电池与环境为更好地了解太阳能带给能源和环境的利与弊.美国罗切斯特理工学院争论小组的科学家日前表示.他们完成了有机太阳能电池的寿命周期等多项评估中的一项。争论结果显示.生产有机太阳能电池所需的总能源比生产一般无机太阳能电池的要少。为更好地了解太阳能带给能源和环境的利与弊.美国罗切斯特理工学院争论小组的科学家日前表示.他们完成了有机太阳能电池的寿命周期等多项评估中的一项。争论结果显示.生产有机太阳能电池所需的总能源比生产一般无机太阳能电池的要少。太阳能有望捧起石油能源产品的“接力棒”.担当起为人类提无法产生恒定的能量输出、大规模生产的本钱比较昂贵等。此外.关于太阳能产品对环境总体影响的信息也并不完备。该争论工程的带头人、罗切斯特理工学院可持续性博士工程的博士生安尼克·安克狄尔认为.有机太阳能电池可卷曲且重量轻.有望低本钱生产.比主要依靠无机半导体材料生产太阳能电池的技术更具优势。然而.过去关于利用有机材料生产太阳能电池技术对能源和环境影响的评估并不完整.要获得更广泛的分析.还需要更好地评估无机太阳能电池生产和使用的整体影响。在争论中.安克狄尔和同事通过评估无机太阳能技术的综合寿命.力图计算出有机太阳能电池在材料猎取、制造、大规模生产和使用中的总能耗以及对环境的影响。安克狄尔认为.过去对有机太阳能电池技术寿命进展的评估中.没有包括对有机太阳能电池里各种材料的分类计算.即没有计算无机太阳能电池的整体能量归还.也就是电池使用时产生的能量与生产时所需要的能量之比。争论人员觉察.与无机太阳能电池相比.有机太阳能电池的能量归还时间更短。争论人员表示.他们获得的数据将帮助设计人员和潜在的生产商更好地把握如何利用和提高有机太阳能电池技术；分析与其他太阳能和替代能源技术相比.有机太阳能电池技术的可行性。五．太阳能电池面临的主要问题