光伏应用技术.ppt

1、a、1、光能先进技术的发展和关键技术的应用、2017.8、a、2、主要内容、一、光电原理、二、光电池的分类、三、硅系光电池的制造技术的介绍、五、光电应用技术的介绍、四、高性能光电池和技术3、太阳能是放射能，必须通过能量转换器转换成电能，是能把光能转换成电能的能量转换器之一，是光伏电池。 太阳能电池的物理基础是由两个不同的半导体材料构成的大面积PN结和非平衡少数载流子由PN结内的电场形成的漂移电流。 另一方面，光伏发电原理，a、4，太阳光照射到由p、n型两种不同的半导体材料构成的太阳能电池上，一部分光线被反射，一部分光线被吸收，一部分光线透过电池片。 另一方面，光伏发电原理、a、5、一、光伏发电

2、原理、吸收的光能激发被约束的电子，产生“电子-空穴”对，在PN结内的电场中电子、空穴相互运动，在电池的两端连接负载后，电流流过负载。 光一直照射着，负载上不断地流着电流。 单片太阳能电池是薄片状的半导体PN结。 在标准照明条件下，额定输出电压为0.5V左右。a、6、一、太阳能电池的基本原理、光谱响应太阳光谱中，波长不同的光的能量不同，所含光子的数量也不同。 因此，太阳能电池受到光的照射而产生的光子数也不同。 通过太阳能电池入射的光的各个波长的光能收集的光电流和光子数相对于入射到电池表面的该波长的比称为太阳能电池的分光响应。 产生太阳光发电效果的太阳光放射波长的范围一般为0.41.2um，最大灵

3、敏度为0.80.95um。、a、7、二，太阳能电池分类，a、8、8，单晶硅太阳能电池实验室最高效率： 24.7%商业化批量生产效率： 17%、多晶硅太阳能电池实验室最高效率： 20.3%商业化批量生产效率： 16%、通常的结晶硅太阳能电池，二，太阳能电池分类，a、9、9 CdTe太阳能电池的最高效率： 16.9%商业化：9-11%，非晶硅薄膜太阳能电池，最高效率： 12.8% (稳定)商业化：6-8%，下一代薄膜太阳能电池，薄膜太阳能电池，二，太阳能电池分类，a，10，结晶硅电池产业链，三，硅系太阳能电池的石英砂，石英砂， 粗硅石英砂为二氧化硅，中国储量丰富的冶炼过程简单，技术难易度低，国内粗

4、硅纯度为95-99%，可用于合金掺杂，变压器上的硅钢板，多晶硅精制，三，硅系太阳能电池技术介绍，a，12，高纯度硅，粗硅，9 Purify (精炼)精制方法三氯氢硅氢还原法(SiHCl3，改良西门子法)硅烷法(SiH4 )四氯化硅氢还原法(SiCl4 )二氯二氧化硅还原法(SiH2Cl2 )冶金法锌还原法，钠还原法为粗硅多晶硅的精制，三，硅系太阳能电池的工艺介绍，a， 13 .单晶硅棒3354直拉法，2 .多晶硅锭铸造法，注：硅的熔点为1420，多晶硅锭和单晶硅棒的直线化：粉末状的多晶硅被生产后，经过铸锭炉和单晶硅炉再熔化，加热制作冷却时间等参数控制所需的多晶硅锭和单晶硅棒，提拉、铸锭工艺、三

5、、硅系太阳能电池工艺的介绍、a、14、三、硅系太阳能电池工艺的介绍、将金属硅在真空气氛中加热熔融，用电子束加热熔融p (利然后在Ar (氩)气中溶解后，用等离子炬(Plasma Torch )除去b (硼)，凝固精制。 应用普通金属精制工序，可将金属杂质浓度降低到0.1ppmw以下。冶金法技术，a，15，4，高性能太阳能电池和技术介绍，PERL电池高效晶体硅电池PESC，PERC，PERL电池在新南威尔士大学研究了最近20年先进的电池系列，前两个子母PE(Passivated Emitter )前面钝化(选其中PERL诱导了南京电气的SE电池和尚德的PLUTO电池。 PESC (钝化发射极背接

6、触)电池于1985年上市，可以实现83%以上的填充因子和20.8%(AM1.5 )的效率。 PERC (钝化发射极反馈点接触)电池使用背面点接触代替PESC电池背面整体的铝合金接触，达到了约700mV的开路电压和22.3%的效率。 perl (passivatedemitterandrearlocally-diffused )电池是钝化发射极、背面局部扩张太阳能电池的简称。 1990年，新南威尔士大学的J.ZHAO根据PERC电池的结构和工艺，在电池背面的接触孔中采用BBr3定域扩散制作了PERL电池。 2001年，PERL电池的效率达到了24.7%，接近理论值，是迄今为止的最高记录。a、16

7、、4，高性能太阳能电池和技术介绍，a、17、4，高性能太阳能电池和技术介绍，hit (heterojunctionwithintrainsicthin-laye )高效异质结太阳能电池是1992年，Makoto Tanaka等人在三洋公司首次h 经过反复改良，100.4 cm2尺寸的硅片，HIT电池的效率已经达到了23%。 HIT电池的中间是丝绒制的n型基板硅，照射光的一侧是p型/i型(本征)非晶硅薄膜，背面是n型/i型非晶硅薄膜，前后面溅射TCO薄膜，电极是在TCO薄膜上制作的。 HIT电池的特征主要有以下几点：1 p-n结的制造是低温沉积过程(250 )，在避免了传统结晶硅太阳能电池的高温

8、扩散过程(850 )对基材的热影响的p-n结之间沉积固有的非晶硅薄层，可以有效地降低接合部的复合速度， 电池背面的n型非晶硅层与基体形成高低结，同时固有非晶硅层发挥背面的钝化作用，能够有效地降低背面的复合，能够提高电池的开路电压，3稳定性良好，不产生光衰减的4 p-n结通过薄膜沉积实现，基体HIT电池是高效太阳能电池中比较成功的一种，2011年桑欧公司的HIT电池生产能力达到了565 MW。 现在世界上有几个研究HIT电池的机构，但这表示很难再现或达成桑约公司所得到的结果。a、18、4、高性能太阳能电池和工艺介绍，a、19、4、高性能太阳能电池和工艺介绍，IBC电池是背面电极接触硅电池IBC电

9、池是背面电极接触硅电池的简称。 Sunpower开发的高效电池的特征是正面没有网格状的电极，正负极交叉排在背后。 利用点接触(Point-contact cell，PCC )和丝网印刷技术。 这种背电极的设计实现了电池正面的“零掩模”，增加了光的吸收和利用。 但是，制作工艺也很复杂，工艺难点在于p扩散、金属电极下的再扩散、激光烧结等。 2009年7月，SunPower推出了转换效率为19.3%的太阳能电池模块。a，20，4，高性能太阳能电池和工艺介绍，a，21， 4、高性能太阳能电池和工艺介绍，OECO电池的倾斜蒸发金属与硅电池接触的表面由多个排列的方形槽构成，浅的发射极n位于硅晶片的上面，上

10、面有极薄的氧化隧道层，Al电极在槽的侧面倾斜蒸镀， 之后，具有将PECVD蒸镀氮化硅用作钝化层和防反射膜OECO电池的特征： (1)电极被蒸镀在槽的侧面，有利于短路电流的提高(2)优异的MIS结构设计，能够得到高开放电压和填充因子(3)高品质的蒸镀电极接触(4)接触特性、a、22、4、高性能太阳能电池和技术介绍，a、23、4、高性能太阳能电池和技术介绍，德国Fraunhofer超薄多晶硅高效电池德国Fraunhofer太阳能电池研究所制造的多晶硅电池更新了世界多晶硅电池转换效率记录-20.3%。 该电池不仅具有局部的背面电场结构和用等离子体掩模法制造的表面织构，光学性能好，而且采用湿式氧化法而

11、不是传统的热氧化，因此在钝化效应和温度因素之间找到了合适的平衡点。 保证钝化效果，减少温度对少子寿命的影响，优化了电池性能。 该电池的另一个特点是超薄，厚度只有37um，该技术对减少多晶硅使用量具有重要意义。a、24、4、高性能太阳能电池和工艺介绍，a、25、4、高性能太阳能电池和工艺介绍，SE高效电池-国产高效硅电池SE高效电池(选择性放电SelectiveEmitter )是基于现有加工制造工艺设备和p型硅片原料的硅其转化效率平均达到17.5%，性能更稳定，主要原材料硅片材质变化的影响小。 电SE电池的技术特点是：1)用丝网印刷腐蚀剂代替传统的光刻技术，在二氧化硅层上蚀刻电极图案，一般为1

12、0%25%的氟化氢铵膏。 2 )通过三次热处理达到先再扩散后轻扩散的目的，只在再扩散区域印刷电极，即“选择性”发射器。a、26、4，高性能太阳能电池和工艺介绍，a、27、4，高性能太阳能电池和工艺介绍，石墨烯应用于太阳能电池透光性电极材料的石墨烯主要是OPCSC有机高分子太阳能电池(OPSC )， OPSC在光照射到作为混合异质结电池的OPSC中的电子供体材料时，产生激子，即电子空穴对，激子在供体与受体的界面分离，电子和空穴分别传导到两个电极形成电流。 石墨烯应用于OPSC的机制是：光入射到施主材料，施主材料P3HT/P3OT被光激发而产生电子空穴对，即激子，电子空穴对移动到施主材料与石墨烯受

13、体材料的界面后，电子被转移到石墨烯受体材料的LUMO能级空穴残留在施主材料HOMO能级的电子和空穴的分离在石墨烯受体材料中移动，最终传导到Al负极，电子和空穴分离后，空穴通过导电性聚合物PEDOT:PSS被输送到正极ITO/FTO表面，空穴和电子分别被负极和正极收集，产生电位差实现光伏效应的a，28，4，高性能太阳能电池和工艺的介绍DSSC的主要结构有三部分：包括graphenebasedtransptransparentconductingelectrodes的作用电极graphene based co TiO2- graphenecomposebasedpoostdes电解质，a、29、4

14、，高性能太阳能电池和工艺的介绍，复合石墨烯材料在太阳能电池玻璃上的应用1，亲水性，玻璃表面的自清洗作用2 .利用增透性，石墨烯的六边形结构，增加阳光的透过， 减少反射和扩散3 .在光催化剂、紫外线的作用下石墨烯具有光催化剂功能，能自分解光催化剂玻璃表面的有机物，有利于玻璃表面的净化。综合以上功能，复合石墨烯材料应用于光增透，可提高5-6%的透光率，有利于提高光模块效率。a、30、光电复合系统的工作原理：在太阳光照射下，电池模块通过光电效应产生直流电力，发电的直流电力通过总线箱连接到各自所属的逆变器上转换为三相交流电力，然后在专用的太阳光交流配电盘内汇合，集成到电网中。 五、光伏发电应用技术介绍

15、，a，31，独立发电系统：未连接公共电网的太阳能发电系统，并网发电系统：连接公共电网的太阳能发电系统，五，光伏发电应用技术介绍，a， 32光伏发电系统的构成：单晶硅太阳能电池模块的队伍-光伏发电电光阵列总线箱-电流总线总线逆变器-提供交流直流转换交流配电-升压总线、光伏发电系统的主要设备、电池模块、逆变器、总线箱、升压器、五、光伏发电应用技术的光伏应用技术介绍农光互补光电系统应用阴阳一体光电温室系统，本技术将普通温室设计在阳棚和阴棚两部分，阳棚跨度为8m，用透光性能好的材料制作，阳棚内种植绿色蔬菜，屋顶后半部分铺设太阳能电池板， 不影响绿色作物生长的阴棚跨度为4m，与阳棚之间用保温隔热壁隔开，

16、屋顶都铺上太阳能电池板，架内种上菌类和喜阴作物，两架共用保温隔热壁成为独立的系统，一架兼用，节约土地和成本，减少能源消耗、a、34、阳室绿色作物光合阳室是温室主产区，主要是绿色蔬菜、五、光发电应用技术介绍，a、35、阴室食用菌和弱光作物的呼吸作用由菌类的子实体形成，旺盛的呼吸作用，对O2的要求也急剧增加，需要提供充分的新鲜空气。 五、光电应用技术介绍，a、36，阴阳一体化温室碳氧自循环模式图，五，光电应用技术介绍，a、37、5，光电应用技术介绍，a、38、5，光电应用技术介绍， 渔光互补技术介绍调整角大范围的钢链光伏发电支架系统的太阳能发电模块固定在硬质旋转轴和调整角支撑上，其中硬质旋转轴支撑太阳能发电模块的重量，角支撑与两端的从动齿轮连接， 可以调整角部支撑高度来调整太阳光发电模块与水平面的角度，支撑部件只占很小的土地面积，大面积的光伏发电模块被支撑在空中，很少受到地形的限制，特别适合作为鱼池等受环境限制的光伏发电所的设置载体另外，固定在支架上的光伏元件可以调节角度，根据气候情况调整角度，实现辅助以渔业为基础的光伏的新型渔光互补技术，使系统整体的利益最大化，实现不同环境的土地的二次利用。 根据a、39、a、40、5、光伏发电应用技术，非逆变器光和低压直流入户系统随着新能源、新材料、信息技术和电力电子技术的发展和广泛应用，用户对电力需求、电力质量和电力可靠性等的