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1、科苑论谈太阳能电池工作原理与种类赵宏娟(中美合资哈尔滨—克罗拉太阳能电力公司,黑龙江哈尔滨150046)摘要:电能是一种高品位能量,利用、传输和分配都比较方便。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,世界各国都十分重视,其转换途径很多,有光电直接转换,有光热电间接转换等。这里重点介绍光电直接转换器件——太阳电池。关键词:太阳能电池;工作原理;种类电能是一种高品位能量,利用、传输和料进行封装。用户根据系统设计,可将太阳电分配都比较方便。将太阳能转换为电能是大规池组件组成各种大小不同的太阳电池方阵,亦模利用太阳能的重要技术基础,世界各国都十称太阳电池阵列。目前单晶硅
2、太阳电池的光电分重视,其转换途径很多,有光电直接转换,转换效率为15%左右,实验室成果也有20%有光热电间接转换等。这里重点介绍光电直接1.4太阳电池基本性质以上的。转换器件——太阳电池。1.4.1光电转换效率η%:评估太阳电池2.2多晶硅太阳电池1太阳能原理与性质好坏的重要因素。目前:实验室η≈24%,产晶硅太阳电池的生产需要消耗大量的高1.1太阳能电池发电原理业化:η≈15%。纯硅材料,而制造这些材料工艺复杂,电耗很太阳电池是一种对光有响应并能将光能1.4.2单体电池电压V:0.4V~0.6V由材大,在太阳电池生产总成本中己超二分之一。转换成电力的器件。能产生光伏效应的
3、材料料物理特性决定。加之拉制的单晶硅棒呈圆柱状,切片制作太阳有许多种,如:单晶硅,多晶硅,非晶硅,1.4.3填充因子FF%:评估太阳电池负载电池也是圆片,组成太阳能组件平面利用率砷化镓,硒铟铜等。它们的发电原理基本相能力的重要因素。低。目前太阳电池使用的多晶硅材料,多半是同,现已晶体硅为例描述光发电过程。P型几何意义用I-V曲线图来表示:含有大量单晶颗粒的集合体,或用废次单晶硅晶体硅经过掺杂磷可得N型硅,形成P-N结。料和冶金级硅材料熔化浇铸而成。其工艺过程当光线照射太阳电池表面时,一部分光子被硅是选择电阻率为100～300欧姆·厘米的多晶块材料吸收;光子的能量传递给了硅原
4、子,使电料或单晶硅头尾料,经破碎,用1:5的氢氟子发生了越迁,成为自由电子在P-N结两侧酸和硝酸混台液进行适当的腐蚀,然后用去离集聚形成了电位差,当外部接通电路时,在该子水冲洗呈中性,并烘干。用石英坩埚装好多电压的作用下,将会有电流流过外部电路产生晶硅料,加人适量硼硅,放人浇铸炉,在真空一定的输出功率。这个过程的的实质是:光子状态中加热熔化。熔化后应保温约20分钟,能量转换成电能的过程。然后注入石墨铸模中,待慢慢凝固冷却后,即1.2晶体硅太阳电池的制作过程阴影部分为负载面积,填充因子的数学得多晶硅锭。这种硅锭可铸成立方体,以便切“硅”是我们这个星球上储藏最丰富的材表达形式:
5、片加工成方形太阳电池片,可提高材制利用率料之一。自从上个世纪科学家们发现了晶体FF=(Im*Vm)(/Isc*Voc)和方便组装。硅的半导体特性后,它几乎改变了一切,甚至其中:Isc——短路电流,Voc——开路2.3非晶硅太阳电池人类的思维,20世纪末,我们的生活中处处电压,Im——最佳工作电流,Vm——最佳工非晶硅太阳电池是1976年有出现的新型可见“硅”的身影和作用,晶体硅太阳电池是作电压。薄膜式太阳电池,它与单晶硅和多晶硅太阳电近15年来形成产业化最快的。生产过程大致1.4.4标准光强与环境温度地面:AM1.5池的制作方法完全不同,硅材料消耗很少,电可分为五个步骤:a
6、.提纯过程;b.拉棒过程;光谱,1000W/m2,t=25℃。耗更低,非常吸引人。c.切片过程;d.制电池过程;e.封装过程。1.4.5温度对电池性质的影响。例如:在制造非晶硅太阳电池的方法有多种,最1.3太阳电池的应用标准状况下,AM1.5光强,t=25℃某电池板常见的是辉光放电法,还有反应溅射法、化学上世纪60年代,科学家们就已经将太阳输出功率测得为100Wp,如果电池温度升高气相沉积法、电子束蒸发法和热分解硅烷法电池应用于空间技术——通信卫星供电,上世至45℃时,则电池板输出功率就不到100Wp。等。辉光放电法是将一石英容器抽成真空,充纪末,在人类不断自我反省的过程中
7、,对于光2太阳能电池种类入氢气或氩气稀释的硅烷,用射频电源加热,伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加2.1单晶硅太阳电池使硅烷电离,形成等离子体。非晶硅膜就沉积亲切,不仅在空间应用,在众多领域中也大显单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一在被加热的衬底上。若硅烷中掺人适量的氢化身手。如:太阳能庭院灯,太阳能发电户用系种太阳电池,它的构和生产工艺已定型,产品磷或氢化硼,即可得到N型或P型的非晶硅统,村寨供电的独立系统,光伏水泵(饮水或已广泛用于空间和地面。这种太阳电池以高纯膜。衬底材料一般用玻璃或不锈钢板。这种制灌溉
