太阳能光伏电池及应用研究 毕业设计

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1、太阳能光伏电池及应用研究第一章太阳能光伏电池1、1太阳能光伏电池的发展背景人类在21世纪面对的最大困难是什么?答案是不可再生能源的日渐减少和环境污染的日益严重。如何解决这一对难题成为困扰世界经济发展的首要任务。各种可再生能源的优越性日渐突出,于是人们将目光纷纷投向了太阳。太阳时时刻刻都在向地球发送着能量,并且这种能量是取之不尽,用之不竭的。如果仅仅将太阳发射到地球的总辐射功率换算成电功率，可以高达1.77*1012千瓦，比目前全世界平均消费电力还要大数亿倍。太阳能不但数量巨大,而且源于太阳的各种绿色能源，如:风能、潮汐能、生物质能、水力能都属于可再生能源，只要有太

2、阳的存在,能源就像阳光一样源源不断。太阳能的利用有很多种，可以利用光的热效应,将太阳辐射转化成热能；也可以利用光的伏特效应，将太阳辐射直接转换成电能等。在太阳能的有效利用中，太阳能的光电利用成为近些年发展最快、最具活力的研究领域。太阳能光伏电池的研究发展也日益迅速起来。太阳能电池是利用太阳光和材料相互作用直接产生电能，不需要消耗燃料和水等物质,使用中不释放包括二氧化碳在内的任何气体，是对环境无污染的可再生能源。这对改善生态环境、缓解温室气体的有害作用具有重大意义。因此太阳能电池有望成为21世纪的重要新能源。1、2太阳能光伏电池简介作为太阳能电池工作基本原理的光伏效

3、应(PhotovoItaicEffect缩写PV)是1839年被发现的。由太阳光的光量子与材料相互作用而产生电势，从而把光的能量转换成电能，此种进行能量转化的光电元件称为太阳能电池(SolarCell),也可称之为光伏电池。1、3太阳能光伏电池的发展1954年Bell实验室研发出第一个太阳能电池，不过由于效率太低，造价太高,缺乏商业价值。随着航天技术的发展，使太阳能电池的作用不可替代，太阳能电池成为太空飞行器中不可取代的重要部分。1958年3月发射的美国Vanguard1号上首次装设了太阳能电池。1958年5月苏联发射的第3颗人造卫星上也开始装设太阳能电池。到19

4、69年美国人登陆月球，这使得太阳能电池的发展达到了第1个巅峰期。此后，几乎所有发射的人造天体上都装设太阳能电池。20世纪70年代初期,由于中东战争，石油禁运，使得工业国家的石油供应中断，出现了“能源危机”，人们开始认识到不能长期依靠传统能源。特别是近年来地面能源面临的矿物燃料资源的减少与环境污染的问题，于是太阳能电池的应用已被提上了各国政府的议事日程。1990年以后，太阳能的发展开始与民用电相结合，与市电并联型太阳能电池发电系统开始推广，太阳能电池不断有新的结构与制造技术被研发出来。1、4太阳能光伏电池的分类至今太阳能电池已经发展到了第2代。第1代太阳能电池包括单

5、晶硅和多晶硅2种，工业化产品效率一般为13%～15%，目前可工业化生产、可获得利润的太阳能电池就是指第1代电池。但是由于生产工艺等因素使得该类型的电池生产成本较高。第2代太阳能电池是薄膜太阳能电池，其成本低于第1代，可大幅度增加电池板制造面积，但是效率不如第1代。在将来的第3代太阳能电池应该具有以下特征:薄膜化、高效率、原材料丰富和无毒性。可望实现的第3代电池效率的途径包括:叠层电池、多带光伏电池、碰撞离化、光子下转换、热载流子电池、热离化、热光伏电池等。太阳能电池(光伏)材料主要包括:产生光伏效应的半导体材料、薄膜用衬底材料、减反射膜材料、电极与导线材料、组件封

6、装材料等。其中用来制作太阳能电池所用的半导体材料有元素半导体、化合物半导体和各种固体溶体。从半导体材料使用的形态来看，有晶片、薄膜、外延片。按化学组成及产生电力的方式，太阳能电池可分为无机太阳能电池、有机太阳能电池和光化学电池3大类。按形态分可以分成块状光伏电池和薄膜光伏电池2大类。块状光伏电池一般指晶体硅太阳能电池，主要包括单晶硅、多晶硅。其电池发电层的厚度一般在250～450um之间，其光电转化率一般为13%～15%。目前空间用的太阳能电池中单晶硅电池占重要地位，在今后几十年内仍具有重要地位。薄膜光伏电池，主要包括硅薄膜型、化合物半导体薄膜型以及新材料薄膜型。

7、其薄膜厚度一般在2～3mm。非晶硅太阳能电池是20世纪70年代中期发展起来的一种新型薄膜太阳能电池，其最大的特点是在降低成本方面有很大的优势，便于大面积连续生产等优点。其应用市场，一是弱光电池市场，二是功率型应用市场。1、5太阳能光伏电池在国内外的发展自20世纪80年代以来太阳能光伏产业得到了迅速发展，全球光伏市场每年以30%～40%的速度持续高速增长。我国太阳能光伏电池的年产量约为3MW，生产能力约为5～8MW累计用量约为15MW，同国外相比有很大差距，光伏发电产业生产规模小，技术水平低，生产成本高，市场培育迟缓，其总体水平落后国外约10年。2004年全世界光伏

8、组件产量为