《太阳能光电转换》PPT课件

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1、今日主题：太阳能光电转换第2章太阳能引言早在1839年，法国科学家贝克雷尔（Becqurel）就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏特效应”，简称“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成了光电转换效率为4.5%的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。2.3太阳能光电转换太阳能的光电转换：是指太阳的辐射能光子通过半导体物质转变为电能的过程，称为光伏效应。太阳能电池：利用这种效应制成的一种发电器件，也叫光伏电池。2.3.1太阳能电池太阳能电池片一、太阳电池工作原理原理——光生伏特效应实质

2、——光能转换成电能光生伏特效应太阳光照在半导体PN结上，形成新的空穴-电子对，在PN结电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就形成电流。这就是光生伏特效应太阳能电池的工作原理。一、太阳电池工作原理由于半导体不是电的良导体，电子在通过PN结后如果在半导体中流动，电阻非常大，损耗也就非常大。但如果在上层全部涂上金属，阳光就不能通过，电流就不能产生，因此一般用金属网格覆盖PN结，以增加入射光的面积。N区P区一、太阳电池工作原理另外，硅表面非常光亮，会反射掉大量的太阳光，不能被电池利用。为此，科学家们给它涂上了一层反射系数非常小的保护膜，将反射损失减小到5％甚

3、至更小。一个电池所能提供的电流和电压毕竟有限，于是人们又将很多电池（通常是36个）并联或串联起来使用，形成有比较大输出功率的太阳能光电板。多晶硅晶锭晶片太阳能电池太阳能电池板应用二、太阳能电池分类太阳能电池根据所用材料的不同，可分为：晶硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、新型太阳能电池等。二、太阳能电池分类1.晶硅太阳能电池晶硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。（1）单晶硅太阳能电池优点：光电转换效率19%左右，最高的达到24％，是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的技术，也最为成熟。制作工艺一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装

4、，坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年。缺点：制作成本很大，还不能被大量普遍地使用。应用：构造和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。这种太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料。二、太阳能电池分类（2）多晶硅太阳能电池优点：制作工艺与单晶硅太阳电池差不多。制作成本比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，总的生产成本较低，得到大量发展。缺点：光电转换效率约17％左右，较低。使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。多晶硅太阳能电池的生产需要消耗大量的高纯硅材料，而制造这些材料工艺复杂，电耗很大，在太阳能电池生产总成本中己超二分之一。二、太阳能电池分类（3）非晶硅薄膜太阳能电

5、池优点：制作方法与单晶硅和多晶硅太阳电池完全不同，工艺过程大大简化，硅材料消耗很少，电耗更低，成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产。在弱光条件也能发电，有极大的潜力。缺点：光电转换效率偏低，目前国际先进水平为10％左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。二、太阳能电池分类2．多元化合物薄膜太阳能电池材料：无机盐，其主要包括砷化镓、硫化镉、碲化镉及铜铟硒薄膜电池等。砷化镓（GaAs）化合物电池：转换效率可达28%。GaAs化合物材料具有十分

6、理想的光学带隙以及较高的吸收效率,抗辐照能力强,对热不敏感，适合于制造高效单结电池。但是GaAs材料的价格不菲,因而在很大程度上限制了用GaAs电池的普及。二、太阳能电池分类硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池：效率比非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本比单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。CIS铜铟硒薄膜电池：适合光电转换，不存在光致衰退问题，转换效率和多晶硅一样。具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发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

7、类电池的发展又必然受到限制。二、太阳能电池分类3．新型太阳能电池以聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制作的研究方向。原理：利用聚合物的不同氧化还原电势，在导电材料（电极）表面进行多层复合，制成类似无机P－N结的单向导电装置。由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本底等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研