浅谈太阳能电池和铅酸蓄电池的研究现状与发展趋势

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1、浅谈太阳能电池和铅酸蓄电池的研究现状与发展趋势天津蓝天电源公司技术质量部詹鹏摘要：介绍了太阳能电池和铅酸蓄电池的研究背景、发展进程以及未来的发展趋势。简单的介绍了这两种电池的部分典型的类别，分别阐述了硅太阳能电池、化合物半导体薄膜电池、有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池、密封式阀控铅酸幫电池以及胶体电池的基本结构和工作原理。结合大量的文献报道，概述了太阳能电池和铅酸蓄电池的研究现状和发展趋势，并分析了冃而我国发展新能源的需求与环境保护的需求之间的I•办调问题。关键词：太阳能电池；密封式阀控铅酸蓄电池；硅太阳能电池；半导体薄膜；有机

2、；染料敏化；胶体电池；环境保护电池工业是新能源领域的重耍组成部分，是全球经济发展的一个新热点，2006年，美国十大科技计划中有两项为电池项目。随着世界经济的发展、人口的急剧增长以及资源的严重短缺，能源日益成为人类亟待解决的重大问题，并且可再生清洁能源成为人们开始关注的课题之一。可再生能源包括生物能、风能、潮汐能、核能以及太阳能等，其中，太阳能作为一种口J再生能源，具冇其它能源不可比拟的优点，取Z不尽、用Z不竭、安全、无污染、不受地理条件的限制等。太阳是地球上能源的根本［1］。太阳从屮心到边缘可分为核反应区、辐射区、对流区和大气层,

3、其表面的温度大约6000K。据统计，全世界一年所消耗的能源总量仅相当于太阳光照射地球45分钟的能量。因此，利用太阳能的研究和应用受到世界的重视，其中，太阳能屯池是全球最重视的研究课题之一。与此同时，铅酸蓄电池01859年被发明以后，经过150多年的发展与完善，已成为世界上应用最广泛的1一种化学电源，具有良好的可逆性、电能效率高达60%、使用寿命长、高低温性能良好、原材料丰富及造价低廉等优点。主要应用在交通运输、通讯、电力、铁路、矿山、港口、国防、计算机、科研等国民经济各个领域，是社会生产经营活动和人类生活中不可缺少的产品。在化学电

4、源中占有绝对优势。接下来，我将分别阐述太阳能电池与铅酸蓄电池的现状与发展。一、太阳能电池：太阳能电池是根据光生伏特原理，将太阳能直接转换为电能的一种半导体光电器件［2］。从1839年法国科学家Becquerel发现光伏效应至今，光电化学已经经丿力了100多年的研究历史［3］。太阳能电池目前主要分硅太阳能电池、化合物半导体薄膜电池、有机太阳能电池和染料敏化太阳能电池等。1、硅太阳能电池的发展第一个实用化的光电转换器件是单晶硅太阳能电池，是在1954年诞生于贝尔实验室，其转换效率为6%,标志着人类可以将太阳能转化成电能来使用，具冇跨时

5、代的意义。70年代，人们研制了高效硅光电池，即固态光伏电池，其光电效率达到25%,在航空器上用丁能量供给［4］。以后，人们开始研制半导体液结光化学电池，用Si,GaAs单品制成光化学电池其光电转化效率可达15%以上。到目前为止，硅系太阳能电池大致上可分为单晶硅、多晶硅和非晶硅太阳能电池,但是硅系太阳能电池的缺点是工艺条件苛刻、制造成木过咼，不利于丿2泛应用o在电池制作中，制作者一般都釆用表而织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术,开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池，使得现在单晶硅的电池工艺慢慢趋于成熟。提高转化效率

6、主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺［5］。但硅是间接带隙半导体材料，光吸收系数小，并不是理想的太阳电池材料，吸收全部的阳光对晶体硅材料必须lOOpim以上的厚度才有可能。以至于在电池制备屮，几乎50%的成本消耗在硅品片上。高纯硅材料（纯度至少是9.99998%）的制备过程耗能耗时，特别是晶体硅生长技术要求高，导致硅材料价格昂贵。硅太阳电池主要是通过大规模产业化降低成木，口前几乎90%以上的商品太阳电池是晶体硅太阳电池，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成木价

7、格居高不下，大幅度降低其成本成为制作者的一大难题。为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池的替代品，于是人们在克服以上难题的基础上发展了薄膜太阳能电池。2、化合物半导体薄膜电池1976年，随着非品薄膜SolarCell在Calson实验室的问世，化合物半导体薄膜电池拉开了帷幕。化合物半导体薄膜太阳能电池有GaAs（硼化谏）、InP（磷化钢）、CdS（硫化镉）、CdTe（佛化镉）、CuInGaSn（即CIGS,铜钢稼硒薄膜太阳能电池）等几大类。其中，CdTe是II・VI族化合物半导体，带隙1.5eV,与太阳光谱非3常匹配，最适合于光电能量

8、转换，是一种良好的PV材料，具有很高的理论效率（28%）,性能很稳定，一直被光伏界看重，是技术上发展较快的一-种薄膜电池。CdTe薄膜太阳电池是太阳能电池中最容易制造的，因而它向商品化进展最快。较高转换效率的CdTe电池就因为采用了较薄的CdS窗口