能量转换材料与器件要点.doc

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1、Cap1绪论能源的定义：凡是能够提供能量的物质或是物质的运动能源的分类：一次能源、二次能源（形成方式）含能体能源、过程能源（使用性质）清洁能源、非清洁能源（环境保护要求）可再生能源、不可再生能源（循环方式）对能量转换系统的要求：1、转换效率高2、转换速度快、能量密度大3、具有良好的负荷调节能力4、满足环境要求、经济合理太阳能转换系统的要求：1、较高的光电转换效率2、稳定的转换效率3、较低的制造成本4、简单的制造工艺5、较长的使用寿命6、较小的环境污染风能转换系统的要求：1、运转安全2、成本低3、质量轻4、便于安装运输5、对抗恶

2、劣环境的能力生物质能转换系统的要求：1、技术开发多途并进氢能转换系统的要求：1、安全储存核能转换系统的要求：1、核电站的安全防护2、核废料的处理海洋能转换系统的要求：1、建造地点海湾河口，降低建造难度和成本2、防腐防污3、正确选址，考虑潮差，地形地质，海湾建设和海洋生态能量转换与材料的关系：1、新材料能够把习用已久的能源变成新能源2、新材料可提高储能和能量转换效率3、新材料决定核反应堆的性能和安全性4、材料的组成、结构、制作和工艺决定新能源的投资与运行成本Cap2太阳能太阳能优缺点优点：1、数量巨大2、时间长久3、方便开发和利

3、用4、清洁安全无污染无危险缺点：1、分散性：能流密度低2、间断性和不稳定性3、效率低，成本高太阳的结构：里三层：核反应区、辐射区、对流区外三层：光球、色球、日冕太阳能利用方式：太阳能发电：光伏发电、光热发电、光化学发电光热利用：热水器、蒸馏器、太阳灶、干燥器动力利用：热气机、光压转轮光化学应用：光解水制氢生光应用：光合作用太阳能→生物质能光光应用：太空反光镜、太阳能激光器、光导照明太阳能电池作用原理光生伏特效应：在半导体被光照射后，产生光传导现象，如果光产生的载流子在不同的位置具有不均一性，或者由于pn结产生了内部载流子，就会

4、因扩散或漂移效应引起电子和空穴的密度分布不平衡，从而产生电力，这一现象称为光生伏特效应。（n正p负）丹倍效应：当半导体受光照不均匀时，载流子浓度分布也不均匀，从而引起载流子的扩散，如果电子比空穴扩散得快，将导致光照部分带正电，未照部分带负电，从而产生电动势，该现象称为丹倍效应。（即在表面和内部产生电位差）PEM效应：在强光照射下，沿着与光照垂直的方向对半导体施加磁场，有丹倍效应产生的扩散电流受洛伦兹力的影响，产生电子空穴电力，即在垂直于光和磁场的半导体的两端面之间产生电势。太阳能电池理论极限：28.5%、研究极限：24.7%、

5、生产效果：20%太阳能能量转换过程中的损失：1、由于材料的光电光谱效应和太阳光谱的不匹配（不可回收损失）2、由于光谱响应的有效光，由于表面反射而损失（可回收损失）3、由光吸收生成载流子中，太阳能电池的表面或背电极由于与环境的复合造成的表面复合损失4、光生载流子在半导体内的复合造成的体内复合损失5、电流流动时从电极到半导体内的电阻发生焦耳热的串联电阻损失6、光生载流子由于半导体中的内建电场产生漂移，如果超过pn结的不纯物浓度决定的扩散电位Vd，使得起始电力也得不到，叫电压因子损失单晶硅太阳能电池优点：1、转换效率高2、基本技术成

6、熟3、可靠性高制作过程：1、从原材料制作单晶硅棒2、切断单晶硅棒，加工为片状3、形成pn结，加入电极，制作为电池片改进技术：1、入射光的有效利用（表面蚀刻）2、光生载流子的收集效率改善（BSF）3、减少光生载流子的复合损失（光生活性层的膜质改善）4、减少串联电阻损失（透明电极的低电阻化，集电极的最佳化）5、减少电压因子损失（BSF）表面蚀刻：利用碱性溶液对硅片表面进行棱状凹凸的蚀刻加工处理→入射光多重反射→增加光程→增加光电流BSF：在背场将不纯物进行喷雾处理，形成p+层→侧面形成内建电场追回载流子损失→减少复合损失，同时改善

7、波长收集效率HIT太阳能电池特点：1、结构较简单，较高的转换效率2、随温度上升特性下降的问题得到一定的改善3、制作过程所需温度低，节省能源4、表面与背面的对称结构减少热膨胀引起的缝隙5、两面发电非晶硅太阳能电池：A、a-Si：H氢化非晶硅：氢原子对空间缺陷进行补偿，禁带宽度由于缓和作用提高了光吸收系数优点：1、较高的光吸收系数2、禁带宽度大，与太阳光谱匹配好3、制备工艺和设备简单问题：1、孪生复合2、空穴扩散长度小，迁移率低3、填充因子低4、性能衰减B、微晶硅：得到介于非晶和结晶中间的特性，使电阻降低铜铟镓硒太阳能电池优点：1

8、、吸收系数最高2、光谱响应最广3、转换效率很高4、实现卷到卷生产，降低生产制造成本5、抗辐照性好，可靠性好，无光致衰减6、功率密度极高电池结构：染料敏化太阳能电池工作原理：入射阳光被用化学法固定在TiO2表面的Ru增感色素所吸收，发生跃迁，电子进入TiO2传导层，Ru增感色素