太陽能光伏電池

1、班級(jí)班級(jí) 能源能源141141姓名姓名 宋興發(fā)宋興發(fā)學(xué)號(hào)學(xué)號(hào) 12514062291251406229太陽能光伏電池太陽能光伏電池 主要內(nèi)容：一、序言一、序言二、太陽能光伏電池的工作原理與結(jié)構(gòu)二、太陽能光伏電池的工作原理與結(jié)構(gòu)三、太陽能光伏電池的分類三、太陽能光伏電池的分類四、太陽能光伏電池元件的陣列結(jié)構(gòu)四、太陽能光伏電池元件的陣列結(jié)構(gòu)五、太陽能光伏電池的應(yīng)用五、太陽能光伏電池的應(yīng)用六、我國的太陽能、風(fēng)能分布六、我國的太陽能、風(fēng)能分布一、序言1 1、地球每天接收的太陽能，相當(dāng)于整個(gè)世界一年地球每天接收的太陽能，相當(dāng)于整個(gè)世界一年所消耗的總能量的所消耗的總能量的200200倍。太陽每秒發(fā)出的能量

2、倍。太陽每秒發(fā)出的能量就大約相當(dāng)于就大約相當(dāng)于1.31.3億億噸標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)所釋億億噸標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)所釋放出的全部熱量。放出的全部熱量。2 2、包括風(fēng)能、海洋能等，都是太陽能的子孫、都包括風(fēng)能、海洋能等，都是太陽能的子孫、都是太陽能轉(zhuǎn)換而成。是太陽能轉(zhuǎn)換而成。3 3、太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生清潔太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生清潔能源。能源。太陽能電池是太陽能利用的重要途徑之一太陽能電池是太陽能利用的重要途徑之一v世界太陽能電池發(fā)展的主要節(jié)點(diǎn)世界太陽能電池發(fā)展的主要節(jié)點(diǎn)v1954 1954 美國貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明單晶硅太陽能電池，效率為美國貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明單晶硅太陽能電池，效率

3、為6 6v1955 1955 第一個(gè)光伏航標(biāo)燈問世，美國第一個(gè)光伏航標(biāo)燈問世，美國RCARCA發(fā)明發(fā)明Ga AsGa As太陽能電池太陽能電池v1958 1958 太陽能電池首次裝備于美國先鋒太陽能電池首次裝備于美國先鋒1 1號(hào)衛(wèi)星，轉(zhuǎn)換效率為號(hào)衛(wèi)星，轉(zhuǎn)換效率為8 8。v1959 1959 第一個(gè)單晶硅太陽能電池問世。第一個(gè)單晶硅太陽能電池問世。v1960 1960 太陽能電池首次實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。太陽能電池首次實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。v1974 1974 突破反射絨面技術(shù)，硅太陽能電池效率達(dá)到突破反射絨面技術(shù)，硅太陽能電池效率達(dá)到1818。v1975 1975 非晶硅太陽能電池問世非晶硅太陽能電池問世v1

4、978 1978 美國建成美國建成100KW100KW光伏電站光伏電站v1980 1980 單晶硅太陽能電池效率達(dá)到單晶硅太陽能電池效率達(dá)到2020多晶硅為多晶硅為14.514.5，GaAsGaAs為為22.522.5v1986 1986 美國建成美國建成6.5MW6.5MW光伏電站光伏電站v1990 1990 德國提出德國提出“20002000光伏屋頂計(jì)劃光伏屋頂計(jì)劃”v1995 1995 高效聚光高效聚光GaAsGaAs太陽能電池問世，效率達(dá)太陽能電池問世，效率達(dá)3232。v1997 1997 美國提出美國提出“克林頓總統(tǒng)百萬太陽能屋頂計(jì)劃，日本提出克林頓總統(tǒng)百萬太陽能屋頂計(jì)劃，日本提出“

5、新陽光計(jì)新陽光計(jì)劃劃”v1998 1998 單晶硅太陽能電池效率達(dá)到單晶硅太陽能電池效率達(dá)到24.724.7，荷蘭提出，荷蘭提出“百萬光伏屋頂計(jì)劃百萬光伏屋頂計(jì)劃”v2000 2000 世界太陽能電池總產(chǎn)量達(dá)世界太陽能電池總產(chǎn)量達(dá)287MW287MW，歐洲計(jì)劃，歐洲計(jì)劃20102010年生產(chǎn)年生產(chǎn)6060億瓦光伏電億瓦光伏電池池我國 1959 1959年第一個(gè)有實(shí)用價(jià)值的太陽電池誕生年第一個(gè)有實(shí)用價(jià)值的太陽電池誕生 19711971年年3 3月太陽電池首次應(yīng)用于我國第二顆月太陽電池首次應(yīng)用于我國第二顆 人造衛(wèi)星人造衛(wèi)星實(shí)踐實(shí)踐1 1號(hào)上；號(hào)上； 19731973年太陽電池首次應(yīng)用于浮標(biāo)燈上；年

6、太陽電池首次應(yīng)用于浮標(biāo)燈上； 19791979年開始用半導(dǎo)體工業(yè)廢次單晶、半導(dǎo)體年開始用半導(dǎo)體工業(yè)廢次單晶、半導(dǎo)體 器件工藝生產(chǎn)單晶硅電池；器件工藝生產(chǎn)單晶硅電池； 80“80“年代中后期引進(jìn)國外關(guān)鍵設(shè)備或成套生年代中后期引進(jìn)國外關(guān)鍵設(shè)備或成套生 產(chǎn)線我國太陽電池制造產(chǎn)業(yè)初步形成。產(chǎn)線我國太陽電池制造產(chǎn)業(yè)初步形成。辦公樓與玻璃幕墻一體化的PV太陽能屋頂系統(tǒng)二、太陽能光伏電池的工作原理與結(jié)構(gòu) 太陽光照在半導(dǎo)體太陽光照在半導(dǎo)體p-np-n結(jié)上，形結(jié)上，形成新的空穴成新的空穴- -電子對(duì)，在電子對(duì)，在p-np-n結(jié)電結(jié)電場(chǎng)的作用下，空穴由場(chǎng)的作用下，空穴由n n區(qū)流向區(qū)流向p p區(qū)，區(qū)，電子由電子由

7、p p區(qū)流向區(qū)流向n n區(qū)，接通電路后區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理能電池的工作原理 。太陽能電池的結(jié)構(gòu)三、太陽能光伏電池的分類 太陽能電池，又稱光伏器件，是一種利太陽能電池，又稱光伏器件，是一種利用光生伏特效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠骷?。用光生伏特效?yīng)把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠骷?。它是太陽能光伏發(fā)電的基礎(chǔ)和核心。它是太陽能光伏發(fā)電的基礎(chǔ)和核心。太陽能電池分類太陽能電池分類按照材料分類:1 1、硅太陽能電池：以硅為基體材料（單晶硅、多、硅太陽能電池：以硅為基體材料（單晶硅、多晶硅、非晶硅）晶硅、非晶硅）2 2、化合物半導(dǎo)體太陽能電池：由兩種或兩

8、種以上、化合物半導(dǎo)體太陽能電池：由兩種或兩種以上的元素組成具有半導(dǎo)體特性的化合物半導(dǎo)體材料制的元素組成具有半導(dǎo)體特性的化合物半導(dǎo)體材料制成的太陽能電池成的太陽能電池( (硫化鎘、砷化稼、碲化鎘、硒銦硫化鎘、砷化稼、碲化鎘、硒銦銅、磷化銦銅、磷化銦) )3 3、有機(jī)半導(dǎo)體太陽能電池：用含有一定數(shù)量的碳、有機(jī)半導(dǎo)體太陽能電池：用含有一定數(shù)量的碳碳鍵且導(dǎo)電能力介于金屬和絕緣體之間的半導(dǎo)體碳鍵且導(dǎo)電能力介于金屬和絕緣體之間的半導(dǎo)體材料制成的電池材料制成的電池( (分子晶體、電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物、高分子晶體、電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物、高聚物聚物) )單晶硅太陽電池單晶硅太陽電池特點(diǎn)：特點(diǎn)： 硅系列太陽能電池中，單晶硅的

9、光電轉(zhuǎn)換效率硅系列太陽能電池中，單晶硅的光電轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最成熟，高性能單晶硅電池是建立在最高，技術(shù)也最成熟，高性能單晶硅電池是建立在高質(zhì)量單晶硅材料和相關(guān)成熟的加工工藝基礎(chǔ)上。高質(zhì)量單晶硅材料和相關(guān)成熟的加工工藝基礎(chǔ)上。提高轉(zhuǎn)換效率主要是靠單晶硅表面微結(jié)構(gòu)處理和分提高轉(zhuǎn)換效率主要是靠單晶硅表面微結(jié)構(gòu)處理和分區(qū)摻雜工藝。單晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率無疑是區(qū)摻雜工藝。單晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率無疑是最高的，在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍舊占據(jù)主導(dǎo)最高的，在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍舊占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于受單晶硅材料價(jià)格及相應(yīng)繁瑣的電池地位，但由于受單晶硅材料價(jià)格及相應(yīng)繁瑣的電池工藝影響，致使單晶硅

10、成本居高不下，嚴(yán)重影響了工藝影響，致使單晶硅成本居高不下，嚴(yán)重影響了其廣泛應(yīng)用。其廣泛應(yīng)用。 多晶硅太陽電池特點(diǎn)：多晶硅太陽電池特點(diǎn)： 單晶硅太陽能電池的缺點(diǎn)是制造過程復(fù)雜，制造單晶硅太陽能電池的缺點(diǎn)是制造過程復(fù)雜，制造電池的能耗大。為解決這些問題，用澆鑄法或晶帶電池的能耗大。為解決這些問題，用澆鑄法或晶帶法制造的多晶硅太陽能電池的開發(fā)取得了進(jìn)展。在法制造的多晶硅太陽能電池的開發(fā)取得了進(jìn)展。在19761976年證明用多晶硅材料制作的太陽能電池的轉(zhuǎn)換年證明用多晶硅材料制作的太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率已超過效率已超過10%10%，對(duì)大晶粒的電池，有報(bào)道效率可達(dá)，對(duì)大晶粒的電池，有報(bào)道效率可達(dá)20%20%

11、。這種低成本的多晶硅太陽能電池已經(jīng)大量生產(chǎn)，。這種低成本的多晶硅太陽能電池已經(jīng)大量生產(chǎn)，目前，它在太陽能電池工業(yè)中所占的分額也相當(dāng)大。目前，它在太陽能電池工業(yè)中所占的分額也相當(dāng)大。但是多晶硅材料質(zhì)量比單晶硅差，有許多晶界存在，但是多晶硅材料質(zhì)量比單晶硅差，有許多晶界存在，電池效率比單晶硅低；晶向不一致，表面織構(gòu)化困電池效率比單晶硅低；晶向不一致，表面織構(gòu)化困難。難。非晶硅太陽能電池的優(yōu)點(diǎn)：非晶硅太陽能電池的優(yōu)點(diǎn)：1 1、非晶硅具有較高的光吸收系數(shù)，這是非晶硅材料最重、非晶硅具有較高的光吸收系數(shù)，這是非晶硅材料最重要的特點(diǎn)，也是它能夠成為低價(jià)格太陽能電池的最主要因要的特點(diǎn)，也是它能夠成為低價(jià)格太

12、陽能電池的最主要因素。素。2 2、非晶硅的禁帶寬度比單晶硅大，隨制備條件的不同約、非晶硅的禁帶寬度比單晶硅大，隨制備條件的不同約在在1.5-2.0eV1.5-2.0eV的范圍內(nèi)變化，這樣制成的非晶硅太陽能電的范圍內(nèi)變化，這樣制成的非晶硅太陽能電池的開路電壓高。池的開路電壓高。3 3、材料和制造工藝成本低、設(shè)備簡單；而且非晶硅薄膜、材料和制造工藝成本低、設(shè)備簡單；而且非晶硅薄膜厚度僅有數(shù)千埃，不足晶體硅太陽電池厚度的百分之一，厚度僅有數(shù)千埃，不足晶體硅太陽電池厚度的百分之一，大大降低了硅原材料的成本；沉積溫度為大大降低了硅原材料的成本；沉積溫度為100100300300C C。4 4、由于非晶硅

13、沒有晶體所要求的周期性原子排列，可以、由于非晶硅沒有晶體所要求的周期性原子排列，可以不考慮制備晶體所必須考慮的材料與襯底間的晶格失配問不考慮制備晶體所必須考慮的材料與襯底間的晶格失配問題。因而它幾乎可以淀積在任何襯底上，如不銹鋼、塑料題。因而它幾乎可以淀積在任何襯底上，如不銹鋼、塑料甚至廉價(jià)的玻璃襯底。甚至廉價(jià)的玻璃襯底。5 5、易于形成大規(guī)模的生產(chǎn)能力，這是因?yàn)榉蔷Ч柽m合制、易于形成大規(guī)模的生產(chǎn)能力，這是因?yàn)榉蔷Ч柽m合制作特大面積、無結(jié)構(gòu)缺陷的薄膜，生產(chǎn)可全流程自動(dòng)化，作特大面積、無結(jié)構(gòu)缺陷的薄膜，生產(chǎn)可全流程自動(dòng)化，顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。（最大顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。（最大1100mm1100m

14、m* *1250mm1250mm單結(jié)晶非單結(jié)晶非晶硅太陽電池）晶硅太陽電池）6 6、多品種和多用途，不同于晶體硅，在制備非晶硅薄膜、多品種和多用途，不同于晶體硅，在制備非晶硅薄膜時(shí)，只要改變?cè)牧系臍庀喑煞只驓怏w流量，便可使非時(shí)，只要改變?cè)牧系臍庀喑煞只驓怏w流量，便可使非晶硅薄膜改性，制備出新型的太陽電池結(jié)構(gòu)；并且根據(jù)晶硅薄膜改性，制備出新型的太陽電池結(jié)構(gòu)；并且根據(jù)器件功率、輸出電壓和輸出電流的要求，可以自由設(shè)計(jì)器件功率、輸出電壓和輸出電流的要求，可以自由設(shè)計(jì)制造，方便地制作出適合不同需求的多品種產(chǎn)品。制造，方便地制作出適合不同需求的多品種產(chǎn)品。7 7、易實(shí)現(xiàn)柔性電池，非晶硅可以制備在柔性的

15、襯底上，、易實(shí)現(xiàn)柔性電池，非晶硅可以制備在柔性的襯底上，而且其硅原子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能特殊，因此，它可以而且其硅原子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能特殊，因此，它可以制備成輕型、柔性太陽電池，易于與建筑集成。制備成輕型、柔性太陽電池，易于與建筑集成。8 8、制備非晶硅太陽能電池能耗少，約、制備非晶硅太陽能電池能耗少，約100100千瓦小時(shí)，能耗千瓦小時(shí)，能耗的回收年數(shù)比單晶硅電池短得多。的回收年數(shù)比單晶硅電池短得多。非晶硅太陽能電池的缺點(diǎn)：非晶硅太陽能電池的缺點(diǎn)： 1 1、與晶體硅相比，非晶硅薄膜太陽電池的效率相對(duì)較、與晶體硅相比，非晶硅薄膜太陽電池的效率相對(duì)較低，在實(shí)驗(yàn)室中電池的穩(wěn)定最高光電轉(zhuǎn)換效率只有低

16、，在實(shí)驗(yàn)室中電池的穩(wěn)定最高光電轉(zhuǎn)換效率只有1313左右。在實(shí)際生產(chǎn)線中，非晶硅薄膜太陽電池的效左右。在實(shí)際生產(chǎn)線中，非晶硅薄膜太陽電池的效率也不超過率也不超過1010；2 2、非晶硅薄膜太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率在太陽光的長、非晶硅薄膜太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率在太陽光的長期照射下有一定的衰減，到目前為止仍然未根本解決。期照射下有一定的衰減，到目前為止仍然未根本解決。所以，非晶硅薄膜太陽電池主要應(yīng)用于計(jì)算器、手表、所以，非晶硅薄膜太陽電池主要應(yīng)用于計(jì)算器、手表、玩具等小功耗器件中。玩具等小功耗器件中。發(fā)展趨勢(shì)： 作為非常有希望的低成本太陽能電池，開發(fā)新結(jié)構(gòu)，提高效率和穩(wěn)定性，將會(huì)使非晶硅太陽能電池在民

17、用及獨(dú)立電源系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。四、太陽能光伏電池元件的陣列結(jié)構(gòu) 太陽電池組件是將太陽光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿奶栯姵亟M件是將太陽光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿年柟獍l(fā)電裝置。多個(gè)組件經(jīng)串聯(lián)和并聯(lián)可組成發(fā)電方陽光發(fā)電裝置。多個(gè)組件經(jīng)串聯(lián)和并聯(lián)可組成發(fā)電方陣，提供較大的電功率。太陽電池組件具有單個(gè)組件陣，提供較大的電功率。太陽電池組件具有單個(gè)組件功率大，可靠性高的特點(diǎn)，可單只或組成陣列使用。功率大，可靠性高的特點(diǎn)，可單只或組成陣列使用。 整個(gè)太陽能電池由高轉(zhuǎn)換效率的單片太陽電池、抗整個(gè)太陽能電池由高轉(zhuǎn)換效率的單片太陽電池、抗老化老化EVAEVA膠膜、高透光率、高機(jī)械強(qiáng)度的鋼化玻璃和由膠膜、高透光率、高機(jī)

18、械強(qiáng)度的鋼化玻璃和由氟塑料、滌綸復(fù)合而成的氟塑料、滌綸復(fù)合而成的Tedlar(TPT)Tedlar(TPT)背膜組成。這些背膜組成。這些元件在真空下加熱層壓成為一個(gè)整體，最后經(jīng)安裝陽元件在真空下加熱層壓成為一個(gè)整體，最后經(jīng)安裝陽極化防腐鋁合金邊框和接線盒，成為組件成品。具有極化防腐鋁合金邊框和接線盒，成為組件成品。具有效率高、壽命長、安裝方便、抗風(fēng)、抗冰雹能力等特效率高、壽命長、安裝方便、抗風(fēng)、抗冰雹能力等特性。性。太陽能光伏電池陣列結(jié)構(gòu)五、太陽能電池的應(yīng)用 上世紀(jì)上世紀(jì)6060年代，科學(xué)家們就已經(jīng)將太陽電池應(yīng)用于空間年代，科學(xué)家們就已經(jīng)將太陽電池應(yīng)用于空間技術(shù)技術(shù)通信衛(wèi)星供電，上世紀(jì)末，在人

19、類不斷自我反省的通信衛(wèi)星供電，上世紀(jì)末，在人類不斷自我反省的過程中，對(duì)于光伏發(fā)電這種如此清潔和直接的能源形式已愈過程中，對(duì)于光伏發(fā)電這種如此清潔和直接的能源形式已愈加親切，不僅在空間應(yīng)用，在眾多領(lǐng)域中也大顯身手。如：加親切，不僅在空間應(yīng)用，在眾多領(lǐng)域中也大顯身手。如：太陽能庭院燈、太陽能發(fā)電戶用系統(tǒng)、村寨供電的獨(dú)立系統(tǒng)、太陽能庭院燈、太陽能發(fā)電戶用系統(tǒng)、村寨供電的獨(dú)立系統(tǒng)、光伏水泵（飲水或灌溉）、通信電源、石油輸油管道陰極保光伏水泵（飲水或灌溉）、通信電源、石油輸油管道陰極保護(hù)、光纜通信泵站電源、海水淡化系統(tǒng)、城鎮(zhèn)中路標(biāo)、高速護(hù)、光纜通信泵站電源、海水淡化系統(tǒng)、城鎮(zhèn)中路標(biāo)、高速公路路標(biāo)等。歐美

20、等先進(jìn)國家將光伏發(fā)電并入城市用電系統(tǒng)公路路標(biāo)等。歐美等先進(jìn)國家將光伏發(fā)電并入城市用電系統(tǒng)及邊遠(yuǎn)地區(qū)自然界村落供電系統(tǒng)納入發(fā)展方向。太陽電池與及邊遠(yuǎn)地區(qū)自然界村落供電系統(tǒng)納入發(fā)展方向。太陽電池與建筑系統(tǒng)的結(jié)合已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì)。建筑系統(tǒng)的結(jié)合已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì)。 v用戶太陽能電源用戶太陽能電源1.1.小型電源小型電源10-100W10-100W不等，用于邊遠(yuǎn)無電地區(qū)如高原、不等，用于邊遠(yuǎn)無電地區(qū)如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機(jī)等電視、收錄機(jī)等 太陽能電源太陽能電源 太陽能逆變器太陽能逆變器2. 3-5KW2. 3-5KW家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；3.3.光伏水泵：解決無電地區(qū)的深水井飲用、灌溉光伏水泵：解決無電地區(qū)的深水井飲用、灌溉v 交通領(lǐng)域交通領(lǐng)域 如航標(biāo)燈、交通如