光伏技術(shù)回顧綠色可再生能源

1、光伏技術(shù)回顧，綠色可再生能源天然氣、石油等不可再生能源資源有限，以及對(duì)核電的抵抗力日 益增強(qiáng)，對(duì)保護(hù)爭(zhēng)議和放射性廢物中和的擔(dān)憂引發(fā)了對(duì)平安、清潔和 最重要的考慮因素的超越要求，可再生能源能源。光伏(PV)技術(shù)提出 了類(lèi)似的解決方案，并且以前已使用多年。起初，光伏發(fā)電用于衛(wèi)星 和飛機(jī)發(fā)電，后來(lái)用于家庭或工業(yè)公用事業(yè)。人口爆炸，尤其是在與國(guó)家電網(wǎng)無(wú)關(guān)的離網(wǎng)村莊地區(qū)尤其嚴(yán)重， 是支持光伏技術(shù)開(kāi)展的又一因素。PV電池作為工業(yè)/家庭應(yīng)用的替代 電源的實(shí)用性受到社會(huì)對(duì)當(dāng)今興旺生活水平的關(guān)注以及人類(lèi)節(jié)省盧 比的傾向的推動(dòng)。與此同時(shí)，環(huán)境和人類(lèi)健康也需要得到保護(hù)。它可 以通過(guò)使用對(duì)環(huán)境友好的光伏技術(shù)產(chǎn)生的電力

2、來(lái)獲得，而不是使用會(huì) 產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的氣體的不可再生化石燃料。巨大的光伏潛力增加了對(duì)光伏系統(tǒng)連續(xù)性和行使以解決世界電 力缺乏的研究興趣。這些不僅影響了光伏電池效率的提高和能源本錢(qián) 的充分降低，還影響了新型光伏材料和新型光伏電池結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)。生 產(chǎn)能力的提高和新的廉價(jià)光伏技術(shù)使這一開(kāi)展在當(dāng)前的能源生產(chǎn)情 景中成為可能。目前，對(duì)于太陽(yáng)能電池的未來(lái)開(kāi)展，有許多有希望的 替代品可供使用。太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的高本錢(qián)/峰值功率阻礙了太陽(yáng)能 電池的商業(yè)化。此外，科學(xué)家們多年來(lái)一直在努力提高太陽(yáng)能電池的 性能、本錢(qián)效益和可靠性，這仍然是一個(gè)大問(wèn)題。因此，國(guó)家機(jī)構(gòu)關(guān)于改善能源平安和多樣性、減少溫室氣體排放和提高技術(shù)改

3、進(jìn)水平的政策目標(biāo)在過(guò)去幾年催生了光伏技術(shù)。太陽(yáng)能照明太陽(yáng)是大局部能量的核心，它保護(hù)著這個(gè)星球上的生命，并產(chǎn)生 必要的引力，使地球保持在一個(gè)幾乎圓形的軌道上。它的質(zhì)量為 1.99x1030kg,半徑為6. 96x108m9。地球和太陽(yáng)之間的距離，即R 接近1.5x1011m。一個(gè)方便的表示成認(rèn)太陽(yáng)的形狀是球形的，太陽(yáng)輻 射光譜靠近溫度（外表）接近6000K的黑體。H （氫）核聚變成He （氮） 產(chǎn)生的能量負(fù)責(zé)維持外表溫度。太陽(yáng)的內(nèi)部溫度約為107K。由于內(nèi)部 溫度非常高，外表會(huì)向各個(gè)方向照射EMW （電磁波）。當(dāng)太陽(yáng)輻射通過(guò) 地球大氣層進(jìn)入時(shí)，光譜分布發(fā)生了很大變化。由于灰塵顆粒和其他 分子的散

4、射以及H20 （蒸汽）、03或C02等各種氣體的吸附，太陽(yáng)光 的強(qiáng)度減弱了 30%o空氣質(zhì)量（AM）由于太陽(yáng)的不斷重新排列和大氣輻射路徑的相關(guān)變化，減少的程 度變化很大。通過(guò)表示空氣質(zhì)量數(shù)（AMm）可以簡(jiǎn)單地描述這些類(lèi)型的 效果。太陽(yáng)和地表之間影響太陽(yáng)光照強(qiáng)度和太陽(yáng)輻射分布的空氣質(zhì)量 稱(chēng)為空氣質(zhì)量。它是相對(duì)于天頂點(diǎn)穿過(guò)大氣的輻射路徑長(zhǎng)度的比擬 （圖1.2）;天頂點(diǎn)定義為900處的向上路徑長(zhǎng)度（垂直）并表示為AM1o因此，AM1是太陽(yáng)直接在頭頂并穿過(guò)大氣層時(shí)地球上太陽(yáng)光和照 度的分布。AM0是大氣外輻射和光照強(qiáng)度的分布。氣團(tuán)0意味著在地 球大氣層之上以及天頂點(diǎn)。光伏電池在AM1.5處處理，與太陽(yáng)

5、成48. 2 角從天頂點(diǎn)處理，溫度為25 Co如果給定一個(gè)角度0,關(guān)于頭頂位 置，AM取值A(chǔ)Mm,在這個(gè)值中，空氣質(zhì)量數(shù)m表示為m=1/cos 8 ,這 樣測(cè)量大氣路徑長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于路徑太陽(yáng)絕對(duì)在頭頂時(shí)的長(zhǎng)度。AM2是太 陽(yáng)在地平線正上方60. 1角時(shí)的陽(yáng)光。最廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)是1.5AM（角度0=48.2 ）的太陽(yáng)光譜分布。該標(biāo)準(zhǔn)允許對(duì)在不同地點(diǎn)處理 的各種PV電池進(jìn)行重要比擬。溫度為25 Co如果給定一個(gè)角度6 , 關(guān)于頭頂位置，AM取值A(chǔ)Mm,在這個(gè)值中，空氣質(zhì)量數(shù)m表示為m=1/cos 9 ,這樣測(cè)量大氣路徑長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于路徑太陽(yáng)絕對(duì)在頭頂時(shí)的長(zhǎng)度。AM2 是太陽(yáng)在地平線正上方60. 1角時(shí)的陽(yáng)

6、光。最廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)是 1.5AM （角度0=48. 2 ）的太陽(yáng)光譜分布。該標(biāo)準(zhǔn)允許對(duì)在不同地點(diǎn) 處理的各種PV電池進(jìn)行重要比擬。溫度為25 Co如果給定一個(gè)角 度8,關(guān)于頭頂位置，AM取值A(chǔ)Mm,在這個(gè)值中，空氣質(zhì)量數(shù)m表示 為m=1/cose ,這樣測(cè)量大氣路徑長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于路徑太陽(yáng)絕對(duì)在頭頂時(shí) 的長(zhǎng)度。AM2是太陽(yáng)在地平線正上方60. 1 角時(shí)的陽(yáng)光。最廣泛使用 的標(biāo)準(zhǔn)是1.5AM （角度8=48. 2 ）的太陽(yáng)光譜分布。該標(biāo)準(zhǔn)允許對(duì)在 不同地點(diǎn)處理的各種PV電池進(jìn)行重要比擬。AM2是太陽(yáng)在地平線正 上方60.1角時(shí)的陽(yáng)光。最廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)是1.5AM（角度。=48.2 ） 的太陽(yáng)光譜分布

7、。該標(biāo)準(zhǔn)允許對(duì)在不同地點(diǎn)處理的各種PV電池進(jìn)行 重要比擬。AM2是太陽(yáng)在地平線正上方60.1 角時(shí)的陽(yáng)光。最廣泛使 用的標(biāo)準(zhǔn)是1.5AM （角度8=48.2 ）的太陽(yáng)光譜分布。該標(biāo)準(zhǔn)允許對(duì) 在不同地點(diǎn)處理的各種PV電池進(jìn)行重要比擬。光伏電池（太陽(yáng)能電池）PV電池的一個(gè)例子是pn結(jié)半導(dǎo)體，它通過(guò)PV效應(yīng)（光伏效應(yīng)）將太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)化為電能。無(wú)論光源是太陽(yáng)照明還是人造光源，太陽(yáng)能電池都被認(rèn)為是感光的。太陽(yáng)能電池的工作主要取決于以下步歌：光子的吸收和電荷載流子的產(chǎn)生；電子-空穴對(duì)(激子)的別離；將載流子傳輸?shù)絇V電池的各個(gè)電極，然后將載流子提取到外部電路。光伏電池的起源：光伏電池技術(shù)的開(kāi)展是為了制造廉

8、價(jià)、高功率轉(zhuǎn)換效率和環(huán)境穩(wěn) 定的光伏電池，這是傳統(tǒng)能源發(fā)電的絕佳替代品。研究正在進(jìn)行，以 實(shí)現(xiàn)這些指導(dǎo)光伏電池制造中的新材料和新技術(shù)創(chuàng)造的最高目標(biāo)。PV 電池根據(jù)其在商業(yè)中的出現(xiàn)順序分為3個(gè)主要類(lèi)別，稱(chēng)為世代。第一代該組中的PV電池通常由Si (硅)襯底構(gòu)成。貝爾實(shí)驗(yàn)室于1954 年生產(chǎn)出第一塊硅光伏電池，其功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)為6%。最終，關(guān) 于提高PCE和降低光伏電池本錢(qián)的研究已經(jīng)取得了巨大的成功。SiPV 電池是所有PV電池中使用最廣泛的，考慮到PV設(shè)備中的單晶太陽(yáng)能 電池，這些是最有效的。除此之外，硅是地球上最豐富的物質(zhì)之一。 這種類(lèi)型的光伏電池是應(yīng)用最廣泛的太陽(yáng)能電池，PCE最高可

9、達(dá)28%。 有3種類(lèi)型的硅，用于第一代PV電池：非晶型硅(a-Si)、單晶型硅 (c-Si)和多晶型硅(m-Si)。然而，c-Si并不具有本錢(qián)效益，并且還與 復(fù)雜的制造工藝有關(guān)。第二代它也被稱(chēng)為薄膜光伏電池。為了降低現(xiàn)有基于硅的工程的制造成 本，以提高材料的實(shí)用性，薄膜已成為大量研究的中心。第2代材料 經(jīng)過(guò)改進(jìn)，可以降低光伏電池的生產(chǎn)本錢(qián)，而不會(huì)影響其輸出功率。 有三種類(lèi)型的材料被提名為第二代光伏電池的優(yōu)秀候選材料，即非晶 硅（氫化）（a-Si :H）、蹄化鎘（CdTe）和二硒化銅錮銀（CIGS）。CdTe 和CIGS單電池的最高注冊(cè)PCE分別為17%和20%。盡管薄膜光伏電池 由于降低了本錢(qián)

10、和出色的效率而在第一代光伏電池上具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)， 但它們幾乎沒(méi)有漏洞。構(gòu)成第二代電池的許多材料都變得極為稀有, 而且本錢(qián)效益不高（In）或劇毒（Cd）。對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)，這些光伏電池 也需要新技術(shù)，這將有效地增加生產(chǎn)本錢(qián)。由于這些不便，已促使新 一代的PV電池。第三代第三代太陽(yáng)能電池在開(kāi)展過(guò)程中結(jié)合了新的理論。這些理論是為 了解決以上幾代光伏電池面臨的挑戰(zhàn)，主要是第一代的生產(chǎn)本錢(qián)高、 毒性大以及第二代的材料可用性有限。這一新一代結(jié)合了量子點(diǎn)/有 機(jī)/鈣鐵礦/聚合物/混合納米聚合物/染料敏化（DSSC）光伏電池。有機(jī) 光伏電池（0PV）使用聚合物作為替代無(wú)機(jī)半導(dǎo)體（即薄膜）的廉價(jià)材 料。第三代是所有其

11、他光伏電池后代中最具本錢(qián)效益的。DSSC獲得的 PCE為11%,聚合物太陽(yáng)能電池為8%。這說(shuō)明0PV的PCE通常非常差。 更遠(yuǎn)，0PV在工程上是不興旺的技術(shù)，其擴(kuò)展應(yīng)用受到與其在不同環(huán) 境條件下降解相關(guān)的各種穩(wěn)定性問(wèn)題的限制。因此，0PV和DSSC相 對(duì)較低，以使這些電池在商業(yè)業(yè)務(wù)中具有競(jìng)爭(zhēng)力。在光伏工程師的不 斷努力下，Miyasaka在el. 2006年。這種新型材料的注冊(cè)PCE最高， 為19. 3%o這些混合光伏電池（如PSC）之所以被歸類(lèi)，是因?yàn)樗鼈?的吸收層基本上由有機(jī)金屬物質(zhì)組成。0PV和DSSC相對(duì)較低，使這 些電池在商業(yè)業(yè)務(wù)中具有競(jìng)爭(zhēng)力。在光伏工程師的不斷努力下， Miyasa

12、ka在el. 2006年。這種新型材料的注冊(cè)PCE最高，為19.3%。 這些混合光伏電池（如PSC）之所以被歸類(lèi)，是因?yàn)樗鼈兊奈諏踊?本上由有機(jī)金屬物質(zhì)組成。0PV和DSSC相對(duì)較低，使這些電池在商 業(yè)業(yè)務(wù)中具有競(jìng)爭(zhēng)力。在光伏工程師的不斷努力下，Miyasaka在 el.2006年。這種新型材料的注冊(cè)PCE最高，為19.3%。這些混合光 伏電池（如PSC）之所以被歸類(lèi)，是因?yàn)樗鼈兊奈諏踊旧嫌捎袡C(jī) 金屬物質(zhì)組成。這項(xiàng)工作主要集中在有機(jī)無(wú)機(jī)鈣鈦礦上，也可以限于兩種特定類(lèi) 型，稱(chēng)為FASM3 （甲瞇碘化錫）和LaV03 （銳酸鋰）。動(dòng)機(jī)在今天的情況下，PSC被認(rèn)為是混合光伏電池的優(yōu)秀候選者，這

13、 歸因于它們的低溫處理、強(qiáng)光吸收、低非輻射復(fù)合率和低生產(chǎn)本錢(qián), 以及它們利用多年增量的能力相關(guān)的DSSC和OPVo文獻(xiàn)中的最新結(jié) 果說(shuō)明，需要?dú)庀嗪腿芤撼练e技術(shù)來(lái)生產(chǎn)用于Pb （鉛）基鈣鈦礦的質(zhì) 量更好的薄膜和高PCE（71215%）的光伏器件。然而，在使用 CH3NH3Pbl3 （甲基碘化鉛）的最有效太陽(yáng)能電池中，鉛的存在對(duì)于繼 續(xù)接受基于Pb的PSC用于商業(yè)應(yīng)用是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，因?yàn)镻b是鈣 鈦礦中的重要成分。這涉及對(duì)鉛的無(wú)毒替代品的調(diào)查。錫（Sn）可以是Pb的可行替代品，因?yàn)樗鼰o(wú)毒且兩種元素在元素周期表中屬于同一 族。錫基PSC的較高吸光度說(shuō)明其性能與Pb的存在無(wú)關(guān)，并且還指 出無(wú)毒和廉

14、價(jià)光伏器件的PCE較高。文獻(xiàn)給出的錫基鈣鈦礦的最大 PCE 為 6. 4%。研究目標(biāo)即使是無(wú)鉛PSC與基于Pb的PSC相比也是無(wú)毒的，但它們?nèi)圆?能直接用于替代PbPSC。這是因?yàn)樗鼈兊腜CE較低，這使得基于錫的 PSC不如基于Pb的PSC器件具有仿真性。因此，錫PSC需要提高效 率，然后才能用于工業(yè)/家用發(fā)電。因此，這項(xiàng)工作的作用是開(kāi)掘可 以增加錫鈣鐵礦的PCE的方法。將使用數(shù)值模擬技術(shù)來(lái)研究錫PSC的 性能，這些性能取決于其性能提升。我們的研究基于以下主要目標(biāo)：生成鹵化錫鈣鈦礦電池的平面結(jié)構(gòu)根據(jù)我們開(kāi)發(fā)的結(jié)構(gòu)重新生成實(shí)驗(yàn)結(jié)果校準(zhǔn)層間特性對(duì)光伏器件的影響提高所取得結(jié)果的PCE （設(shè)備優(yōu)化）研究方法論本研究中使用的方法是純粹的計(jì)算建模。獲得的結(jié)果將與先前文 獻(xiàn)中發(fā)表的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析25。將努力優(yōu)化光子吸收層的厚度， 以提高器件的性能。使用稱(chēng)為太陽(yáng)能電池電容模擬器（SCAPS）的模擬 軟件進(jìn)行建模。它是比利時(shí)根特大學(xué)生產(chǎn)的一維仿真軟件。它用于預(yù) 測(cè)與吸收劑和電子傳輸材料的包容性相關(guān)的