光伏對人類的貢獻

是不相等的。注意到電場方向是從n區(qū)指向p區(qū)的，說明n區(qū)的電位要比p區(qū)的電位高.高出的數(shù)值用VD表示，稱VD是p型和n型之間的接觸電位差.如圖2.8c所示。p-n結兩邊的電位不等，導致它們的電勢能也不等。對于帶負電的電子，電位低的地方電勢能高；p-n結p型一邊的電勢能要比n型一邊高出IVDI。p區(qū)的能帶相對于n區(qū)的能帶整體地向上拉了|VDI高度.如圖圖2.8d所示。結果使p-n結的能帶在空間電荷區(qū)發(fā)生彎曲。彎曲的能帶對于從n區(qū)向p區(qū)運動的電子或從p區(qū)向n區(qū)運動的空穴都有阻擋作用，因為它們必須爬過勢能的高度才能進入另一區(qū)域。這是從感觀解釋空間電荷區(qū)起阻擋層的作用。圖2.8e是空間電荷區(qū)電荷分布；圖2.8f空間電荷區(qū)電場強度分布，可以看到極大值￡max出現(xiàn)在n區(qū)和p區(qū)接觸面上；圖2.8g各區(qū)載流子分布，圖2.8h為p-n結的能帶結構。.非平衡p-n結在平衡p-n結中，由內建電場VD作用下形成的漂移電流等于由載流子濃度差形成的擴散電流，而使p-n結中凈電流為零。外加電場會增加擴散電流，使p-n結處于非平衡狀態(tài)。若p區(qū)接正，n區(qū)接負，則外加電壓VR與VD反向.VR稱為正向電壓。正偏時結勢壘高度減低為q(VD-VR),于是n區(qū)中有大量電子擴散到p區(qū).p區(qū)也有大量空穴擴散到n區(qū)，形成出p指向n的可觀的擴散電流.也稱正向電流。隨著正向電壓的增加，p-n結中擴散電流大大超過由p-n結中剩余的電勢VD-VR作用下形成的漂移電流，于是得到如圖2.9中第一象限所示的正向電流電壓特性.又稱正向伏安特性。"F結的整流恃性和太陽息池的明暗特性相同，

受照明時暗特性曲線下移F成為朗特性曲線)圖2.9p-n結的整流特性和太陽電池的明暗特性若p區(qū)接負，n區(qū)接正，則外加電壓VR與VD同向，VR稱為反向電壓。此時，勢壘高度增加為q（VD+VR）.勢壘寬度也增加，于是n區(qū)中的電子及p區(qū)中的空穴都難于向對方擴散。相反，增強了少子的漂移作用，把n區(qū)中的空穴驅向p區(qū)，而把p區(qū)中的電子拉向n區(qū)，在結中形成了由n指向p的反向電流；因少于數(shù)目較少，所以反向電流一般都很小。圖2.9中第三象限示出了p-n結的反向電流電壓特性，也稱反向伏安特性。p-n結正、反向導電性很懸殊的差別即是p-n結的整流特性。.p-n結的光照特性以硅材料的p-n結為例作一敘述，當p-n結受光照射時，能量大于硅禁帶寬度的光子進入p-n結中，在n區(qū)、耗盡區(qū)和p區(qū)中激發(fā)出光生電子-空穴對。光生電子-空穴對在耗盡區(qū)中產生后，立即被內建電場分離.光生電子被送進n區(qū)，光生空穴則被推進p區(qū)。根據(jù)耗盡近似條件，耗盡區(qū)邊界處的載流子濃度近似為零，即p=n=0。在n區(qū)中，光生電子-空穴對產生以后，光生空穴使向p-n結邊界擴散，一旦到達p-n結邊界，便立即受到內建電場作用.被電場力牽引作漂移運動，越過耗盡區(qū)進入p區(qū)，光生電子（多子）則被留在n區(qū)。p區(qū)中的光生電子（少子）同樣地先因擴散、后因漂移而進入n區(qū)，光生空穴（多子）留p區(qū)。如此便在p-n結兩側形成了正、負電荷的積累，產生了光生電壓，這就是“光生伏特效應”。當光電池接上一負載后，光電流應從p區(qū)經(jīng)負載流至n區(qū)，負載中即得到功率輸出。在具體應用中，是采用平板式還是采用聚光式采光，它與當?shù)氐臍庀髼l件和經(jīng)濟性有很大關系。在美國，其水平面上的日總輻射中，直射光占據(jù)的比例大，相對較多的開發(fā)了聚光式或平板型跟蹤式；在日本，散射光占據(jù)的比例大，跟蹤方式的優(yōu)點不明顯，大多選用平板固定式采光方式；我國緯度跨度較大，直射與散射光的比例各不相同，僅從此點考慮較難確定采用哪種采光方式為宜，但考慮到聚光式或跟蹤方式成本投入會加大、可靠性要降低、增加維護要求、用戶素質要求較對稍高等諸多因素，認為一般還是選用方陣固定式采光為宜。在許多情況下若能采用方陣固定的傾角可調（一年調一次或二次）式采光方式或許效果會更好些。第3章太陽能的應用3．1太陽能熱水器太陽能熱水器是太陽能熱利用的主要產品之一。它是利用溫室原理，將太陽的能量轉變?yōu)闊崮埽⑾蛩畟鬟f熱量，從而獲得熱水的一種裝置。主要由集熱器、儲熱水箱、循環(huán)水泵、管道、支架、控制系統(tǒng)及相關附件組成。在世界范圍內，太陽能熱水器技術已很成熟，并已形成行業(yè)，正在以優(yōu)良的性能不斷地沖擊電熱水器市場和燃氣熱水器市場。國際上，太陽能熱水器產品經(jīng)歷了悶曬式、平板式、全玻璃真空管式的發(fā)展階段，目前其產品的發(fā)展方向仍注重提高集熱器的效率，如將透明隔熱材料應用于集熱器的蓋板與吸熱間的隔層，以減少熱量損失；聚酯薄膜的透明蜂窩已在德國和以色列批量生產。太陽能熱水器以其安全、節(jié)能、環(huán)保、方便的突出特點，日益倍受矚目。隨著我國全玻璃真空管和超導熱管等關鍵技術的不斷突破，居世界領先水平的太陽能熱水器取得了前所未有的高速發(fā)展，其設市場發(fā)展?jié)搰踩找婢薮蟆Ｎ覈柲軣崴鞯陌l(fā)展，經(jīng)歷了四個階段：悶曬式、平板式、玻璃真空管式、熱管真空管式。1－水箱；2－支架；3－集熱器圖3．1平板式太陽能熱水器

－水箱；2－支架；3－管子；4－底托；5－反射板圖3．2全玻璃真空熱水器1－水箱；2－支架；3－熱管真空管

圖3．3熱管真空管熱水器據(jù)有關資料顯示，我國太陽能熱水器產業(yè)年生產量由34萬0平方米增長到14萬平方米，總保有量由萬增長到萬，以年均一的高速成長，已成為全球可再生能源領域發(fā)展最快、規(guī)模最大、市場化程度最高的行業(yè)。我國太陽

能熱水器戶均占有率達7.，8%一年替代常規(guī)能源93萬0噸標準煤。全行業(yè)年總產值

近15億0元，從業(yè)人員20萬人以上，是全球最在的太陽能熱水器使用國和生產國。3．2太陽能與建筑一體化太陽能建筑一體化和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，是直接將所發(fā)的電能并入公共電網(wǎng)，無須儲能系統(tǒng)，避免了蓄電池的二次污染，具有高技術、無污染和自供電的特點，能夠強化建筑物的美感和建筑質量，具有多功能和可持續(xù)發(fā)展的特征。建筑物的外殼能為光伏系統(tǒng)提供足夠的面積，不需要占用土地，省去光伏系統(tǒng)的支撐結構，省支輸電費用，光伏陣列可以代替常規(guī)建筑材料，從而節(jié)省安裝和材料費用。例如常規(guī)外墻包覆裝修成本與光伏組件成本相當；光伏系統(tǒng)的安裝可集成到建筑施工過程，成本又可大大降低；在用電地點發(fā)電，避免傳輸和分電損失（5－%10）%，降低了電力傳輸和電力分配的投資和維修成本；集成設計使建筑更加潔凈、完美，更使人賞心悅目，更容易被專業(yè)建筑師、用戶和公眾接受。直接將太陽能電池板安裝在建筑物的屋頂、墻體、實體窗戶等部位，是國外利用太陽能的主要方式。從200年1開始，太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)首次占據(jù)全球光伏累積裝機容量的一半以上，達到57%太陽能光伏系統(tǒng)和建筑的完美結全是體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的理想范例，國際社會十分重視。國際能源組織（）于年和年相繼兩次啟動建筑光伏集成計劃，計劃的實施對建筑光伏集成起了重要的開拓和推動作用，許多國家相繼制定了本國的屋頂計劃，使得建筑光伏集成技術如旭日東升，蓬勃發(fā)展。世界各國光伏建筑一體化和并網(wǎng)發(fā)電項目：美國“百萬屋頂計劃”：計劃從199年7開始到201年0，將在百萬個屋頂上，安裝總容量達到的光伏系統(tǒng)，并使發(fā)電成本降到美分W德國“十萬太陽屋頂計劃”：德國199年7開始實施“十萬太陽屋頂計劃”，至200年4，德國實施“購電法”完成了十萬個太陽能屋頂?shù)陌惭b計劃。日本“新陽光計劃”：日本自199年2啟動了“新陽光計劃”，同時頒布了新的凈電計量法，要求電力部門以商品價格購買多余的光伏電量，并實行補貼政策。日本居民光伏屋頂系統(tǒng)最近5年增長率為96.，7日%本政府計劃201年0總計安裝48兆瓦。意大利“全國太陽能屋頂計劃”：意大利199年8開始實行“全國太陽能屋頂計劃”，于200年2完成，總投入550億0里拉。

太陽能與建筑一體化是未來住宅的發(fā)展方向，太陽能能源建筑系統(tǒng)是綠色能源和新型建筑理念兩大革命的交匯點，發(fā)達國家對此都予以了充分重視。我國國家建設部為了盡快提高太陽能在建筑上的應用水平，已經(jīng)將太陽能應用作為建筑節(jié)能的主要組成部分列入將于201年0實施的“中國住宅陽光計劃”。上海地產將在近2年內推行建筑節(jié)能材料，其中上項主要指標就是在太陽能應用方面做出努力，使建筑節(jié)能成為城市現(xiàn)代化建設新的經(jīng)濟增長點。第4章展望與總結當前全球能源危機，對世界各國未來的發(fā)展都畫出了新問號。從上個世紀九十年代到本世紀初葉，我國的太陽能利用也發(fā)生了前所未有的變化。這種變化首先緣自對世界性能源短缺和化石能源面臨枯竭的深刻認識；其次，是對由能源引起的環(huán)境問題的反思。我們不僅需要持久的能源，也需要維系社會可持續(xù)發(fā)展的良好生存環(huán)境。太陽能正是能量巨大，持久，光惠而對環(huán)境友好的新能源替代品。1、三大目標大幅度的提高以太陽能光熱為重點的可再生能源三個階段的發(fā)展規(guī)劃目標：（1）到2020年可再生能源替代常規(guī)能源25％，其中太陽能替代常規(guī)能源達到12％。（2）到2040年可再生能源替代常規(guī)能源55％，太陽能替代常規(guī)能源達到25％。（3）到2060年后可再生能源替代常規(guī)能源90％以上，太陽能替代常規(guī)能源達到50％。2、2010年第四屆世界太陽城大會山東省德州市以雄厚的太陽能產業(yè)基礎承辦第四屆太陽城大會。為迎接這次大會的召開，在各級黨委、政府的大力支持下，皇明集團投入了大量的人力、物力，建造中國太陽谷，并且規(guī)模不斷擴大、標準不斷提高，決心把其打造成全球最為壯觀的太陽谷。2010年世界太陽城大會主場館已基本建設完畢，同時容納6000人開會的主會場、節(jié)能示范小區(qū)，園林景觀也已動工建設。3、太陽能與建筑一體化中國能源消耗總量居世界第二，其中建筑能耗約占全國總能耗的30％左右，加之中國建筑能耗又比發(fā)達國家高2－3倍，大力推廣太陽能與建筑一體化顯得特別重要、緊迫。經(jīng)過全國相關部門、企業(yè)的積極努力，太陽能與建筑一體化在技術研發(fā)方面，有了突破性進展，積累了較為豐富的經(jīng)驗，也展示出一些很成功的示范工程。4、太陽能光熱高溫發(fā)電中國地域遼闊，以太陽能為重點的可再生能源具有雄厚的資源基礎。特別是西部地區(qū)，太陽能資源豐富，有充裕的地理條件發(fā)展大規(guī)模太陽能熱發(fā)電。目前，槽式建造費用已降低到3011美元/kw,發(fā)電成本降低到12美分/kw?h,遠遠低于其它發(fā)電方式。未來的太陽能熱發(fā)電成本，5美分／度的目標一定會實現(xiàn)。5、農村推廣在農村推廣太陽能既經(jīng)濟實用，投入產出比又高，既可解決農村生活生產能源問題，又能減輕農村日益嚴重的環(huán)境污染問題。為此，要在廣大農村實施“五萬”計劃，促進農村對太陽能需求的大幅度增長。6、公共建筑大型商場、高檔旅館酒店、機關、學校、醫(yī)院等大型公共建筑，是中國耗能的大“老虎”，制冷、供暖、供熱水是公共建筑能耗的主體。從目前情況分析，這些建筑在圍護結構、空調、供熱水以及照明方面，有50%的節(jié)能潛力。要加大大型商場、機關、學校、醫(yī)院、賓館等公共建筑節(jié)能技術推廣普及力度，特別是技術成熟、方案多樣的太陽能熱水工程，要在政策、資金等方面實行傾斜，加快普及步伐?？偨Y如果說20世紀是石油世紀，那么21世紀則是可再生能源的世紀，太陽能的世紀。據(jù)權威專家估計，如果實施強化可再生能源的發(fā)展戰(zhàn)略，到本世紀中葉，可再生能源將占世界電力市場的3/5，燃料市場的2/5。在世界能源結構轉換中，太陽能處于突出位置。美國的馬奇蒂博士對世界一次能源替代趨勢的研究結果表明，太陽能將在21世紀初進入一個快速發(fā)展階段，并在2050年左右達到30%的比例，21世紀中葉至末葉太陽能將取代核能居第一位。殼牌石油公司經(jīng)過長期研究得出結論，21世紀的主要能源是太陽能；根據(jù)歐洲聯(lián)合研究中心的預測，到2030年可再生能源在總能源結構中占到30%以上。太陽能光伏發(fā)電在世界總電力的供應中達到10%以上；2040年可再生能源在總能源結構中占50%以上，太陽能光伏發(fā)電將占總電力的20%以上；到本世紀末可再生能源在能源結構中占到80%以上，太陽能發(fā)電占到60%以上，顯示出最重要的戰(zhàn)略地位。正如世界觀察研究所的一期報告所指出：正在興起的“太陽經(jīng)濟”將成為未來全球能源的主流。致謝本論文從選題的確定，論文的寫作、修改到最后定稿得到了我的指導老師胡軍英的悉心指導。特別是他對我的寫作進程的多次詢問，并為我指點迷津，幫助我理清思路、他嚴肅的教學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風深深地感染和激勵著我。在此，謹向胡老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。此外，還要感謝光伏學院其他老師在學習上的點撥，同時，也要感謝在論文寫作過程中，幫助過我，并且共同奮斗的大學同學們。再次衷心地感謝所有在我論文寫作過程中幫助過我的人，從簡單入手共同進步，未來就在不遠的地方，光伏之路需要團結、互助。參考文獻施玉川．太陽能基礎與技術．西安交通大學．1999年李錦堂．20世紀太陽能科技發(fā)展的回顧與展望．太陽能學報1999特刊趙富鑫等．太陽電池及其應用．