超越無極限太陽能電池的發(fā)展之路課件

超越無極限

——太陽能電池的發(fā)展之路F0802006莫哲童指導(dǎo)老師：王如竹教授超越無極限

——太陽能電池的發(fā)展之路F0802006內(nèi)容大綱1.前言3.太陽能電池的原理4.太陽能電池的發(fā)展史5.新型太陽能電池6.銅銦硒薄膜太陽電池內(nèi)容大綱1.前言3.太陽能電池的原理4.太陽能電池的發(fā)展史5

本世紀(jì)中葉前能源結(jié)構(gòu)將發(fā)生根本性變革能源變革及可再生能源替代化石燃料的必然性本世紀(jì)中葉前能源結(jié)構(gòu)能源變革及可廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風(fēng)能，化學(xué)能，水的勢能等等。狹義的太陽能則限于太陽輻射能的光熱、光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換。

太陽能廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風(fēng)能，化學(xué)能，水的勢3.太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費(fèi)使用，又無需運(yùn)輸，對環(huán)境無任何污染。為人類創(chuàng)造了一種新的生活形態(tài)，使人類進(jìn)入一個節(jié)約能源少污染的時代。太陽能的特點(diǎn)1.太陽能非常巨大。2.地球上的風(fēng)能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質(zhì)能以及部分潮汐能都是來源于太陽；即使是地球上的化石燃料從根本上說也是遠(yuǎn)古貯存下來的太陽能。太陽能的特點(diǎn)1.太陽能非常巨大。2.地球上的風(fēng)能、水能、海洋

這個過程的的實質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。

當(dāng)光線照射太陽電池表面時，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在P-N結(jié)兩側(cè)集聚形成了電位差，當(dāng)外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。這個過程的的實質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告（2006－2007）2008。4中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告（2006－2007）2008。4傳統(tǒng)硅電池的缺點(diǎn)

①用于完成光電轉(zhuǎn)化的硅光電池成本太高、轉(zhuǎn)化效率低、使用壽命短；

②用于儲存電能的蓄電池成本高、使用壽命有限、造成環(huán)境污染。

。傳統(tǒng)硅電池的缺點(diǎn)美、日和歐等國家，都相繼開展了高效硅太陽電池的研究。其中，以發(fā)展背表面場（BSF）、背表面反射器（BSR）、雙層減反射膜技術(shù)為第一代高效硅太陽電池，這種類型的電池典型效率最高可以做到15%左右，目前在軌的許多衛(wèi)星應(yīng)用的是這種類型的電池。

美、日和歐等國家，都相繼開展了高效硅太陽電池的研究。其中，以到了70年代中期，COMSAT研究所提出了無反射絨面電池（使電池效率進(jìn)一步提高）。但這種電池的應(yīng)用仍然受到限制到了70年代中期，COMSAT研究所提出了無反射絨面電池（使80年代中期，為解決這些問題，高效電池的制作引入了電子器件制作的一些工藝手段

倒金子塔絨面

激光刻槽埋柵

選擇性發(fā)射結(jié)特別在解決了諸如采用帶通濾波器消除溫升效應(yīng)以后，這類電池的應(yīng)用成了空間電源的主角。

80年代中期，為解決這些問題，高效電池的制作引入了電子器件制為了進(jìn)一步降低電池背面復(fù)合影響，背面結(jié)構(gòu)則采用背面鈍化后開孔形成點(diǎn)接觸，即局部背場。到了上世紀(jì)90年代中期，空間電源工程人員發(fā)現(xiàn)，雖然這種類型電池的初期效率比較高，但電池的末期效率比初期效率下降25%左右，限制了電池的進(jìn)一步應(yīng)用，空間電源的成本仍然不能很好地降低。

超越無極限太陽能電池的發(fā)展之路課件科學(xué)總是在一個接一個難題中發(fā)展的

為了改變這種情況，以SHARP為首的研究機(jī)構(gòu)提出了雙邊結(jié)電池結(jié)構(gòu)，這種電池的出現(xiàn)有效地提高了電池的末期效率，并在HES、HES-1衛(wèi)星上獲得了實際應(yīng)用。

俄羅斯在研究高效硅電池初期就側(cè)重于提高電池的末期效率為主，在結(jié)合電池陣研究方面提出了雙面電池的構(gòu)想并獲得了成功，真正做到了高效長壽命和低成本。

科學(xué)總是在一個接一個難題中發(fā)展的

為了改變這種情況，以SHA但非常遺憾的是，由于成本高等一系列原因，硅太陽能電池仍然不能廣泛用于發(fā)電，更不用說替代如今的常規(guī)能源，人們的設(shè)想還是需要等待閃但非常遺憾的是，由于成本高等一系列原因，硅太陽能電池仍然不能2001-2007年各類薄膜電池產(chǎn)量的增長情況

所以，新型太陽能電池應(yīng)運(yùn)而生，其中薄膜電池最具潛力2001-2007年各類薄膜電池產(chǎn)量的增長情況所以，新型太開發(fā)研究廉價、高效、穩(wěn)定的硒銦銅薄膜太陽電池

研究機(jī)構(gòu)面積【cm2】開路電壓【V】轉(zhuǎn)換率【%】小面積單體電池NREL0.410.67417.7UppsajaUniv./PE0.380.64717.6WATSUSHI0.480.65517.6JEC0.40.72914.3電池組件SSB383011.2EPV310030.957.7ShuwaShell5.26.714.1CPE90.69.313.9開發(fā)研究廉價、高效、穩(wěn)定的硒銦銅薄膜太陽電池研究機(jī)構(gòu)面積【

ADVANTAGES（1）成本低（2）先電轉(zhuǎn)換效率高（3）性能穩(wěn)定（4）抗輻射能力強(qiáng)ADVANTAGES（1）成本低襯底使用玻璃或其它廉價材料，薄膜厚度僅為2-3μm，采用大面積連續(xù)化制造成膜工藝，生產(chǎn)量為1．5MWp的成本是晶體硅電池的1/3-1/2，能量償還時間在一年之內(nèi)，比晶體硅電池的4~5年大大地縮短了時間襯底使用玻璃或其它廉價材料，薄膜厚度僅為2-3μm，采用大面最近美國國家可再生能源實驗室（NREL）研制的C1S電池轉(zhuǎn)換效率為18．8%，已接近多晶硅太陽電池最好水平；西門子公司（SSI）制造的大面積組件（3850cm2）效率為11．2％（輸出43．1Wp），是薄膜太陽電池的最高記錄最近美國國家可再生能源實驗室（NREL）研制的C1S電池轉(zhuǎn)換電池不存在光致衰退問題早已被證實。西門子公司制備的CIS電池組件在NREL室外測試設(shè)備上考驗7年其原有性能沒有任何衰減電池不存在光致衰退問題早已被證實。西門子公司制備的CIS電池美國B0eing公司作過電子、質(zhì)子等輻照試驗，溫度交變試驗，振動、加速試驗等，經(jīng)過地面考核試驗的同類電池裝在Lips衛(wèi)星上在空間運(yùn)行一年，不但證明抗輻照性能好，而且穩(wěn)定性也好，很有希望作為下一代空間電源的后選者。美國B0eing公司作過電子、質(zhì)子等輻照試驗，溫度交變試驗，DISADVANTAGES吸收層C1S薄膜原子及晶格匹配往往依賴于制作過程中對主要半導(dǎo)體工藝參數(shù)的有效控制，電池性能對材料結(jié)構(gòu)缺陷過于敏感，致使C1S電池的良品率偏低。并網(wǎng)發(fā)電單晶硅,硒銦銅系薄膜,HIT太陽能電池組件方陣DISADVANTAGES吸收層C1S薄膜原子及晶格匹配往往選擇磁控濺射法更適合于工業(yè)化生產(chǎn)。

選擇磁控濺射法更適合于工業(yè)化生產(chǎn)。

（1）根據(jù)濺射速率和時間的控制，可以比較可靠地調(diào)節(jié)各元素的化學(xué)配比，有利于提高重復(fù)性。

（2）薄膜的致密性高，附著力是蒸發(fā)膜的數(shù)倍。

（3）提高原材料的利用率，不需要沉積薄膜的地方加以屏蔽，減少對真空室的污染。

（4）由于濺射沉積的薄膜均勻度較好，因而有益于制造大面積C1S電池。

（5）濺射靶材可連續(xù)使用較長時間，原料不用經(jīng)常增添，生產(chǎn)效率較高。

（6）大面積磁控濺射成膜技術(shù)國內(nèi)比較成熟，將來成果向工業(yè)界轉(zhuǎn)移技術(shù)風(fēng)險小。

（1）根據(jù)濺射速率和時間的