太陽(yáng)能光伏電池剖析

太陽(yáng)能光伏電池剖析第一頁(yè)，共37頁(yè)。主要內(nèi)容：一、序言二、太陽(yáng)能光伏電池的工作原理與結(jié)構(gòu)三、太陽(yáng)能光伏電池的分類(lèi)四、太陽(yáng)能光伏電池元件的陣列結(jié)構(gòu)五、太陽(yáng)能光伏電池的應(yīng)用六、我國(guó)的太陽(yáng)能、風(fēng)能分布第二頁(yè)，共37頁(yè)。一、序言1、地球每天接收的太陽(yáng)能，相當(dāng)于整個(gè)世界一年所消耗的總能量的200倍。太陽(yáng)每秒發(fā)出的能量就大約相當(dāng)于1.3億億噸標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)所釋放出的全部熱量。2、包括風(fēng)能、海洋能等，都是太陽(yáng)能的子孫、都是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換而成。3、太陽(yáng)能是人類(lèi)取之不盡用之不竭的可再生清潔能源。太陽(yáng)能電池是太陽(yáng)能利用的重要途徑之一第三頁(yè)，共37頁(yè)。世界太陽(yáng)能電池發(fā)展的主要節(jié)點(diǎn)1954美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明單晶硅太陽(yáng)能電池，效率為6％1955第一個(gè)光伏航標(biāo)燈問(wèn)世，美國(guó)RCA發(fā)明GaAs太陽(yáng)能電池1958太陽(yáng)能電池首次裝備于美國(guó)先鋒1號(hào)衛(wèi)星，轉(zhuǎn)換效率為8％。1959第一個(gè)單晶硅太陽(yáng)能電池問(wèn)世。1960太陽(yáng)能電池首次實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。1974突破反射絨面技術(shù)，硅太陽(yáng)能電池效率達(dá)到18％。1975非晶硅太陽(yáng)能電池問(wèn)世1978美國(guó)建成100KW光伏電站1980單晶硅太陽(yáng)能電池效率達(dá)到20％多晶硅為14.5％，GaAs為22.5％1986美國(guó)建成6.5MW光伏電站1990德國(guó)提出“2000光伏屋頂計(jì)劃”1995高效聚光GaAs太陽(yáng)能電池問(wèn)世，效率達(dá)32％。1997美國(guó)提出“克林頓總統(tǒng)百萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃，日本提出“新陽(yáng)光計(jì)劃”1998單晶硅太陽(yáng)能電池效率達(dá)到24.7％，荷蘭提出“百萬(wàn)光伏屋頂計(jì)劃”2000世界太陽(yáng)能電池總產(chǎn)量達(dá)287MW，歐洲計(jì)劃2010年生產(chǎn)60億瓦光伏電池第四頁(yè)，共37頁(yè)。我國(guó)◆1959年第一個(gè)有實(shí)用價(jià)值的太陽(yáng)電池誕生◆

1971年3月太陽(yáng)電池首次應(yīng)用于我國(guó)第二顆人造衛(wèi)星—實(shí)踐1號(hào)上；◆

1973年太陽(yáng)電池首次應(yīng)用于浮標(biāo)燈上；◆

1979年開(kāi)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；◆

80“年代中后期引進(jìn)國(guó)外關(guān)鍵設(shè)備或成套生產(chǎn)線我國(guó)太陽(yáng)電池制造產(chǎn)業(yè)初步形成。第五頁(yè)，共37頁(yè)。生活中的太陽(yáng)能電池板第六頁(yè)，共37頁(yè)。第七頁(yè)，共37頁(yè)。辦公樓與玻璃幕墻一體化的PV太陽(yáng)能屋頂系統(tǒng)第八頁(yè)，共37頁(yè)。第九頁(yè)，共37頁(yè)。二、太陽(yáng)能光伏電池的工作原理與結(jié)構(gòu)

太陽(yáng)光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對(duì)，在p-n結(jié)電場(chǎng)的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽(yáng)能電池的工作原理。第十頁(yè)，共37頁(yè)。太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)第十一頁(yè)，共37頁(yè)。三、太陽(yáng)能光伏電池的分類(lèi)太陽(yáng)能電池，又稱(chēng)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Ｋ翘?yáng)能光伏發(fā)電的基礎(chǔ)和核心。第十二頁(yè)，共37頁(yè)。太陽(yáng)能電池分類(lèi)按照材料分類(lèi):1、硅太陽(yáng)能電池：以硅為基體材料（單晶硅、多晶硅、非晶硅）2、化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)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)體材料制成的太陽(yáng)能電池(硫化鎘、砷化稼、碲化鎘、硒銦銅、磷化銦)3、有機(jī)半導(dǎo)體太陽(yáng)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)體材料制成的電池(分子晶體、電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物、高聚物)第十三頁(yè)，共37頁(yè)。單晶硅太陽(yáng)電池特點(diǎn)：硅系列太陽(yáng)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)處理和分區(qū)摻雜工藝。單晶硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率無(wú)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)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，致使單晶硅成本居高不下，嚴(yán)重影響了其廣泛應(yīng)用。

第十四頁(yè)，共37頁(yè)。多晶硅太陽(yáng)電池特點(diǎn)：

單晶硅太陽(yáng)能電池的缺點(diǎn)是制造過(guò)程復(fù)雜，制造電池的能耗大。為解決這些問(wèn)題，用澆鑄法或晶帶法制造的多晶硅太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)取得了進(jìn)展。在1976年證明用多晶硅材料制作的太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率已超過(guò)10%，對(duì)大晶粒的電池，有報(bào)道效率可達(dá)20%。這種低成本的多晶硅太陽(yáng)能電池已經(jīng)大量生產(chǎn)，目前，它在太陽(yáng)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，電池效率比單晶硅低；晶向不一致，表面織構(gòu)化困難。第十五頁(yè)，共37頁(yè)。非晶硅太陽(yáng)能電池的優(yōu)點(diǎn)：1、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(yáng)能電池的最主要因素。2、非晶硅的禁帶寬度比單晶硅大，隨制備條件的不同約在1.5-2.0eV的范圍內(nèi)變化，這樣制成的非晶硅太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓高。3、材料和制造工藝成本低、設(shè)備簡(jiǎn)單；而且非晶硅薄膜厚度僅有數(shù)千埃，不足晶體硅太陽(yáng)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100～300oC。4、由于非晶硅沒(méi)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(wèn)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。第十六頁(yè)，共37頁(yè)。5、易于形成大規(guī)模的生產(chǎn)能力，這是因?yàn)榉蔷Ч柽m合制作特大面積、無(wú)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1100mm*1250mm單結(jié)晶非晶硅太陽(yáng)電池）6、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，便可使非晶硅薄膜改性，制備出新型的太陽(yáng)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)制造，方便地制作出適合不同需求的多品種產(chǎn)品。7、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，它可以制備成輕型、柔性太陽(yáng)電池，易于與建筑集成。8、制備非晶硅太陽(yáng)能電池能耗少，約100千瓦小時(shí)，能耗的回收年數(shù)比單晶硅電池短得多。第十七頁(yè)，共37頁(yè)。非晶硅太陽(yáng)能電池的缺點(diǎn)：

1、與晶體硅相比，非晶硅薄膜太陽(yáng)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13％左右。在實(shí)際生產(chǎn)線中，非晶硅薄膜太陽(yáng)電池的效率也不超過(guò)10％；2、非晶硅薄膜太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率在太陽(yáng)光的長(zhǎng)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(yáng)電池主要應(yīng)用于計(jì)算器、手表、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(yáng)能電池，開(kāi)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(yáng)能電池在民用及獨(dú)立電源系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。第十八頁(yè)，共37頁(yè)。四、太陽(yáng)能光伏電池元件的陣列結(jié)構(gòu)

太陽(yáng)電池組件是將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿年?yáng)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(yáng)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。

整個(gè)太陽(yáng)能電池由高轉(zhuǎn)換效率的單片太陽(yáng)電池、抗老化EVA膠膜、高透光率、高機(jī)械強(qiáng)度的鋼化玻璃和由氟塑料、滌綸復(fù)合而成的Tedlar(TPT)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(yáng)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(zhǎng)、安裝方便、抗風(fēng)、抗冰雹能力等特性。第十九頁(yè)，共37頁(yè)。太陽(yáng)能光伏電池陣列結(jié)構(gòu)第二十頁(yè)，共37頁(yè)。五、太陽(yáng)能電池的應(yīng)用

上世紀(jì)60年代，科學(xué)家們就已經(jīng)將太陽(yáng)電池應(yīng)用于空間技術(shù)——通信衛(wèi)星供電，上世紀(jì)末，在人類(lèi)不斷自我反省的過(guò)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：太陽(yáng)能庭院燈、太陽(yáng)能發(fā)電戶(hù)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。歐美等先進(jìn)國(guó)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(yáng)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)。

第二十一頁(yè)，共37頁(yè)。用戶(hù)太陽(yáng)能電源1.小型電源10-100W不等，用于邊遠(yuǎn)無(wú)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、電視、收錄機(jī)等

太陽(yáng)能電源太陽(yáng)能逆變器第二十二頁(yè)，共37頁(yè)。2.3-5KW家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；第二十三頁(yè)，共37頁(yè)。3.光伏水泵：解決無(wú)電地區(qū)的深水井飲用、灌溉第二十四頁(yè)，共37頁(yè)。

交通領(lǐng)域

如航標(biāo)燈、交通/鐵路信號(hào)燈、交通警示/標(biāo)志燈、路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無(wú)線電話亭、無(wú)人值守道班供電等。第二十五頁(yè)，共37頁(yè)。通訊/通信領(lǐng)域

太陽(yáng)能無(wú)人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、廣播/通訊/尋呼電源系統(tǒng)；農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機(jī)、士兵GPS供電等。第二十六頁(yè)，共37頁(yè)。石油、海洋、氣象領(lǐng)域

石油管道和水庫(kù)閘門(mén)陰極保護(hù)太陽(yáng)能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺(tái)生活及應(yīng)急電源、海洋檢測(cè)設(shè)備、氣象/水文觀測(cè)設(shè)備等風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星的太陽(yáng)能電池第二十七頁(yè)，共37頁(yè)。海洋氣象監(jiān)測(cè)標(biāo)

第二十八頁(yè)，共37頁(yè)。家庭燈具電源