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太阳电池

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  • 发布时间:2014/12/8 14:58:59
  • 作者:银河电气
定义
太阳电池是指将太阳辐射能直接转换成电能的一种器件。
参见:GB 2297-1989 太阳能源光伏能源系统术语
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太阳电池的工作原理

  太阳电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏打效应。所谓光生伏打效应就是当物体受到光照时,物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴-电子对,在p-n结电场的作用下,空穴由n区流向p区,电子由p区流向n区,接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳电池的工作原理。

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太阳电池的特点

  太阳能作为一种新能源,它与常规能源相比有三大特点:

  第一、它是人类可以利用的最丰富的能源,足以供地球人类使用几十亿年;

  第二、地球上,无论何处都有太阳能,可以就地开发利用,不存在运输问题,尤其对交通不发达的农村、海岛和边远地区更有利用价值;

  第三、太阳能是一种洁净的能源。在开发和利用时,不会发生废渣、废水、废气,也没有噪音,更不会影响生态平衡,绝对不会造成污染与公害。

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太阳电池的分类

  根据所用材料的不同,太阳电池可分为:

  (1)、硅太阳电池;

  (2)、多元化合物薄膜太阳能电池;

  (3)、有机化合物太阳能电池;

  (4)、敏化纳米晶太阳能电池;

  (5)、聚合物多层修饰电极型太阳能电池。

1、硅太阳电池

  硅太阳电池可分为单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池和非晶硅薄膜太阳电池。
  单晶硅太阳能电池,是以高纯的单晶硅棒为原料的太阳能电池,其转换效率最高,技术也最为成熟。高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的热加工处理工艺基础上。
  多晶硅薄膜太阳电池是将多晶硅薄膜生长在低成本的衬底材料上,用相对薄的晶体硅层作为太阳电池的激活层,不仅保持了晶体硅太阳电池的高性能和稳定性,而且材料的用量大幅度下降,明显地降低了电池成本。多晶硅薄膜太阳电池的工作原理与其它太阳电池一样, 是基于太阳光与半导体材料的作用而形成光伏效应。
  非晶硅薄膜太阳能电池所采用的硅为a-Si。其基本结构不是pn结而是pin结。掺硼形成p区,掺磷形成n区,i为非杂质或轻掺杂的本征层。

2、多元化合物薄膜太阳能电池

  多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐,其主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、碲化镉及铜铟硒薄膜电池等。
  硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高,成本较单晶硅电池低,并且也易于大规模生产,但由于镉有剧毒,会对环境造成严重的污染,因此,并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。
  砷化镓III-V化合物电池的转换效率可达28%,砷化镓化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率,抗辐照能力强,对热不敏感,适合于制造高效单结电池。但是砷化镓材料的价格不菲,因而在很大程度上限制了用砷化镓电池的普及。
  铜铟硒薄膜电池(简称CIS)适合光电转换,不存在光致衰退效应的问题,转换效率和多晶硅一样。具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点,将成为今后发展太能电池的一个重要方向。唯一的问题是材料的来源,由于铟和硒都是比较稀有的元素,因此,这类电池的发展又必然受到限制。

3、有机化合物太阳能电池

  有机太阳能电池以有光敏性质的有机物作为半导体材料,以光伏效应而产生电压形成电流。有机太阳能电池按照半导体的材料可以分为单质结结构、pn异质结结构和染料敏化纳米晶结构。
根据有关调查数据,有机太阳能电池的成本平均只有硅太阳能电池的10%--20%;然而,目前市场上的有机太阳能电池的光电转换效率最高只有10%,这是制约其全面推广的主要问题。因此,如何提高光电转换率是今后应该解决的重点问题。

4、敏化纳米晶太阳能电池

  染料敏化TiO2太阳电池实际上是一种光电化学电池。1991年,瑞士洛桑高等工业学院(EPFL)的Michael Gr?tzel 教授领导的研究小组用廉价的宽带隙氧化物半导体TiO2制备成纳米晶薄膜,薄膜上吸附大量羧酸-联吡啶Ru(II)的配合物的敏化染料,并选用含氧化还原 电对的低挥发性盐作为电解质,研制成一种称为染料敏化纳米晶太阳能电池 。
  纳米晶TiO2太阳能电池的优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在10%以上,制作成本仅为硅太阳电池的 1/5~1/10,寿命能达到20年以上。但此类电池的研究和开发刚刚起步,估计不久的将来会逐步走上市场。

5、聚合物多层修饰电极型太阳能电池

  以有机聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制造的研究方向。由于有机材料柔性好,制作容易,材料来源广泛,成本低等优势,从而对大规模利用太阳能,提供廉价电能具有重要意义。
  以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始,不论是使用寿命,还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。能否发展为具有实用意义的产品,还有待于进一步研究探索。


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