《太阳能电池的应用前景问题研究》9500字.docx

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1、太阳能电池的应用前景分析目录摘要错误!未定义书签。1.1 选题背景及目的11.2 研究意义21.4 国内外研究现状分析33.1 硅基太阳能电池83.2 化合物薄膜太阳能电池83.3 新型太阳能电池94.1 山地太阳能光伏发电站的应用94.2 太阳能并网光伏发电系统的应用104.3 太阳能光伏并网发电施工技术的具体应用H4.4 太阳能电池应用前景126结论与展望13参考文献141绪论11选题背景及目的太阳能电池是一种可以吸收阳光后转换成电能的半导体结构装置。太阳能电池看起来像薄卡或玻璃板。跟普通电池的不同，它不能够自行存储电能。如果想要在晚上使用，则需要配合电池使用。最初阶段，人们是使用晶体硅来

2、制造太阳能电池，因为早期时候，不管是在材料特性方面还是在技术层方面，晶体硅材料和对应的设备都优于其他半导体材料。到目前为止，由于晶体硅制作的太阳能电池的技术要求和投资门槛较低，硅原料丰富等，用晶体硅作为材料制作的太阳能电池仍在市场上占有大量份额。太阳能光伏发电设备没有额外的活动的部件，也没有使用流动物质作为工作介质，避免了器件的腐蚀和日后复杂的维护；并且太阳能是一种可再生能源，不会产生造成噪声污染，也不会造成环境的污染。所以这是太阳能光伏发电被认为是迄今为止，寿命最长，最可靠的发电技术的主要原因。单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池是全世界市场上主要的三种太阳能电池,在我国生产得较多的是单晶硅太阳

3、能电池和非晶硅太阳能电池，同时也会少量地生产一些多晶硅太阳能电池。1.2研究意义电能作为社会发展和经济建设必不可少的一部分。它与科技产品的紧密结合丰富了人类的日常生活，提高了生活、生产水平，极大地推动了社会的发展。但是，能源短缺这个问题在全球都很难解决。从全球角度看，热发电的形式占目前的一半。燃烧化石原料带来的不光是能源枯竭的问题，更重要的是环境遭到了污染，其中造成的大气污染越发严重。太阳能电池发电是清洁发电，可以减少环境污染和能源消耗危机。其中，硅基太阳能电池的研究占据着主导位置，但也有许多其他材料在不断地被研究出来，例如现今钙钛矿太阳能电池的突破。与国外相比，中国的能源系统甚至没有可持续发

4、展的特征。中国人口众多，人均资源占有率很低，对于能源的利用技术还有很多欠缺的地方，但是对能源的需求量又很大，大多数太阳能电池的制造设备仍依赖进口，因此开发高效，低制造成本的太阳能电池具有重要意义。正是由于对电力的需求不断加大，但设备制造缺乏核心科技。所以近年来，在各个国家的大力扶持下太阳能技术得到了迅速的发展，太阳能的产业规模也在不断扩大。在我国的各个领域中太阳能电池来源的电力占据的份额也越来越大。从全球发展趋势分析，为了经济的绿色发展和工业的大规模电力需求，太阳能发电作为可再生能源必将得到国际范围的广泛关注和大力发展。所以如何更好的发展太阳能电池是我国在国际能源市场上占据一席之地和合理分配我

5、国资源和非化石能源消费具有重要意义。除此之外,太阳能在我国还具有许多其他特殊优势,比如在边境地区或其他需要供电力的特殊场所是一种好的电力来源；广泛的使用太阳能技术还可以有效地减缓气候变化和促进社会就业。简而言之，大力发展太阳能发电技术在经济社会和环境保护中都具有重要意义。14国内外研究现状分析随着现代社会和科学信息技术的进步和发展，对生活的要求也越来越高；能源在推动经济发展中有着重的要作用，但随着我国传统能源的日益枯竭和对全球环境的严重污染。研究结果表明，太阳能光伏发电技术的原理是利用半导体p-n结的光生伏特效应，直接把光能转化为电能，太阳能发电产品具有辐射范围广、清洁性、分散度、间歇性等诸多

6、优点，成为是源源不断可索求的能源。预计在2040年，可再生能源规模会达到50%以上，其中新能源太阳能）1备达到20%以上,人类现在迫切需要寻找新型可再生能源以带动经济增长，大约本世纪末可再生能源规模会达到80%以上，其中新能源太阳能将会达到60%以上，显而易见，太阳能动力电池的未来发展前景非常广阔。1839年法国BeCqUereI报道在光照电极插入电解质的系统中产生光伏效应一光电化学系统；随后，1876年WGAdams发现晶体硒在光照条件下能产生电流一固体光伏现象；1884年美国人Char1eSFrittS制造出了第一块1%硒电池；1954年贝尔实验室GPearson和D.Ccharpin联合

7、研制成功出第一块6%的有实用价值的硅太阳能电池，当时纽约时报把这一突破性的研究成果称为“最终导致使无限阳光为人类文明服务的一个新时代的开始”一亦是现代太阳能电池的先驱；直到1958年，硅太阳能电池第一次在空间应用；在20世纪60年代初，空间电池的设计逐渐趋于稳定；70年代在空间开始投入大范围的应用，也开始向地面进行应用，直到70年代末，地面用太阳能电池的生产以及应用量已远远超过空间太阳能电池。而太阳能电池在我国的发展相对国外而言是晚了一点。1959年第一个技术具有实际推广应用的大型太阳能复合动力电池正式成功投入使用运行；1971年3月我国太阳能光电动力复合蓄电池技术首次成功投入使用于2003年

8、发射到位在我国的第二颗现代人造卫器火星-实践1号上；1973年3月太阳能复合动力电池技术首次被广泛应用发射到太空浮标灯上；1979年我们开始于与国内半导体和电子工业相关的结合，利用国内传统的大型废次晶硅单晶、半导体相关元器件和制造工艺技术制造生产出废次单晶硅大型太阳能复合动力电池；80年代中后期我们已经经过大量投资引进国外新的关键技术和生产设备以及成套制造生产线，到此，我们所拥有经营过的大型太阳能复合动力电池生产厂家和成套制造设备企业正式开始得到了初步快速发展。2太阳能电池的工作原理和制备工艺太阳能动力电池回收利用后，对太阳能光伏效应来进行工作。这种光是能控制光子并且会发射能量，当被光谱线照射

9、停止时会增加产生直流光的电压（或驱动电流），而且在当光照射停止时，电压（或驱动电流）可能会立即使其消失。电能作为输出的光伏发电设备，太阳能电池的一个核心组成部分为它是一种新型半导体式的PN型电结，并且电池可以实现光能一一电能的转换。如果一个入射口发射自由光子的内部能量（hv）大于一个半导体功率带隙的能量宽度（hv大于等于Eg）,则入射光子可能会直接变成自由的价电子，因为它足以直接打破一个价电子在价带带隙中的一个价电态键。这也就意味着能够吸收含有足够多的能量并通过破坏导致价带氢键的中性电子，从价带内部转移进入到中性导带，成为一个可以在导带中“自由移动”的中性电子，如下图2.1所示。同时，在电子的

10、中心位置上也会留下一个小的空穴。因此，在一个价电子开始吸收一个光子并聘其过渡发射到一个导带之后，在整个半导体中就会产生自由发射电子和自由发射空穴，统称它们为光子并生成价电子一一自由空穴电子对（e-h）o在一个空间电荷运动区域中它所产生的空间电子-中性空穴对通过其与内置离子电场的相互作用而发生分离，电子被吸引到N区域，并且空穴被吸引到P区域。当位于P和N两个区域电极中的外部发射电极中的引线继续打开时，这些发射电子空穴分别在位于N和P两个区域电极中的内部电极中继续累积，从而逐渐形成与电极内置发射电场方向相反，但能产生光的正向发射电场。该电场阻挡了电子，空穴不断分离，最终达到了动态平衡。在这种电流平

11、衡供电状态下，当正负两个电极之间继续短路分离时，外部电路就会提供一个开路交流电压，当正负两个电极继续短路时，太阳能光伏电池就会输出短路电流，开路电压和短路电流分别是目前测量家用太阳能电池的两个重要测量指标。图2-1太阳能电池工作原理太阳能电池制备流程有：制绒工序、扩散工序、刻蚀工序、PE工序、丝网印刷工序、测试分选工序、包装工序。丝网印刷工艺中，分为两个过程，一个是电极电场的印刷，另一个是烧结，电极印刷工艺是将浆料用特有规格的网版在印刷机上印刷到硅片上行成电极和电场，制作一个带有特定图案的网版是关键，再将硅片放在带有模板的网版下，在机器上通过前刮刀揩浆料印刷在硅片上，因刷成模板的图案，没有图案

12、的浆料被堵，有图案的穿过小孔印刷硅片，因此得到了印刷好的图案，然后进行烘干，就可以进行下一步；电场印刷原理同上。在丝网印刷过程中，一共要有3个印刷步骤：背电极印刷、背电场印刷、正电极印刷；这3个步骤直接都要进行烘干。在印刷之前要确定网版的设计和浆料的选择。图2-1丝网印刷工艺丝网印刷工艺一流程图2-2丝网印刷工艺流程我们现在所用的太阳能电池，制备可以使用不同的原材料。可以被选为太阳能电池的材料有好多种，最常见的就是S1太阳能电池，但是，HI-V族有机化合物的太阳能电池，其中的半导体分子具有直接的线性带隙导电结构，并且都具有很高的电光吸收功率系数，因此，由有机化合物半导体构成的新型太阳能电池的光

13、电转换和利用效率都很高。当前国际上太阳能电池转化效偏高的材料，他们大部分都出自W-V族的化合物，因为他们拥有一个非常重要且明显的特点，就是他有很高的耐热性、具有很强的抗辐射性。所以在航空航天方面有很大的发展。本文所研究的太阳能电池就是上文中所提到的III-V电池材料。氮化锈锢(InGaN)这种材料，他自己就独有一种直接带隙结构，拥有很高的光吸收电子系数和不同电子之间迁移的速率。2002年的一项最新研究结果发现，氮化锢(In)的带隙不是最初同意的19eV,实际上是约为0.7eV。这个问题的发现，意味着对于包含INXGa1xN三元的化合物，通过连续改变其中元素In的组分含量，可以将它的带隙从07e

14、v(IN的一个带隙)连续下降调节到3.4ev(GaN的一个带隙)。氮化镒锢材料是IH-V族化合物中唯一一个可以吸收365Nm-1770Nm光，并且他几乎可以与太阳光的光谱几乎完全重合。所以我们可以通过构建不同层级的结构，来提高电池的转化效率。3太阳能电池的分类及其发展3.1 硅基太阳能电池按照太阳能电池的发展顺序，第一类太阳能电池为硅基太阳能电池，其往下又可以准确细化为非晶硅太阳能电池，单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池这三大类。单晶硅太阳能电池本身的光电效率效果最好，它的效率在实验室中可以高达30%以上，即使是在大规模商业批量生产中，也可以实现惊人的26%以上。但是在如此高的光电转换效率背后

15、也存在一个产重的弊端,就是制作单晶硅太阳能电池原料供给比较昂贵，高纯度的单晶硅棒使得企业举步维艰。因此，其现在除被一些特定的仪器需求外，很难被大规模生产出来。因此，在其发展之上，多晶硅太阳能电池带着使命出世了，多晶硅太阳能电池有着不错的15%的效率,难能可贵的是它将单晶硅太阳能电池成本大的弊端有效的降低了下来。正因如此，多晶硅太阳电池得到了蓬勃的发展。能否实现电池大规模生产，以及是否能有效控制电池的成本，是太阳能电池是否能有效成长的一个性命攸关的问题，非晶硅太阳能电池有效的实现了这一点。因为，制作其方法大多数采用等离子增强型化学气象沉积和低温等离法这类方式制作，因此其与生俱来带有成本易获得的优

16、势。但是参考太阳能电池重要依据就是效率光电转换效率和电池是否保持稳定，非晶硅太阳能电池目前在这两方面依旧欠缺，如果这方面问题能够得到妥善解决，非晶硅太阳能电池定会脱颖而出。总的来看，这三种太阳能电池是目前技术应用相对广泛和熟练的一种，也是在市场和商业应用中拥有较大份额的一类。为太阳能电池迈入商业化做出了卓越的贡献，并为太阳能电池性能的提高指明了方向。3.2 化合物薄膜太阳能电池第二类太阳能电池为化合物薄膜太阳能电池。在硅基太阳能的不断发展中，科学家们发现，这类太阳能电池成本虽然在不断的降低，但总体任处于相对较高的位置。于是例如以磁化镉、铜锢锈硒化物为主的薄膜太阳能电池诞生了。薄膜太阳能电池有着充满希望的研究未来，它的本身轻巧，制造成本低，并且凭借可弯曲型成为太阳能电池中的宠儿。在出行的背包，居住的帐篷等商品上面应用十分广泛，是一种不可多得的优秀材料。这类太阳