太阳能电池PPT课件

1、太阳能光伏电太阳能光伏电 池及其应用池及其应用 2011年6月14日 3E矛盾及解决方案 3E矛盾 出路：清洁能源的开发出路：清洁能源的开发 地地 表表 面面 接接 收收 的的 太太 阳阳 能能 辐辐 射射 和和 地地 球球 保保 有有 能能 源源 太阳能发电的独特特点太阳能发电的独特特点 太阳能光伏电池的基本概念 一、基本原理 在半导体被光照射、产生光传导现象时，如果由光产生的载流子在不同位置具有不均一性，或者由于pn结 产生了内部载流子的话，就会因扩散或者漂移效应而引起电子和空穴密度分布不平衡，从而产生电力，这 一现象叫做光生伏特效应。 典型的太阳能电池本质上是一个半导体二极管( p-n结

2、) , 它利用光伏效 应原理把太阳辐射能转换为电能。当太阳光照射到半导体二极管p-n 结 上并被吸收时, 其能量大于半导体材料禁带宽度Eg 的光子能把价带中的 电子激发到导带上去, 同时价带中留下带正电的空穴, 即形成了电子-空 穴对, 通常称其为光生载流子。这些光生载流子在p-n 结内建电场作用 下迅速分离, 电子被扫到电池的n 型一侧, 空穴被扫到电池的p 型一侧, 从而在二极管的两侧分别形成了正负电荷积累, 并产生了光生电压 , 这 就是所谓的光伏效应( Photovoltaic effect) 。若在p-n 结两侧引出 电极并接上负载, 则负载中就有光生电流 通过, 即得到可利用的电能

3、, 典 型的太阳能电池就是根据这个基本原理工作的 二、太阳能电池分类 按结构 分类 同质结 太阳电池 异质结 太阳电池 肖特基 太阳电池 单质结硅太阳能电池结构示意图单质结硅太阳能电池结构示意图 上部分由上部分由 金属格子和银掺杂氮化硅金属格子和银掺杂氮化硅 组成，中间为硅的组成，中间为硅的p-n结薄膜，底部结薄膜，底部 为铝板为铝板 硅的带隙能为硅的带隙能为1.1eV,薄膜厚度为薄膜厚度为 0.1mm,不利于光的吸收。不利于光的吸收。 为此，可用为此，可用Cu(In,Ga)Se2-xSx (CIGS), CdTe等薄膜代替，其厚度等薄膜代替，其厚度 为为1-5微米微米; 同时可通过调节有关元

4、素的比例，同时可通过调节有关元素的比例， 调节半导体的带隙能（调节半导体的带隙能（1.0-2.4eV） 。 银掺杂氮化硅可降低接触电阻银掺杂氮化硅可降低接触电阻 异质结异质结CIGS太阳能电池结构示意图太阳能电池结构示意图 第一层为铝掺杂氧化锌和纯氧化锌；第二层为硫化镉；第一层为铝掺杂氧化锌和纯氧化锌；第二层为硫化镉； 第三层为第三层为CIGS；第四层为钼接触板；第五层为导电玻璃；第四层为钼接触板；第五层为导电玻璃 。 带隙能为带隙能为1.3eV的半导体的光电转的半导体的光电转 换效率为换效率为33%。带隙能较大，短。带隙能较大，短 路电流较小，带隙能较小，开端路电流较小，带隙能较小，开端 电

5、压较小。电压较小。 也可用其他半导体材料代替，如也可用其他半导体材料代替，如 ：Cu2ZnSnS4, SnO2，ZnO 一维氧化锌的重要应用： 纳米发电机 利用金属与半导体接触形成的金属半导体结原理制作的 按光电转换 机理 传统 太阳电池 激子 太阳电池 按材料 分类 硅太阳 电池 敏化纳米晶 太阳电池 有机化合物 太阳电池 塑料 太阳电池 无机化合物 半导体 太阳电池 单晶硅太阳电池，纯度要求单晶硅太阳电池，纯度要求99.999%。掺杂物为微量的硼、磷、锑等，目前单晶硅太。掺杂物为微量的硼、磷、锑等，目前单晶硅太 阳电池的光电转换效率为阳电池的光电转换效率为15%左右。左右。 生产单晶硅电耗

6、很大，占太阳电池生产总成本的生产单晶硅电耗很大，占太阳电池生产总成本的1/2 1/2 多晶硅薄膜电池成本预期要远低于单晶硅电池，实验室效率已达多晶硅薄膜电池成本预期要远低于单晶硅电池，实验室效率已达18%。 硒铟铜、硫化镉和碲化镉薄膜电池硒铟铜、硫化镉和碲化镉薄膜电池 敏化纳米晶太阳电池，成本低，并可向柔性发展。敏化纳米晶太阳电池，成本低，并可向柔性发展。 单晶硅太阳能 电池和太阳能 电池模板 优点：历史悠久，技术成熟；转化效率高 缺点：成本高 生产过程：从原材料制造单晶硅棒；将单晶硅棒切断，加工成半圆片状；形成pn结、加入电极，制成电池 片。 太阳能电池模板的制造过程 CIS以及CIGS系太

7、阳能电池 CIS:CuInSe2 (copper insdium di-selenide) CIGS: 为了制约为了制约CIS的禁带宽度，添加了的禁带宽度，添加了Ga的的Cu(InGa)Sn2 在这些混合结晶系中，图中被涂暗了的部分是有可能进行禁带 宽度控制的范围 CIGS系太阳能电池的特点是多样的结晶相和固有缺陷。 在一般的半导体中，通过不纯物添加，进行p型、n型的控制，CIS系用Cu/In比进行控制，也就是固有缺陷 控制，才有可能控制pn.在CIS中，多数存在着空穴及反向轨道等固有缺陷。 CdS CdS最重要的效果是在于pn内部结的形成。CdS的溶液生长时，Cd在CIGS内扩散，界面附近的

8、p型CIGS 被n型化，也就是说，这一结果表明结已进入了内部形成了内部结。 在CdS上，还要形成作为透明导电膜的ZnO. -V 族太阳能电池 族元素：镓Ga 铟In V族元素：磷P 砷As 砷化镓GaAs、磷化铟InP等化合物组成的半导体构成的太阳能电池。 优点：高效率且有优良的耐放射性能（作为空间太阳能电池已经被实用化） 化合物半导体的特色就是，即使是二元化合物，作为基础物性常数的禁带宽度、晶格常数等也要分布广泛， 进一步地，在三元或者四元混合晶体中，物性可以在很大范围内变化。为了实现光电转换效率高的太阳能 电池，太阳光谱的整合是必要的，太阳能电池材料的禁带宽度Eg为1.41.5ev左右，认

9、为是最合适的，Eg 为1.42ev的GaAs及1.35ev的InP等应该是合适的。 色素增感型太阳能电池 （湿式太阳能电池） 优点：造价成本低 缺点：转换效率低；使用电解质溶液时比较复杂，稳定性不好 构成色素增感型太阳能电池材料的二氧化钛、氧化锌等无机氧化物半导体及Ru色素、喹啉蓝等增感色素， 还有碘的化合物等电解质溶液，与硅系太阳能电池相比，资源的制约少，作为材料可以使用氧化物是最大 的特点。 当太阳光照射到电池上时，染料分子吸收太阳光能量，使染料分子中 的电子受激跃迁到激发态。 激发态的电子将会快速注入到TiO2 导带， 染料分子因失去电子变成 氧化态。 注入到TiO2 导带中的电子在Ti

10、O2 膜中的传输非常迅速， 可以瞬间到 达膜与导电玻璃的接触面， 并在导电基片上富集，通过外电路流向对 电极。 处于氧化态的染料分子，由电解质(I-/I3-) 溶液中的电子供体I- 提供电 子而回到基态，染料分子得以再生。 电解质溶液中的电子供体I- 在提供电子以后变为I3-，扩散到对电极， I3- 得到电子而还原I-，从而完成一个光电化学反应循环，也使电池各 组分都回到初始状态。 太阳能电池的应用 上世纪6060年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术通信卫星供 电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁 和直接的能源形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也

11、大显身手。 如：太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光伏水泵 （饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、 海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等。欧美等先进国家将光伏发电 并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。太阳电池 与建筑系统的结合已经形成产业化趋势 用户太阳能电源 1.1.小型电源10-100W10-100W不等，用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、 边防哨所等军民生活用电，如照明、电视、收录机等 太阳能电源 太阳能逆变器 太陽能手機、手錶等日用品： 2. 3-5KW2. 3-5KW家庭屋顶并网发电系统； 3.3.光伏水泵：

12、解决无电地区的深水井饮用、灌溉 交通领域 如航标灯、交通/ /铁路信号灯、交通警示/ /标志灯、路灯、高空障 碍灯、高速公路/ /铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。 通讯/ /通信领域 太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/ /通讯/ /寻呼电源 系统；农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPSGPS供电等。 石油、海洋、气象领域 石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活 及应急电源、海洋检测设备、气象/ /水文观测设备等 风云三号气象卫星的太阳能电池 海洋气象监测标 家庭灯具电源 如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割 胶灯、节能灯等。 光伏电

13、站 10KW-50MW10KW-50MW独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种大型停车厂充 电站等。 太阳能电池定义 太阳能电池，又称光伏器件，是一种利用光生伏特效应把光能转变为电能的器件。它是太阳能光伏发电的基 础和核心。 4.太阳能电池的结构及工作原理 太阳能电池的结构 太阳能电池发电原理 5.太阳能电池的生产工艺 导电玻璃 膜切割 清洗 检测 镀铝电极 沉积PN结 老化 检测 封装 成品检测 太阳能电池的结构 太阳能电池发电原理 硅基太阳能电池硅基太阳能电池 非晶硅薄膜太阳能电池是用非晶硅半导体材料在玻璃、特种塑 料、陶瓷、不锈钢等为衬底制备出来的一种目前公认环保性能 最好的太阳能电池。 多晶硅薄膜太阳能电池既具有晶体硅太阳能电池的高效、稳定、 无毒( 或毒性很小) 及材料资源丰富的优势, 又具有薄膜太阳能 电池省材料、低成本且光照稳定性强等优点, 是目前公认的高效 率、低能耗的理想太阳能电池 微晶硅薄膜太阳能电池。微晶硅薄膜电池几乎不