太阳能电池(鲜活版)

1、先进太阳能电池材料先进太阳能电池材料组员：组员：许家祥许家祥 徐建平徐建平 王展王展 项肖辉项肖辉 向日葵问题向日葵问题 其实我一直有个疑问，就是说向日葵跟着太其实我一直有个疑问，就是说向日葵跟着太阳转，随着太阳东升西落，为什么第二天又阳转，随着太阳东升西落，为什么第二天又面向东了？面向东了？ 一个猛甩头？一个猛甩头？ 向日葵向日葵太阳能高效利用的一个典型太阳能高效利用的一个典型 首先明确：1、太阳能电池是能源材料而不是储能材料。2、电池主要承载的是能量的传递，太阳能电池承载的是产生能源。太阳能电池太阳能电池其其6%2%17%75%其其煤煤石油石油天然气天然气其他其他中国中国10%24%40%

2、26%石石油油煤煤天然气天然气其他其他世界世界中国和世界的能源结构中国和世界的能源结构太阳能电池发展背景太阳能电池发展背景 能源枯竭能源枯竭 石油：石油：4242年，天然气：年，天然气：6767年，煤：年，煤：200200年年 。环境污染环境污染 每年排放的二氧化碳达每年排放的二氧化碳达210210万吨，并呈上升趋势，造成万吨，并呈上升趋势，造成 全球气候变暖；空气中大量二氧化碳，粉尘含量己严重全球气候变暖；空气中大量二氧化碳，粉尘含量己严重 影响人们的身体健康和人类赖以生存的自然环境。影响人们的身体健康和人类赖以生存的自然环境。 中华人民共和国中华人民共和国 国家发展和改革委员会国家发展和改

3、革委员会 中国新能源与可再生能源发展规划中国新能源与可再生能源发展规划19991999白皮书白皮书 中华人民共和国中华人民共和国 国家发展和改革委员会国家发展和改革委员会 中国新能源与可再生能源发展规划中国新能源与可再生能源发展规划19991999白皮书白皮书 CxHy + O2 H2O + CO2 + SO2 + NOx 太阳能电池发展背景太阳能电池发展背景 上邪！我欲与君相上邪！我欲与君相知，长命无绝衰。知，长命无绝衰。山无陵，江水为竭，山无陵，江水为竭，冬雷震震，夏雨雪，冬雷震震，夏雨雪，天地合，乃敢与君天地合，乃敢与君绝！绝！社会矛盾是社会发展的社会矛盾是社会发展的根本动力。根本动力。

4、 资源丰富资源丰富 4040分钟照射地球辐射的能量分钟照射地球辐射的能量全球人类一年的能量需求全球人类一年的能量需求太阳能电池发展背景太阳能电池发展背景 洁净能源洁净能源与与 石石 油、煤炭等矿物燃料不同，不会导致油、煤炭等矿物燃料不同，不会导致“温室效应温室效应”，也不会造成环境污染也不会造成环境污染 使用方便使用方便同水能、风能等新能源相比，不受地域的限制，利用成同水能、风能等新能源相比，不受地域的限制，利用成本低。本低。太阳能的优点太阳能的优点太阳能电池是由电性质不太阳能电池是由电性质不同的同的n n型半导体和型半导体和p p型半导型半导体连接合成，一边是体连接合成，一边是p p区区,一

5、边是一边是 n 区，在两个相互区，在两个相互接触的界面附近形成一个接触的界面附近形成一个结叫结叫p - n结，结区内形成结，结区内形成内建电场，成为电荷运动内建电场，成为电荷运动的势垒。的势垒。太阳能电池基本原理太阳能电池基本原理 当太阳光入射到太阳电池表面上后当太阳光入射到太阳电池表面上后, ,所吸收得能量大于禁带所吸收得能量大于禁带宽度，在宽度，在p-np-n结中产生电子结中产生电子- -空穴对，在空穴对，在p-np-n结内建电场作用下，结内建电场作用下，空穴向空穴向p p区移动，电子向区移动，电子向n n区移动，从而在区移动，从而在p p区形成空穴积累，在区形成空穴积累，在n n区形成电

6、子积累。若电路闭合，形成电流。区形成电子积累。若电路闭合，形成电流。太阳能电池基本原理太阳能电池基本原理p 1893年年 法国科学家贝克勒尔发现法国科学家贝克勒尔发现“光生伏特效应光生伏特效应”，即，即“光光伏效应伏效应”。p 1930年年 肖特基提出肖特基提出Cu2O势垒的势垒的“光伏效应光伏效应”理论。同年，理论。同年，朗格首次提出用朗格首次提出用“光伏效应光伏效应”制造制造“太阳电池太阳电池”，使太阳能变，使太阳能变成电能。成电能。 p 1941年年 奥尔在硅上发现光伏效应。奥尔在硅上发现光伏效应。 p 1954年年 恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室，首次制成了实用的恰宾和皮尔松在美国贝尔实

7、验室，首次制成了实用的单晶太阳能电池，效率为单晶太阳能电池，效率为6%。 同年，韦克尔首次发现了砷化同年，韦克尔首次发现了砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成了第一块薄镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成了第一块薄膜太阳能电池。膜太阳能电池。太阳能电池发展历史太阳能电池发展历史 1958年年 太阳能电池首次在空间应用，装备美国先锋太阳能电池首次在空间应用，装备美国先锋1号卫号卫星电源。星电源。 1959年年 第一个多晶硅太阳能电池问世，效率达第一个多晶硅太阳能电池问世，效率达5%。 1975年年 非晶硅太阳能电池问世。非晶硅太阳能电池问世。 1980年年 单晶硅太阳能电池效

8、率达单晶硅太阳能电池效率达20%，砷化镓电池达，砷化镓电池达22.5%，多晶硅电池达，多晶硅电池达14.5%，硫化镉电池达，硫化镉电池达9.15%。 1998年年 单晶硅光伏电池效率达单晶硅光伏电池效率达25%。荷兰政府提出。荷兰政府提出“荷荷兰百万个太阳光伏屋顶计划兰百万个太阳光伏屋顶计划”，到，到2020年完成。年完成。太阳能电池发展历史太阳能电池发展历史建筑设施航天航空交通设施家电方面太阳能车通信方面领域太阳能电池应用太阳能电池应用 性质决定用途性质决定用途1、能量转化形式是：光能转化、能量转化形式是：光能转化为太阳能为太阳能2、转化的能量跟转化率和受光面积、转化的能量跟转化率和受光面积

9、成正比成正比3、一般来说不能储能，需要和蓄电、一般来说不能储能，需要和蓄电池配合使用。池配合使用。太阳能电池的应用太阳能电池的应用（10KW光伏发电组）光伏发电组）建建筑筑设设施施太阳能屋顶发电装置太阳能屋顶发电装置太阳能电池的应用太阳能电池的应用太阳能与民用建筑的结合太阳能与民用建筑的结合太阳能电池的应用太阳能电池的应用太阳能与风能发电系统太阳能与风能发电系统太阳能电池的应用太阳能电池的应用太阳能车站太阳能车站太阳能电池的应用太阳能电池的应用太阳能在沙漠地区的运用太阳能在沙漠地区的运用太阳能电池的应用太阳能电池的应用太阳能电池的应用太阳能电池的应用交通设施交通设施 交通交通/ /铁路信号灯铁

10、路信号灯 交通警示交通警示/ /标志灯标志灯 高空障碍灯高空障碍灯太阳能电池的应用太阳能电池的应用航空航天航空航天卫星供电电池卫星供电电池航天飞机供电航天飞机供电探测器电池探测器电池太阳能电池的应用太阳能电池的应用太阳能电池太阳能电池硅太阳能电池硅太阳能电池 单晶化合物太阳能电池单晶化合物太阳能电池 多晶化合物太阳能电池多晶化合物太阳能电池 非晶硅太阳能电池非晶硅太阳能电池 结晶系太阳能电池结晶系太阳能电池单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池 多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池 无机化合物太阳能电池无机化合物太阳能电池 有机化合物太阳能电池有机化合物太阳能电池 太阳能电池的分类太阳能电池的分类（按基

11、体材料分（按基体材料分 ）p第一代：单晶硅和多晶硅两种第一代：单晶硅和多晶硅两种p单晶硅电池转换效率最高，但生产成本高。单晶硅电池转换效率最高，但生产成本高。p第二代：薄膜太阳能电池第二代：薄膜太阳能电池p基于薄膜技术基础之上，主要采用非晶硅及氧化物等基于薄膜技术基础之上，主要采用非晶硅及氧化物等为材料。效率比第一代低，但生产成本最低。为材料。效率比第一代低，但生产成本最低。p第三代：化合物薄膜太阳能电池（铜铟硒第三代：化合物薄膜太阳能电池（铜铟硒（CIS）等及薄膜）等及薄膜Si系太阳能电池。系太阳能电池。p转化效率高，低成本，存在潜在庞大的经济效应。转化效率高，低成本，存在潜在庞大的经济效应

12、。太阳能电池的分类太阳能电池的分类硅太阳能电池硅太阳能电池（按基体材料分（按基体材料分 ）p单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池 (Single Crystaline-Si) 单晶硅太阳能电池制造工程由单晶硅太阳能电池制造工程由电池片工程和模板工程组成。电池片工程和模板工程组成。p电池片工程大致可分为如下三电池片工程大致可分为如下三部分：部分： 从原材料制造单晶硅棒。从原材料制造单晶硅棒。 将单晶硅棒切断，加工成半圆将单晶硅棒切断，加工成半圆片状。片状。 形成形成pn结、加入电极，制成电结、加入电极，制成电池片。池片。(2)多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池(Polycrystaline-Si) 在

13、制作多晶硅太阳能电池时，作为在制作多晶硅太阳能电池时，作为原料的高纯硅不是拉成单晶，而是熔化原料的高纯硅不是拉成单晶，而是熔化后浇铸成正方形的硅锭，然后使用切割后浇铸成正方形的硅锭，然后使用切割机切成薄片，再加工成电池。机切成薄片，再加工成电池。 多晶硅薄膜是由许多大小不等和具多晶硅薄膜是由许多大小不等和具有不同晶面取向的小晶粒构成的。其晶有不同晶面取向的小晶粒构成的。其晶粒尺寸一般约在几十至几百粒尺寸一般约在几十至几百nm级，大级，大颗粒尺寸可达颗粒尺寸可达m级。级。 多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池 (3)非晶硅太阳能电池非晶硅太阳能电池(Amorphous-Si) 非晶硅非晶硅(又称又称

14、 -Si)太阳能电池一般太阳能电池一般是用是用高频辉光放电高频辉光放电等方法使硅烷等方法使硅烷(SiH4)气体分解沉积而成的。非晶硅的禁带气体分解沉积而成的。非晶硅的禁带宽度为宽度为1.7eV，通过掺硼或掺磷可得到，通过掺硼或掺磷可得到P型型 -Si或或N型型 -Si。 非晶硅中由于原子排列缺少结晶非晶硅中由于原子排列缺少结晶硅中的规则性，缺陷多，因此单纯的硅中的规则性，缺陷多，因此单纯的非晶硅非晶硅P-N结中，隧道电流往往占主结中，隧道电流往往占主导地位，使其呈现无整流特性，不能导地位，使其呈现无整流特性，不能制作太阳能电池。制作太阳能电池。非晶硅太阳能电池非晶硅太阳能电池科技前沿 一般大家

15、对于太阳能电池的认识： 不能储能厚重的板板，所以具有不好移动等等缺点 黑色的 有太阳才能发电 转化率20%上下 转化率极限在24%左右 只能转化光能为电能。 。等等。社会需求决定生产力社会需求决定生产力发展方式；实践的需发展方式；实践的需要推动者认识的发展要推动者认识的发展。变革太阳能储能技术 储能太阳能电池彩色太阳能电池雨天发电电池 表面涂覆石墨烯 下雨天能发电柔性太阳能电池 打破了太阳能电池是快硬硬的板板的认知。 MIT造出一种极轻的太阳能电池，可以放在肥皂泡上。 混合太阳能电池，可以把热也转化为电能。 新型材料能通过回收太阳能光子提升太阳能效率到29.8%左右 纳米级的太阳能电池能把转化

16、率提升到46%左右。科学是一种在历史上起科学是一种在历史上起推动作用的革命力量。推动作用的革命力量。 太阳能电池因为体积和能量的矛盾，不能方便的大规模应用在移动设备上， 或许换个角度或者若干年后的技术迭代就能解决 期待奋战在科学第一线的开拓者们带来新的惊喜。展望展望 梵高说：每个人的心里都有一团火，路过的人只看到烟。 但是总有一个人，总有那么一个人能看到这团火，然后走过来，陪我一起。 我在人群中，看到了他的火，然后快步走过去， 生怕慢一点他就会被淹没在岁月的尘埃里。 我带着我的热情，我的冷漠，我的狂暴，我的温和， 以及对爱情毫无理由的相信，走的上气不接下气。 我结结巴巴的对他说：你叫什么名字。 从你叫什么名字开始，后来，有了一切。 类似的 世界并不缺少真理的火，大多数的我们由于缺少发现的眼睛，只能看到烟，总有一些人，看到了这团火，然后带着我们的热情，以及对知识义无反顾的追求走进先进材料科学的世界，看到不一样的烟火。 奋战在科研和教育一线的开拓者人有了知识，就会具备各种分析能力，人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以