太阳能光伏电池剖析

太阳能光伏电池剖析第一页，共37页。主要内容：一、序言二、太阳能光伏电池的工作原理与结构三、太阳能光伏电池的分类四、太阳能光伏电池元件的阵列结构五、太阳能光伏电池的应用六、我国的太阳能、风能分布第二页，共37页。一、序言1、地球每天接收的太阳能，相当于整个世界一年所消耗的总能量的200倍。太阳每秒发出的能量就大约相当于1.3亿亿吨标准煤完全燃烧时所释放出的全部热量。2、包括风能、海洋能等，都是太阳能的子孙、都是太阳能转换而成。3、太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生清洁能源。太阳能电池是太阳能利用的重要途径之一第三页，共37页。世界太阳能电池发展的主要节点1954美国贝尔实验室发明单晶硅太阳能电池，效率为6％1955第一个光伏航标灯问世，美国RCA发明GaAs太阳能电池1958太阳能电池首次装备于美国先锋1号卫星，转换效率为8％。1959第一个单晶硅太阳能电池问世。1960太阳能电池首次实现并网运行。1974突破反射绒面技术，硅太阳能电池效率达到18％。1975非晶硅太阳能电池问世1978美国建成100KW光伏电站1980单晶硅太阳能电池效率达到20％多晶硅为14.5％，GaAs为22.5％1986美国建成6.5MW光伏电站1990德国提出“2000光伏屋顶计划”1995高效聚光GaAs太阳能电池问世，效率达32％。1997美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划，日本提出“新阳光计划”1998单晶硅太阳能电池效率达到24.7％，荷兰提出“百万光伏屋顶计划”2000世界太阳能电池总产量达287MW，欧洲计划2010年生产60亿瓦光伏电池第四页，共37页。我国◆1959年第一个有实用价值的太阳电池诞生◆

1971年3月太阳电池首次应用于我国第二颗人造卫星—实践1号上；◆

1973年太阳电池首次应用于浮标灯上；◆

1979年开始用半导体工业废次单晶、半导体器件工艺生产单晶硅电池；◆

80“年代中后期引进国外关键设备或成套生产线我国太阳电池制造产业初步形成。第五页，共37页。生活中的太阳能电池板第六页，共37页。第七页，共37页。办公楼与玻璃幕墙一体化的PV太阳能屋顶系统第八页，共37页。第九页，共37页。二、太阳能光伏电池的工作原理与结构

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能电池的工作原理。第十页，共37页。太阳能电池的结构第十一页，共37页。三、太阳能光伏电池的分类太阳能电池，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。第十二页，共37页。太阳能电池分类按照材料分类:1、硅太阳能电池：以硅为基体材料（单晶硅、多晶硅、非晶硅）2、化合物半导体太阳能电池：由两种或两种以上的元素组成具有半导体特性的化合物半导体材料制成的太阳能电池(硫化镉、砷化稼、碲化镉、硒铟铜、磷化铟)3、有机半导体太阳能电池：用含有一定数量的碳－碳键且导电能力介于金属和绝缘体之间的半导体材料制成的电池(分子晶体、电荷转移络合物、高聚物)第十三页，共37页。单晶硅太阳电池特点：硅系列太阳能电池中，单晶硅的光电转换效率最高，技术也最成熟，高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关成熟的加工工艺基础上。提高转换效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。单晶硅太阳能电池的转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍旧占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本居高不下，严重影响了其广泛应用。

第十四页，共37页。多晶硅太阳电池特点：

单晶硅太阳能电池的缺点是制造过程复杂，制造电池的能耗大。为解决这些问题，用浇铸法或晶带法制造的多晶硅太阳能电池的开发取得了进展。在1976年证明用多晶硅材料制作的太阳能电池的转换效率已超过10%，对大晶粒的电池，有报道效率可达20%。这种低成本的多晶硅太阳能电池已经大量生产，目前，它在太阳能电池工业中所占的分额也相当大。但是多晶硅材料质量比单晶硅差，有许多晶界存在，电池效率比单晶硅低；晶向不一致，表面织构化困难。第十五页，共37页。非晶硅太阳能电池的优点：1、非晶硅具有较高的光吸收系数，这是非晶硅材料最重要的特点，也是它能够成为低价格太阳能电池的最主要因素。2、非晶硅的禁带宽度比单晶硅大，随制备条件的不同约在1.5-2.0eV的范围内变化，这样制成的非晶硅太阳能电池的开路电压高。3、材料和制造工艺成本低、设备简单；而且非晶硅薄膜厚度仅有数千埃，不足晶体硅太阳电池厚度的百分之一，大大降低了硅原材料的成本；沉积温度为100～300ºC。4、由于非晶硅没有晶体所要求的周期性原子排列，可以不考虑制备晶体所必须考虑的材料与衬底间的晶格失配问题。因而它几乎可以淀积在任何衬底上，如不锈钢、塑料甚至廉价的玻璃衬底。第十六页，共37页。5、易于形成大规模的生产能力，这是因为非晶硅适合制作特大面积、无结构缺陷的薄膜，生产可全流程自动化，显著提高劳动生产率。（最大1100mm*1250mm单结晶非晶硅太阳电池）6、多品种和多用途，不同于晶体硅，在制备非晶硅薄膜时，只要改变原材料的气相成分或气体流量，便可使非晶硅薄膜改性，制备出新型的太阳电池结构；并且根据器件功率、输出电压和输出电流的要求，可以自由设计制造，方便地制作出适合不同需求的多品种产品。7、易实现柔性电池，非晶硅可以制备在柔性的衬底上，而且其硅原子网络结构的力学性能特殊，因此，它可以制备成轻型、柔性太阳电池，易于与建筑集成。8、制备非晶硅太阳能电池能耗少，约100千瓦小时，能耗的回收年数比单晶硅电池短得多。第十七页，共37页。非晶硅太阳能电池的缺点：

1、与晶体硅相比，非晶硅薄膜太阳电池的效率相对较低，在实验室中电池的稳定最高光电转换效率只有13％左右。在实际生产线中，非晶硅薄膜太阳电池的效率也不超过10％；2、非晶硅薄膜太阳电池的光电转换效率在太阳光的长期照射下有一定的衰减，到目前为止仍然未根本解决。所以，非晶硅薄膜太阳电池主要应用于计算器、手表、玩具等小功耗器件中。发展趋势：作为非常有希望的低成本太阳能电池，开发新结构，提高效率和稳定性，将会使非晶硅太阳能电池在民用及独立电源系统中获得广泛应用。第十八页，共37页。四、太阳能光伏电池元件的阵列结构

太阳电池组件是将太阳光能直接转变为直流电能的阳光发电装置。多个组件经串联和并联可组成发电方阵，提供较大的电功率。太阳电池组件具有单个组件功率大，可靠性高的特点，可单只或组成阵列使用。

整个太阳能电池由高转换效率的单片太阳电池、抗老化EVA胶膜、高透光率、高机械强度的钢化玻璃和由氟塑料、涤纶复合而成的Tedlar(TPT)背膜组成。这些元件在真空下加热层压成为一个整体，最后经安装阳极化防腐铝合金边框和接线盒，成为组件成品。具有效率高、寿命长、安装方便、抗风、抗冰雹能力等特性。第十九页，共37页。太阳能光伏电池阵列结构第二十页，共37页。五、太阳能电池的应用

上世纪60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。

第二十一页，共37页。用户太阳能电源1.小型电源10-100W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第二十二页，共37页。2.3-5KW家庭屋顶并网发电系统；第二十三页，共37页。3.光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌溉第二十四页，共37页。

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。第二十五页，共37页。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GPS供电等。第二十六页，共37页。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第二十七页，共37页。海洋气象监测标

第二十八页，共37页。家庭灯具电源