太阳能光伏发电知识

目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"太阳基本参数 2\o"CurrentDocument"多晶硅材料小知识 2\o"CurrentDocument"单晶硅性质 4\o"CurrentDocument"单晶硅尺寸小识 4\o"CurrentDocument"5•太阳能发电系统的最佳化设计 4\o"CurrentDocument"6•硅片的化学清洗工艺 9\o"CurrentDocument"7.光电幕墙产生电能的计算公式: 10\o"CurrentDocument"8•太阳能电池功率计算 11\o"CurrentDocument"9•太阳能发电系统的组成及设计考虑因素 11\o"CurrentDocument"单晶硅棒加工成单晶硅抛光硅片工艺流程 12\o"CurrentDocument"光伏发电系统储能专用铅酸蓄电池 14\o"CurrentDocument"蓄电池简介 17\o"CurrentDocument"光伏太阳能技术 20\o"CurrentDocument"14•太阳能资源可利用的数据分析 23\o"CurrentDocument"15.光伏建筑一体化（BIPV）的主要形式 27\o"CurrentDocument"16•光伏建筑一体化BIPV的设计 28\o"CurrentDocument"17•多晶硅薄膜太阳能电池 29\o"CurrentDocument"非晶硅薄膜太阳能电池 30\o"CurrentDocument"太阳能级多晶硅知识 31\o"CurrentDocument"太阳能电池组件的简介 32\o"CurrentDocument"单晶太阳能电池与多晶太阳能电池差异 33\o"CurrentDocument"光伏组件（太阳能电池板）规格表 34\o"CurrentDocument"硅晶片 36\o"CurrentDocument"太阳能电池生产工艺 38\o"CurrentDocument"什么是晶圆 40\o"CurrentDocument"26•太阳能路灯工作原理与设计 41\o"CurrentDocument"单晶硅片制备的主要工艺流程和设备 45单晶硅棒加工成单晶硅抛光硅片工艺流程 46\o"CurrentDocument"太阳能电池角度的计算 48\o"CurrentDocument"30•太阳能方阵角度的计算 49\o"CurrentDocument"单晶硅太阳电池 50\o"CurrentDocument"多晶硅太阳电池 51\o"CurrentDocument"33•非晶硅太阳电池 51\o"CurrentDocument"多元化合物太阳电池 52\o"CurrentDocument"使用太阳能灯的注意事项 53\o"CurrentDocument"太阳能热发电几种系统的其本认识 53\o"CurrentDocument"光伏系统应用中的误区 55\o"CurrentDocument"单多晶硅两者的区别 57\o"CurrentDocument"逆变器的设计及计算方法 58\o"CurrentDocument"铜铟镓二硒太阳能电池 59\o"CurrentDocument"太阳电池组件及封装 60\o"CurrentDocument"太阳能电池阵列设计步骤 63\o"CurrentDocument"单晶硅的生产过程 641•太阳基本参数半径：696295千米.质量：1.989x1030千克温度：5800°C（表面）1560万C心）总辐射功率：3.83x1026 焦耳/秒平均密度：1.409克/立方厘米日地平均距离：1亿5千万千米年龄：约50亿年太阳（Sun）是一颗普通的恒星，目前在赫罗图上度过了主序生涯的一半左右。它是一个质量为1989.1亿亿亿吨（约为地球质量的33万倍）、直径139.2万km（约为地球直径的109倍）的热气体（严格说是等离子体）球。其平均密度为水的1.4倍，但这一平均密度隐含着很宽的密度范围，从超高密的核心到稀薄的外层。作为一颗恒星太阳，其总体外观性质是，光度为383亿亿亿瓦，绝对星等为4.8,他是一颗黄色G2型矮星，有效温度等于开氏5800度。太阳与在轨道上绕它公转的地球的平均距离为149597870km（499.005光秒或1天文单位）。按质量计，它的物质构成是71%的氢、26%的氦和少量重元素。太阳圆面在天空的角直径为32角分，与从地球所见的月球的角直径很接近,是一个奇妙的巧合（太阳直径约为月球的400倍而离我们的距离恰是地月距离的400倍），使日食看起来特别壮观。由于太阳比其他恒星离我们近得多，其视星等达到-26.8,成为地球上看到最明亮的天体。太阳每25.4天自转一周（平均周期；赤道比高纬度自转得快）每2亿年绕银河系中心公转一周。太阳因自转而呈轻微扁平状，与完美球形相差0.001%,相当于赤道半径与极半径相差6km（地球这一差值为21km，月球为9km，木星9000km，土星5500km）。差异虽然很小，但测量这一扁平性却很重要，因为任何稍大一点的扁平程度（哪怕是0.005%）将改变太阳引力对水星轨道的影响，而使根据水星近日点进动对广义相对论所做的检验成为不可信。2•多晶硅材料小知识多晶硅材料小知识A、太阳能级多晶硅料技术要求：总体要求：硅含量99.9999%含硼量：v0.20ppba含磷量：v0.90ppba含碳量：vl.OOppba金属含量：v3O.OOppba金属表面含量：v3O.OOppba尺寸大小要求：25mm---250mm多晶种类：P型电阻率：＞0.500hmcmB、 破碎半导体级硅片技术要求：半导体级碎硅片片子形状为圆弧形碎片硅片厚度〉=400um型号为P型电阻率：＞0.500hmcmC、 小多晶硅技术要求型号为N型，电阻率大于50ohmcn,碳含量小于5*1016/cm3,氟含量小于5*1017/cm3块状为4mm不能有氧化物夹层和不熔物，最好为免洗料D、 直拉多晶硅技术要求磷检为N型，电阻率大于100ohmcm,硼检为P型，电阻率大于1000ohmcm.少娄载流子寿命大100um,碳含量小于1016cm3,氧含量小于1017cm3块状小于30mm不能有氧化物夹层和不熔物，最好为免洗料E、 区熔头尾料技术要求N型，电阻率大于50chmom少数载流子寿命大于100“m块状大于30mm区熔头尾料不能有气泡，不能有与线圈接触所造成的沾污，更不能有区熔过程的流硅或不熔物。最好为免洗料F、 直拉头尾料（IC料），最好为免洗料N型，电阻率大于10ohmomP型，电阻率大于0.5ohmom块状大于30mm,片厚大于0.5mm直拉头尾料不能气泡，更不能有不熔物3•单晶硅性质单晶硅具有金刚石晶格，晶体硬而脆，具有金属光泽，能导电，但导电率不及金属，且随着温度升高而增加，具有半导体性质。单晶硅是重要的半导体材料。在单晶硅中掺入微量的第贝A族元素，形成P型半导体，掺入微量的第VA族元素，形成N型，N型和P型半导体结合在一起，就可做成太阳能电池,将辐射能转变为电能。在开发能源方面是一种很有前途的材料。4•单晶硅尺寸小识硅片直径越大，技术要求越高，越有市场前景，价值也就越高。日本、美国和德国是主要的硅材料生产国。中国硅材料工业与日本同时起步，但总体而言，生产技术水平仍然相对较低，而且大部分为2.5、3、4、5英寸硅锭和小直径硅片。中国消耗的大部分集成电路及其硅片仍然依赖进口。但我国科技人员正迎头赶上，于1998年成功地制造出了12英寸单晶硅，标志着我国单晶硅生产进入了新的发展时期5•太阳能发电系统的最佳化设计摘要：独立太阳能发电系统需要进行最佳化设计。介绍了一种简明合理而又实用的最佳化设计方法。应用目前国外常用的倾斜面上太阳辐照量的计算公式，根据不同的蓄电池维持天数，应用能量平衡原理，得到相应的太跳电池方阵最佳倾角，然后通过循环计算，得出一系列太阳能电池方阵和蓄电池容量的组合，再通过经济核算等，最后确定光伏系统的规模,编制了相应的计算机程序，并进行了实例计算。关键词：优化设计；光伏方阵；蓄电池；维持天数Theoptimumsizingofstand—alonephotovoltaicsystemsYANGJin—huan,GELiang,CHENZhong—hua,WANGZheng—hong(ShanghailnstituteofElectricPower,Shanghai200090,China)Abstract:Stand一alonephotovoltaicsystemsshouldbeofoptimumsizing.Thisarticleintroducesaconcise,rationalandpracti一calmethod.Themethodadoptsthecalculatingformulacurrentlyusedabroadfordeterminingthesolarradiationontiltedsur一face.Accordingtothedaysofautonomyandtheprincipleofenergyequilibrium,theoptimumtiltangleofphotovoltaicarrayisobtainedfirstandthenaseriesofcapacitycombinationsofphotovoltaicarrayandbatterybymeansofcyclecalculations.Thesizeofphotovoltaicsystemsisfinallydeterminedafterfurthereconomicaccounting.Arelevantcomputerprogramisworkedoutandacalculatedexamplepresented.Keywords：optimumsizing；photovoltaicarray；batteries；daysofautonomy1前言近年来太阳能(又称光伏)发电得到了迅速的发展，在我国各种光伏系统及应用产品不断涌现，出现了前所未有的可喜局面。然而稍加分析便可看出，很多产品都没有经过仔细的最佳化设计，有的系统和产品是照猫画虎，以讹传讹；有的则根本不符合光伏发电的基本规律和工作特点，以致不能保证长期稳定可靠地运行，或者配置容量过大，造成大量浪费，影响了光伏电源的推广应用。在现阶段，太阳能电池的价格还较高,光伏系统应当根据负载要求和当地的气象地理条件进行最佳化设计，通过科学的计算方法，达到可靠性和经济性的最佳结合。然而，由于光伏发电系统运行时牵涉到的影响因素很多，关系错综复杂，设计计算相当困难。一些设计方法不是十分繁杂，就是不够完善。我们在以前工作的基础上［1］,进一步做了修正和改进，总结出了一种简明合理而又实用的最佳化设计方法。光伏系统按供电方式大致可分为独立系统、混合系统和并网系统三大类，本文仅讨论应用最广泛的独立光伏系统的最佳化设计。2技术条件1负载性质独立光伏系统是指没有任何辅助电源，光伏发电是唯一电力来源的电源系统。实际负载的大小及使用情况等可能千变万化，从全天使用时间上来区分，大致可分为白天、晚上和白天连晚上三种负载。对于仅在白天使用的负载，多数可以由光伏系统直接供电，减少了由于蓄电池充放电等引起的损耗，所配备的光伏系统容量可以适当减小。全部晚上使用的负载其光伏系统所配备的容量就要相应增加。白天连晚上的负载所需要的容量则在两者之间。此外，从全年使用时间上来区分，大致又可分为均衡性负载、季节性负载和随机性负载。为了简化，对于月平均耗电量变化不超过10%的负载也可以当作平均耗电量都相同的均衡性负载［2］。本文仅讨论为均衡性负载供电的独立光伏系统的最佳化设计。2影响因素的考虑影响光伏系统运行的因素很多，关系十分复杂，有的书上甚至列举了几十个修正系数。实际上因为现场条件和运行情况千变万化，既无法事先逐一确定其大小，也完全没有必要区分得如此细致，可将其组合成少量几个必要的修正系数，如果需要还可加上一定的安全系数来处理。3太阳辐照量由于太阳辐射的随机性，无法确定光伏系统安装后方阵面上各个时段确切的太阳辐照量，只能根据气象台记录的历史资料作为参考。然而，通常气象台站提供的是水平面上的太阳辐照量，需要将其换算成倾斜方阵面上的辐照量。对于一般的光伏系统而言，只要计算倾斜面上的月平均太阳辐照量即可，不必考虑瞬时（通常是逐小时）太阳辐射通量。为了将水平面上的月平均太阳辐照量换算成倾斜面上月平均太阳辐照量，不少人还一直应用Liu和Jordan在1962年提出的计算方法】3，4］。这种方法虽然计算比较简单，但实际上只有在一年中的太阳二分点（三月和九月的春秋分）才是正确的。此方法用于朝向赤道的倾斜面上月平均散射辐照量的计算结果偏小。现在国外通常采用Klien和Theilacker提出的计算倾斜面上月平均太阳辐照量的方法［5,6］，其计算方法是：其中：是倾斜面上月平均太阳辐照量与水平面上月平均太阳辐照量的比值；为水平面上月平均散射辐照量；为水平面上月平均总辐照量；卩为方阵倾角；p是地面反射率。其中：®ss为倾斜面上日落时角；®sr为倾斜面上日出时角；是水平面上日落时角。其中：少为当地纬度；6是太阳赤纬；Y是方位角。对于朝向赤道的倾斜面，上述计算可以简化，在北半球朝向正南的倾斜面上，其月平均太阳总辐照量与水平面上月平均总辐照量之比为：4方阵倾角固定式光伏方阵，应尽可能朝向赤道倾斜安装，这样一是可以增加全年接收到的太阳辐照量，二还能提升冬季方阵面上的太阳辐照量，而同时降低夏季的辐照量。这对于以蓄电池为储能装置的独立光伏系统是十分重要的。现在，有不少太阳能草坪灯等类光伏产品的太阳电池采用水平安装，这些产品本身容量比较紧张，更不应该采用水平安装的方式。对于光伏方阵的倾角，有些资料提出等于当地纬度，或当地纬度加上5°〜15°［7］,显然这是不合适的。实际上，即使纬度相同的两个地方，其太阳辐照量的大小及组成往往相差很大，如拉萨和重庆的纬度基本相同（仅差0.18。），而水平面上的太阳辐照量却要相差一倍以上，显然加上相同的度数作为方阵倾角是不妥当的。不少资料提出了确定方阵最佳倾角的方法，然而由于现代计算技术的进步，可以通过一定的计算方法，在满足负载用电要求的条件下，比较各种不同的倾角所需配置的太阳电池方阵和蓄电池容量的大小，从而决定方阵的最佳倾角。事实上，设计时对于不同的蓄电池维持天数，要求的系统累计亏欠量不一样，最佳倾角也不一定相同（见表1）,所以不必事先确定。5温度影响众所周知，在太阳电池温度升高时，其开路电压要下降，输出功率会减少。所以，有些设计方法在最后确定方阵容量时，考虑太阳电池温度系数的影响，从而增大容量［1,7］。然而，这种把方阵当作全年都处在最高温度下工作，显然是个保守的方法。实际上，现在常用的36片太阳电池串联为12V蓄电池充电的标准组件，已经考虑了夏天温度升高的影响。而且，通常夏天太阳辐射强度较大，方阵发电量常有盈余，完全可以弥补由于温度升高所减少的电能，因此在计算太阳电池容量时可以不必考虑温度的影响。在特殊情况下，只要增加系统的安全系数即可。不过在温度较低时，蓄电池输出容量要受到影响，在冬天工作温度低于o°c时，应适当加以考虑。6蓄电池维持天数通常是指没有光伏方阵电力供应的情况下，完全由蓄电池储存的电量供给负载所能维持的天数。有的资料建议在3〜6d中选取[8],也可参考当地年平均连阴雨天数等因素而定。3独立光伏系统优化设计步骤1确定负载耗电量列出各种用电负载的耗电功率、工作电压及平均每天使用时数，还要计入系统的辅助设备如控制器、逆变器等的耗电量。选择蓄电池工作电压V,算出负载平均日耗量QL(Ah/d).2计算方阵面上太阳辐照量输入当地地理及气象资料，根据2.3节所介绍的方法，计算不同倾斜面上的全年平均太阳辐照量3算出各月发电盈亏量对于某个确定的倾角，方阵输出的最小电流应为：式中：ni为从方阵到蓄电池回路的输入效率，包括方阵面上的灰尘遮蔽损失、性能失配、防反充二极管及线路损耗、蓄电池充电效率等；n2为由蓄电池到负载的放电回路效率，包括蓄电池放电效率、控制器和逆变器的效率及线路损耗等。同样也可由方阵面上各月太阳辐照量中的最小值Ht・min得出方阵所需输出的最大电流为：方阵实际工作电流应在Imin和Imax之间，可先任意选取一中间值I,则方阵各月发电量为：如果△QVO,为亏欠量，表示该月发电量不足，需要由蓄电池提供部分储存的电量。3.4确定累计亏欠量》l-AQiI以两年为单位，列出各月发电盈亏量，如只有一个△QVO的连续亏欠期，则累计亏欠量即为该亏欠期内各月亏欠量之和。如有两个或以上的不连续△QV0的亏欠期，则累计亏欠量》l-AQiI应扣除连续两个亏欠期之间AQi为正的盈余量，最后得出累计亏欠量£I-AQiI。3.5决定方阵输出电流将nl与指定的蓄电池维持天数n相比较，若nl>n，则增大电流I,重新计算，反之亦然。直到n1=n,即得出方阵输出电流Im。6求出方阵最佳倾角改变倾角，重复以上计算，进行比较，得出最小的方阵输出电流Im值，相应的倾角即为方阵最佳倾角卩opt。7得出蓄电池及方阵容量这样可以求出蓄电池容量为：其中：k为安全系数；Vb为蓄电池充电电压；Vd为防反充二极管及线路等的压降。8最终决定最佳搭配改变蓄电池维持天数n,重复以上计算，可得到一系列B-P组合。再根据产品型号及单价等因素，进行经济核算，最后决定蓄电池及光伏方阵容量的最佳组合。9编制计算机程序我们根据以上原理及公式，用VC++语言编写了相应的计算机程序，可以很方便地确定太阳电池组件功率及蓄电池的容量。4计算实例为上海地区设计一套光伏电源系统，每天平均用电量为5kWh,工作电压为110V。查得上海地区20a以上的水平面上月平均太阳总辐照量和直接辐照量，少=31.17°,相应参数分别取：p=0.2，nl=n2=0.9，DOD=0.8，k=1.15，设不同的蓄电池维持天数n,输入计算机程序，可以得到一系列组合如表1。最后根据上海地区的连阴雨天数等因素综合考虑，方阵倾角取43°,蓄电池容量用450Ah/110V，太阳电池方阵功率为2430Wp,用27块90Wp组件9串3并组成。5结论独立光伏系统必须进行最优化设计，综合考虑其可靠性和经济性指标，最终确定最佳的太阳电池方阵和蓄电池容量组合。计算倾斜面上月平均太阳辐照量，可采用Klien和Theilacker提出的计算方法。方阵的最佳倾角按照负载的性质、当地的气象及地理条件以及满足蓄电池维持天数等条件的不同而改变，可以通过比较不同角度时满足负载要求的最小容量配置来确定。通常对于不同的蓄电池维持天数，其方阵的最佳倾角不一定相同。一般情况下，温度对于光伏方阵工作的影响可以不必考虑6•硅片的化学清洗工艺硅片经过不同工序加工后，其表面已受到严重沾污，一般讲硅片表面沾污大致可分在三类:有机杂质沾污：可通过有机试剂的溶解作用，结合超声波清洗技术来去除。颗粒沾污：运用物理的方法可采机械擦洗或超声波清洗技术来去除粒径＞0.4gm颗粒，利用兆声波可去除＞0.2gm颗粒。金属离子沾污：必须采用化学的方法才能清洗其沾污。硅片表面金属杂质沾污有两大类：一类是沾污离子或原子通过吸附分散附着在硅片表面。另一类是带正电的金属离子得到电子后面附着（尤如“电镀”）到硅片表面。硅抛光片的化学清洗目的就在于要去除这种沾污，一般可按下述办法进行清洗去除沾污。a.使用强氧化剂使“电镀”附着到硅表面的金属离子、氧化成金属，溶解在清洗液中或吸附在硅片表面。用无害的小直径强正离子（如H+）来替代吸附在硅片表面的金属离子，使之溶解于清洗液中。用大量去离水进行超声波清洗，以排除溶液中的金属离子。自1970年美国RCA实验室提出的浸泡式RCA化学清洗工艺得到了广泛应用，1978年RCA实验室又推出兆声清洗工艺，近几年来以RCA清洗理论为基础的各种清洗技术不断被开发出来，例如：⑴美国FSI公司推出离心喷淋式化学清洗技术。⑵美国原CFM公司推出的Full-Flowsystems封闭式溢流型清洗技术。⑶美国VERTEQ公司推出的介于浸泡与封闭式之间的化学清洗技术（例GoldfingerMach2清洗系统）。⑷美国SSEC公司的双面檫洗技术（例M3304DSS清洗系统）。⑸曰本提出无药液的电介离子水清洗技术（用电介超纯离子水清洗）使抛光片表面洁

净技术达到了新的水平。（6）以HF/O3为基础的硅片化学清洗技术。目前常用H202作强氧化剂，选用HCL作为H+的来源用于清除金属离子。SC-1是H2O2和NH40H的碱性溶液，通过H2O2的强氧化和NH40H的溶解作用，使有机物沾污变成水溶性化合物，随去离子水的冲洗而被排除。由于溶液具有强氧化性和络合性，能氧化Cr、Cu、Zn、Ag、Ni、Co、Ca、Fe、Mg等使其变成高价离子,然后进一步与碱作用，生成可溶性络合物而随去离子水的冲洗而被去除。为此用SC-1液清洗抛光片既能去除有机沾污，亦能去除某些金属沾污。SC-2是H2O2和HCL的酸性溶液，它具有极强的氧化性和络合性，能与氧以前的金属作用生成盐随去离子水冲洗而被去除。被氧化的金属离子与CL-作用生成的可溶性络合物亦随去离子水冲洗而被去除在使用SC-1液时结合使用兆声波来清洗可获得更好的效果。7•光电幕墙产生电能的计算公式7•光电幕墙产生电能的计算公式:13]PS=HxAqxK （1）PS——光电幕墙（屋顶）每年生产的电能（MJ/a）；H——光电幕墙（屋顶）所在地区，每1太阳能一年的总辐射能（MJmT・a）,可参照图3查取；A——光电幕墙（屋顶）光电面积（mJ；n—光电电池效率，建议如下：单晶硅：n=i2%多晶硅：n=io%非晶硅：n=8%K 参正系数；K=K1・K2・K3・K4・K5・K6各分项系数建议值如下：K1——光电电池长期运行性能参正系数，Kl=0.8；K2——灰尘引起光电板透明度的性能参正系数，K2=0.9；K3——光电电池升温导致功率下降参正系数，K3=0.9；K4——导电损耗参正系数，K4=0.95；K5——逆变器效率，K5=0.85；K6——光电模板朝向修正系数，其数值可参考表4选取。光电板朝向与倾角的修正系数K6表4幕墙方向 光电阵列与地平面的倾角0° 30°60°90°东93%90%78%55%南-东93%96%88%66%南93%100%91%68%南-西93%96%88%66%西93%90%78%55%8•太阳能电池功率计算太阳能交流发电系统是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池共同组成；太阳能直流发电系统则不包括逆变器。为了使太阳能发电系统能为负载提供足够的电源，就要根据用电器的功率，合理选择各部件。下面以100W输出功率，每天使用6个小时为例，介绍一下计算方法：1•首先应计算出每天消耗的瓦时数（包括逆变器的损耗）：若逆变器的转换效率为90%,则当输出功率为100W时，则实际需要输出功率应为100W/90%=111W；若按每天使用5小时，则耗电量为111W*5小时=555Wh。计算太阳能电池板：按每日有效日照时间为6小时计算，再考虑到充电效率和充电过程中的损耗，太阳能电池板的输出功率应为555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充电过程中，太阳能电池板的实际使用功率。9•太阳能发电系统的组成及设计考虑因素太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流220V或110V,还需要配置逆变器。各部分的作用为：（一） 太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来,或推动负载工作。（二） 太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项；（三） 蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。（四） 逆变器：太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。太阳能发电系统的设计需要考虑的因素：1、 太阳能发电系统在哪里使用？该地日光辐射情况如何?2、 系统的负载功率多大？3、 系统的输出电压是多少，直流还是交流？4、 系统每天需要工作多少小时？5、 如遇到没有日光照射的阴雨天气，系统需连续供电多少天？6、 负载的情况，纯电阻性、电容性还是电感性，启动电流多大？7、 系统需求的数量。10•单晶硅棒加工成单晶硅抛光硅片工艺流程加工流程单晶生长-切断-外径滚磨-平边或V型槽处理-切片倒角f研磨 腐蚀-抛光-清洗-包装切断：目的是切除单晶硅棒的头部、尾部及超出客户规格的部分，将单晶硅棒分段成切片设备可以处理的长度，切取试片测量单晶硅棒的电阻率含氧量。切断的设备：内园切割机或外园切割机切断用主要进口材料：刀片外径磨削：由于单晶硅棒的外径表面并不平整且直径也比最终抛光晶片所规定的直径规格大，通过外径滚磨可以获得较为精确的直径。外径滚磨的设备：磨床平边或V型槽处理：指方位及指定加工，用以单晶硅捧上的特定结晶方向平边或V型。处理的设备：磨床及x—RAY绕射仪。切片：指将单晶硅棒切成具有精确几何尺寸的薄晶片。切片的设备：内园切割机或线切割机倒角：指将切割成的晶片税利边修整成圆弧形，防止晶片边缘破裂及晶格缺陷产生，增加磊晶层及光阻层的平坦度。倒角的主要设备：倒角机研磨：指通过研磨能除去切片和轮磨所造的锯痕及表面损伤层，有效改善单晶硅片的曲度、平坦度与平行度，达到一个抛光过程可以处理的规格。研磨的设备：研磨机（双面研磨）主要原料：研磨浆料（主要成份为氧化铝，铬砂，水），滑浮液。腐蚀：指经切片及研磨等机械加工后，晶片表面受加工应力而形成的损伤层，通常采用化学腐蚀去除。腐蚀的方式：（A）酸性腐蚀，是最普遍被采用的。酸性腐蚀液由硝酸（HNO3）,氢氟酸（HF）,及一些缓冲酸（CH3COCH，H3PO4）组成。（B）碱性腐蚀，碱性腐蚀液由KOH或NaOH加纯水组成。抛光：指单晶硅片表面需要改善微缺陷，从而获得高平坦度晶片的抛光。抛光的设备：多片式抛光机，单片式抛光机。抛光的方式：粗抛：主要作用去除损伤层，一般去除量约在io—20um；精抛：主要作用改善晶片表面的微粗糙程度，一般去除量1um以下主要原料：抛光液由具有SiO2的微细悬硅酸胶及NaOH（或KOH或NH4OH）组成，分为粗抛浆和精抛浆。清洗：在单晶硅片加工过程中很多步骤需要用到清洗，这里的清洗主要是抛光后的最终清洗。清洗的目的在于清除晶片表面所有的污染源。清洗的方式：主要是传统的RCA湿式化学洗净技术。主要原料：H2SO4,H2O2，HF，NH4HOH，HCL损耗产生的原因A.多晶硅-单晶硅棒多晶硅加工成单晶硅棒过程中：如产生损耗是重掺埚底料、头尾料则无法再利用，只能当成冶金行业如炼铁、炼铝等用作添加剂；如产生损耗是非重掺埚底料、头尾料可利用制成低档次的硅产品，此部分应按边角料征税。重掺料是指将多晶硅原料及接近饱和量的杂质（种类有硼，磷，锑，砷。杂质的种类依电阻的N或P型）放入石英坩埚内溶化而成的料。重掺料主要用于生产低电阻率（电阻率V0.011欧姆/厘米）的硅片。损耗：单晶拉制完毕后的埚底料约15%。单晶硅棒整形过程中的头尾料约20%。单晶整形过程中（外径磨削工序）由于单晶硅棒的外径表面并不平整且直径也比最终抛光晶片所规定的直径规格大，通过外径磨削可以获得较为精确的直径。损耗约10%-13%.11•光伏发电系统储能专用铅酸蓄电池近年来，太阳电池的光伏发电技术得到了世界各国的高度重视。从欧美的太阳能光伏“屋顶计划”到我国的西部光伏发电项目。太阳能光伏发电已经显示了其强劲的发展势头。随着光伏发电技术的发展和低成本光伏组件的产业化，太阳能灯具、光伏电站和光伏户用电源，均要求蓄电池供应商能够提供全天候运行的蓄电池，而目前光伏系统多采用阀控式密封铅酸蓄电池（以下简称铅酸蓄电池缩写为VRLAB）胶体铅酸蓄电池和免维护铅酸蓄电池（不是VRLA蓄电池）作为储能电源。耐候性是指蓄电池适应自然环境的特性。本文主要讨论自然环境下温度对蓄电池寿命、容量的影响及解决方法，以及储能铅酸蓄电池研究发展方向。上述三种产品在河北奥冠电源公司已批量生产，山东皇明太阳能公司做储能蓄电池已配套应用，现场试验效果很好。一、温度对铅酸蓄电池寿命的影响VRLA铅酸蓄电池受温度影响较大，按阿里纽斯原理，在大于40°C，温度升高10度，寿命降低一倍，寿命终止的主要原因是：（一）硫酸电解液干涸；（二）热失控；（三）内部短路等。（一） 硫酸电解液干涸：硫酸电解液作为参加化学反应的电解质，在铅酸蓄电池中是容量的主要控制因素之一。酸液干涸将造成电池容量降低，甚至失效。造成电池干涸失效这一因素是铅酸电池所特有的。酸液干涸的原因：（1）气体再化合的效率偏低，析氢析氧、水蒸发；（2）从电池壳体内部向外渗水；（3）控制阀设计不当；（4）充电设备与电池电压不匹配，电池电压过高、发热、失水、干涸而失效。VRLA铅酸蓄电池受到上述（1）（2）（3）（4）四种因素的影响，其中（2）（3）（4）三种因素引起的失水速度随环境温度的上升而加快，从而加速了铅酸蓄电池以干涸方式失效。酸液干涸是影响VRLA铅酸蓄电池寿命的致命因素，VRLA蓄电池不适于在35C以上高温条件下使用。（二） 热失控：蓄电池在充放电过程中一般都产生热量。充电时正极产生的氧到达负极，与负极的绒面铅反应时会产生大量的热，如不及时导走就会使蓄电池温度升高。蓄电池若在高温环境下工作，其内部积累的热量就难以散发出去，就可能导致蓄电池产生过热、水损失加剧，内阻增大，更加发热，产生恶性循环，逐步发展为热失控，最终导致蓄电池失效。VRLA铅酸蓄电池由于采用了贫液式紧装配设计，隔板中保持着10%的孔隙酸液不能进入，因而电池内部的导热性极差，热容量极小oVRLA铅酸蓄电池之所以在高温环境下易发生热失控，是由于安全阀排出的气体量太少，难以带走电池内部积累的热量。热失控的巨热将使蓄电池壳体发生严重变形、胀裂、蓄电池彻底失效。（三） 内部短路：由于隔膜物质的降解老化穿孔，活性物质的脱落膨胀使两极连接，或充电过程中生成枝晶穿透隔膜等引起内部短路。深放电之后的蓄电池,其吸附式隔板易出现铅绒或弥散型沉淀，或形成枝晶，导致正负极板微短路。由于VRLA铅酸蓄电池的负极冗余设计，充电的初、中期充电效率比正极板充电效率高，所以在正极板析氧之前，负极已生成足够的绒面铅，用于使氧进行再化合。在制作蓄电池过程中，以负极活性物质的量作为控制因素，可以减缓电池性能的恶化。除此而外，目前在铅酸蓄电池中还普遍采用添加剂，用以改善蓄电池性能，如添加锌、镉、锂、钻、铜、镁、等金属盐或氧化物。这些添加剂均为强电解质，在放电过程中其离子向负极迁移。这些金属离子起化合配位作用，降低形成硫酸铅的概率，既是形成了硫酸铅，也比较松软，易于软化或还原。在电池的使用中，应尽量保持温度恒定，避免温度的大起大落，减少枝晶析出产生的机会。综上所述，高温对蓄电池失水干涸、热失控、正极板栅腐蚀和变形等都起到加速作用，低温会引起负极钝化失效，温度波动会加速铅酸蓄电池内部短路等等。这些都将影响电池寿命。二、温度对铅酸蓄电池容量的影响（一） 第一类早期容量损失铅酸蓄电池容量突然损失的主要原因是阻挡层。由于Pb-Ca-Sn-A1合金再生缺陷和半导体效应，正极活性物质与板栅间形成了单项导电的阻挡层，导电层组成成分较为复杂并具有半导体特性的晶体，对温度极为敏感，通过对腐蚀层的研究，改进了电池的合金和铅膏添加剂等半导体掺杂制造工艺，其原理是半导体晶体对纯度极为敏感这一原理，一个ppm的掺杂能增加103的电导率，通过合理的掺杂工艺，这种失效模式基本上解决。（二） 第二类早期容量损失铅酸蓄电池容量缓慢损失的主要原因是不是通常所见的板栅腐蚀硫酸盐化或活性物质软化脱落等，而是由于多孔活性物质膨胀引起颗粒之间互相隔绝，受温度影响很大，由Pb02—PbS04软化过程中膨胀收缩，引起的正极活性物松软和络合结构的不可逆损坏，逐渐软化脱落。造成正极板以较低的速度损失容量。（三） 第三类早期容量损失铅酸蓄电池无法充电的主要原因是由于负极添加剂活性降低或损失，而使充电困难，充电接受能力差，再充电不足，从而导致负极板底部1/3处硫酸盐化而造成的。在常温10h--20h率放电时电池容量受限于正极，在低温（-15°C以下）和高倍率（1h率以上）放电时电池容量受限于负极，低温大电流放电或受高温影响负极极易发生钝化，其原因是放电过程中有大量的离子要在很短时间内进入酸液，而形成晶核需要一些时间，这样在电极表面的呈现过大的饱和度，与正常放电电流密度相比就能够形成数量多而尺寸小的晶核，使得电极表面变成孔隙小的致密层，阻碍放电反应的继续进行，类似于部分放电量消耗于这种硫酸铅盐层上。高温促使负极添加剂的分解或溶解在电解液中而早期损失，使负极绒面铅钝化。在低温状态，溶解度明显降低，即使放电电流与低温低浓度时相同、放电时产生的速度不变，但相对于低平衡溶解度来说提高了饱和度。在低温状态，还导致酸液的粘度增加，导致酸扩散速度下降，增大蓄电池的内阻，高速传质性能变坏。钝化层厚度与硫酸铅的结晶尺寸、孔隙率和孔径结构有关，即与硫酸铅的溶解度以及铅电极表面溶液饱和度有关。在低温及电流密度、硫酸浓度高时，使负极表面溶液饱和度过高，钝化层随之变厚。所以很易造成蓄电池因放电困难而失效。负极板的钝化表现为既充不进电也放不出电。温度对上述（一）（二）（三）诸因素影响的机理及程度涉及到电化学热力学、电化学动力学、半导体物理学、金属物理学等方面的理论，仍在进一步研究之中。但高温确实会使蓄电池中的添加剂氧化失效，引起活性物质脱落，负极钝化使蓄电池早期的容量衰减速度加快。这种早期容量衰减，将导致铅酸蓄电池寿命缩短，可靠性变差。（四） 正极板腐蚀根据化学热力学原理，环境温度过高，铅酸蓄电池放电深度越大，电解液密度越高，板栅腐蚀越剧烈；储存时间愈长，腐蚀层越厚。伴随着板栅腐蚀而产生板栅变形拉伸，其结果使板栅抗张强度变小。活性物质脱落，当腐蚀产物变得很厚或板栅变得相当薄时，板栅电阻增大，使电池容量下降，直至蓄电池失效。如前所述，由于蓄电池是一个电化学容器，对环境温度变化极为敏感，环境温度既影响蓄电池的寿命也影响蓄电池的容量，这两者是密不可分的。12•蓄电池简介1.什么是蓄电池将电能转化为化学能储存起来，必要时又将化学能转化为电能释放出去的装置称为蓄电池。以金属铅和硫酸为主要材料的蓄电池称为铅酸蓄电池。铅酸蓄电池按其用途可分为:起动用、蓄电池车用、铁路客车用、摩托车用、航标灯用蓄电池等。目前广泛使用的后备电池主要是免维护的全密封铅酸蓄电池，电池密封，无须加水维护。太阳能灯具配备的就是全密封免维护铅酸蓄电池。2•蓄电池的选用（1）蓄电池的选用原则A：按需选择的原则根据自己的需要，计算出需要的电池容量与数量。B：安全的选择原则出于安全的原则,应该选择有一定品牌的蓄电池厂家，选择有技术力量以及服务好的经销代理商。C：性价比选择的原则根据产品的质量,有的蓄电池寿命只有2年,有的蓄电池寿命长达10年，进行比较选择最适合用户的蓄电池。（2）蓄电池的容量计算蓄电池的容量必须是以所定的电压、所定的时间可向负载提供的容量。具有深放电功能的蓄电池，其电量的计量单位一般为安培小时（Ah），它表明在单位时间（通常为20小时）能够提供的电流值--（20小时）率容量。如何根据使用的灯具来确定蓄电池的容量，简单的方法就是将其的功率乘以蓄电池每次充电间隔之间的使用时间。得出结果的单位为瓦时，将瓦时除以其额定电压，就可以将瓦时转换为安时。按这种情况选择，蓄电池就将电放尽，而一般蓄电池放电的理想状态为0%，应将其予以考虑来选择蓄电池。蓄电池的电量(安时)越大，供电能力就越强，蓄电池过度放电的可能性就越小。3•蓄电池的使用和维护电池密封，一方面带来很多好处，但同时也给观测和维护带来困难。"免维护"这一名词给使用者带来认识上的误区，导致使用者放松对蓄电池的日常维护和管理。因此，正确使用和维护蓄电池是十分重要的。如果条件允许，使其工作在正常的温度中(15〜20°C)两块蓄电池联接的方法为：将蓄电池的正极与正极、负极与负极联接。这样蓄电池的电量就会增加一倍，而电压与一块蓄电池的电压一样。蓄电池两极柱切不可短路(碰头)。对于新安装的蓄电池或大修后的第一次充电，一般都要进行一次较长时间的充电，为初充电，应按额定容量1/10的电流来进行充电。安装前必须测量蓄电池是否充足，如电力不足，请在阳光充足的地方对蓄电池进行8-16小时以上充电或者用交流电先把电池充足，应严格避免过放充电。用交流电正常充电时，最好采用分级充电方式，即在充电初期用较大电流的恒流均充，充到均充电压并恒压一定时间后改用常规的恒压浮充方式。保持蓄电池本身的清洁。安装好的蓄电池极柱应涂上凡士林，防止腐蚀极柱。为蓄电池配置在线监测管理技术，对蓄电池进行内阻在线测量与分析，及时发现蓄电池的缺陷，及时进行维护。在冬季应预防蓄电池冻裂，夏季应将蓄电池放于通风阴冷处，避免阳光直晒。4•影响蓄电池使用寿命的主要影响因素影响蓄电池(主要指免维护的铅酸蓄电池)使用寿命的因素主要有以下几个方面：环境温度：过高的环境温度是影响蓄电池使用寿命的典型因素，一般蓄电池生产厂家要求的环境温度是在15〜20C，随着温度的升高，蓄电池的放电能力也有所提高，但环境温度一旦超过25C，只要温度每升高10C，蓄电池的使用寿命就会减少一半。例如蓄电池的使用寿命是6年，环境温度为35C，那么其寿命就只有3年了，如果温度再升高10C达到45C，其寿命就只有1.5年了。过度放电：蓄电池被过度放电是影响蓄电池使用寿命的另一重要因素。蓄电池的寿命取决于其放电深度，放电深度越大，使用寿命就越短。当蓄电池被过度放电到输出电压为零时，会导致电池内部有大量的硫酸铅被吸付到电池的阴极表面，形成电池阴极的"硫酸盐化"。由于硫酸铅本身是一种绝缘体，它的形成必将对电池的充、放电性能产生不好的影响。因此，在阴极板上形成的硫酸盐越多，电池的内阻越大，电池的充、放电性能就越差，其使用寿命就越短。不能完全放电，避免过度放电，最好放电的幅度在30%〜50%之间。板栅的腐蚀与增长：板栅腐蚀是影响蓄电池使用寿命的重要原因。如果电池使用不当，长期处于过充电状态，那么电池的栅板就会变薄，容量降低，会缩短使用寿命。浮充电状态对蓄电池使用寿命的影响：目前，蓄电池大多数都处于长期的浮充电状态下，只充电，不放电，这种工作状态极不合理。大量运行统计资料表明，这样会造成蓄电池的阳极极板钝化，使蓄电池内阻急剧增大，使蓄电池的实际容量(A.h)远远低于其标准容量，从而导致蓄电池所能提供的实际后备供电时间大大缩短，减少其使用寿命。失水：蓄电池失水也是影响其使用寿命的因素之一，蓄电池失水会导致电解液比重增加，电池栅板的腐蚀，使蓄电池的活性物质减少，从而使蓄电池的容量降低而导致其使用寿命减少。初充电是否良好，将严重地影响蓄电池的寿命。必须处于满负荷充电状态，不充分充电将会降低电池的寿命。将不同生产厂商或不同安时的蓄电池联接在一起的做法是不可取的。因为这样会减少蓄电池的使用寿命。5•蓄电池的充电方式：半定电流充电方式(简单方式)此种方式，操作简便，广泛适用于循环使用之电池。充电器由变压器、二极体、电阻组成的，这些元件中产生的阻抗来确保充电电流不过充电。因为它结构简单，所以制造成本较低。以这种方式，在充电过程中，电池电压上升则充电电流会下降。在此有一个问题，当电池在充电最后阶段仍以较大电流充电会造成过充现象，注意避免超出充电时间规定。定电流充电方式此方式，充电时间和充电量很容易计算，但需要一个昂贵的电路来进行精确计算定电流，因此，此方式并不常用。定电压充电方式(定电流、定电压充电方式)此方式是以定电压来提供电池一定电压的方式。此方式利用与电池不同的电压来对电池充电。充电电流最初很大，逐渐减小至它充电结束。它需要根据蓄电池充电和温度特性来设置充电电压。电压不准确将导致过充电或充电不饱和。大容量充电单位，刚开始会有大电流，这将导致成本的增高。限制初始电流的定电流定电压充电方式广泛应用于循环和浮充使用的蓄电池13•光伏太阳能技术太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源.也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。为此，人们研制和开发了太阳能电池。制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为:1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多兀化合物为材料的电池；3、功能咼分子材料制备的大阳能电池:4、纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有:1、半导体材料的禁带不能太宽；②要有较高的光电转换效率：3、材料本身对环境不造成污染；4、材料便于工业化生产且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料，这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。但随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它村料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。本文简要地综述了太阳能电池的种类及其研究现状，并讨论了太阳能电池的发展及趋势。1硅系太阳能电池1.1单晶硅太阳能电池硅系列太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转换效率最高，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成热的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅的电地工艺己近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。提高转化效率主要是*单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。并在表面把一13nm。厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合.通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的电池转化效率超过23%,是大值可达23.3%。Kyocera公司制备的大面积（225cm2）单电晶太阳能电池转换效率为19.44%,国内北京太阳能研究所也积极进行高效晶体硅太阳能电池的研究和开发，研制的平面高效单晶硅电池（2cmX2cm）转换效率达到19.79%,刻槽埋栅电极晶体硅电池（5cmX5cm）转换效率达8.6%。单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池的替代产品，现在发展了薄膜太阳能电池,其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表。1.2多晶硅薄膜太阳能电池通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350〜450“^勺高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。因此实际消耗的硅材料更多。为了节省材料，人们从70年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但由于生长的硅膜晶粒大小，未能制成有价值的太阳能电池。为了获得大尺寸晶粒的薄膜，人们一直没有停止过研究，并提出了很多方法。目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积（LPCVD）和等离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺。此外，液相外延法（LPPE）和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜电池。化学气相沉积主要是以SiH2C12、SiHC13、Sicl4或SiH4,为反应气体，在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在加热的衬底上，衬底材料一般选用Si、SiO2、Si3N4等。但研究发现，在非硅衬底上很难形成较大的晶粒并且容易在晶粒间形成空隙。解决这一问题办法是先用LPCVD在衬底上沉炽一层较薄的非晶硅层，再将这层非晶硅层退火，得到较大的晶粒，然后再在这层籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜，因此，再结晶技术无疑是很重要的一个环节，目前采用的技术主要有固相结晶法和中区熔再结晶法。多晶硅薄膜电池除采用了再结晶工艺外，另外采用了几乎所有制备单晶硅太阳能电池的技术，这样制得的太阳能电池转换效率明显提高。德国费莱堡太阳能研究所采用区馆再结晶技术在FZSi衬底上制得的多晶硅电池转换效率为19%,日本三菱公司用该法制备电池，效率达16.42%。液相外延（LPE）法的原理是通过将硅熔融在母体里，降低温度析出硅膜。美国Astropower公司采用LPE制备的电池效率达12.2%。中国光电发展技术中心的陈哲良采用液相外延法在冶金级硅片上生长出硅晶粒，并设计了一种类似于晶体硅薄膜太阳能电池的新型太阳能电池，称之为“硅粒”太阳能电池，但有关性能方面的报道还未见到。多晶硅薄膜电池由于所使用的硅远较单晶硅少，又无效率衰退问题，并且有可能在廉价衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜电池，因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。1.3非晶硅薄膜太阳能电池开发太阳能电池的两个关键问题就是：提高转换效率和降低成本。由于非晶硅薄膜太阳能电池的成本低，便于大规模生产，普遍受到人们的重视并得到迅速发展，其实早在70年代初，Carlson等就已经开始了对非晶硅电池的研制工作，近几年它的研制工作得到了迅速发展，目前世界上己有许多家公司在生产该种电池产品。非晶硅作为太阳能材料尽管是一种很好的电池材料，但由于其光学带隙为1.7eV,使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率。此外,其光电效率会随着光照时间的延续而衰减，即所谓的光致衰退S一W效应，使得电池性能不稳定。解决这些问题的这径就是制备叠层太阳能电池，叠层太阳能电池是由在制备的p、i、n层单结太阳能电池上再沉积一个或多个P-i-n子电池制得的。叠层太阳能电池提高转换效率、解决单结电池不稳定性的关键问题在于：①它把不同禁带宽度的材科组台在一起，提高了光谱的响应范围；②顶电池的i层较薄，光照产生的电场强度变化不大，保证i层中的光生载流子抽出；③底电池产生的载流子约为单电池的一半，光致衰退效应减小；④叠层太阳能电池各子电池是串联在一起的。非晶硅薄膜太阳能电池的制备方法有很多，其中包括反应溅射法、PECVD法、LPCVD法等，反应原料气体为H2稀释的SiH4,衬底主要为玻璃及不锈钢片，制成的非晶硅薄膜经过不同的电池工艺过程可分别制得单结电池和叠层太阳能电池。目前非晶硅太阳能电池的研究取得两大进展:第一、三叠层结构非晶硅太阳能电池转换效率达到13%，创下新的记录；第二•三叠层太阳能电池年生产能力达5MW。美国联合太阳能公司（VSSC）制得的单结太阳能电池最高转换效率为9.3%,三带隙三叠层电池最高转换效率为13%，见表1上述最高转换效率是在小面积（0.25cm2）电池上取得的。曾有文献报道单结非晶硅太阳能电池转换效率超过12.5%，日本中央研究院采用一系列新措施，制得的非晶硅电池的转换效率为13.2%。国内关于非晶硅薄膜电池特别是叠层太阳能电池的研究并不多，南开大学的耿新华等采用工业用材料，以铝背电极制备出面积为20X20cm2、转换效率为8.28%的a-Si/a-Si叠层太阳能电池。非晶硅太阳能电池由于具有较高的转换效率和较低的成本及重量轻等特点，有着极大的潜力。但同时由于它的稳定性不高，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。2多元化合物薄膜太阳能电池为了寻找单晶硅电池的替代品，人们除开发了多晶硅、非晶硅薄膜太阳能电池外，又不断研制其它材料的太阳能电池。其中主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。上述电池中，尽管硫化镉、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砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。GaAs属于III-V族化合物半导体材料，其能隙为1.4eV，正好为高吸收率太阳光的值，因此，是很理想的电池材料。GaAs等III-V化合物薄膜电池的制备主要采用MOVPE和LPE技术，其中MOVPE方法制备GaAs薄膜电池受衬底位错、反应压力、III-V比率、总流量等诸多参数的影响。除GaAs外，其它III-V化合物如Gasb、GaInP等电池材料也得到了开发。1998年德国费莱堡太阳能系统研究所制得的GaAs太阳能电池转换效率为24.2%,为欧洲记录。首次制备的GaInP电池转换效率为14.7%.见表2。另外，该研究所还采用堆叠结构制备GaAs,Gasb电池，该电池是将两个独立的电池堆叠在一起，GaAs作为上电池，下电池用的是Gasb，所得到的电池效率达到31.1%。铜铟硒CuInSe2简称CIC。CIS材料的能降为1.leV,适于太阳光的光电转换，另外，CIS薄膜太阳电池不存在光致衰退问题。因此，CIS用作高转换效率薄膜太阳能电池材料也引起了人们的注目。CIS电池薄膜的制备主要有真空蒸镀法和硒化法。真空蒸镀法是采用各自的蒸发源蒸镀铜、铟和硒，硒化法是使用H2Se叠层膜硒化，但该法难以得到组成均匀的CIS。CIS薄膜电池从80年代最初8%的转换效率发展到目前的15%左右。日本松下电气工业公司开发的掺镓的CIS电池，其光电转换效率为15.3%（面积1cm2）。1995年美国可再生能源研究室研制出转换效率为17.l%的CIS太阳能电池，这是迄今为止世界上该电池的最高转换效率。预计到2000年CIS电池的转换效率将达到20%，相当于多晶硅太阳能电池。CIS作为太阳能电池的半导体材料，具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太阳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聚合物多层修饰电极型太阳能电池在太阳能电池中以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。其原理是利用不同氧化还原型聚合物的不同氧化还原电势，在导电材料（电极）表面进行多层复合，制成类似无机P—N结的单向导电装置。其中一个电极的内层由还原电位较低的聚合物修饰，外层聚合物的还原电位较高，电子转移方向只能由内层向外层转移；另一个电极的修饰正好相反，并且第一个电极上两种聚合物的还原电位均高于后者的两种聚合物的还原电位。当两个修饰电极放入含有光敏化剂的电解波中时.光敏化剂吸光后产生的电子转移到还原电位较低的电极上，还原电位较低电极上积累的电子不能向外层聚合物转移，只能通过外电路通过还原电位较高的电极回到电解液，因此外电路中有光电流产生。由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本底等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。但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。能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研究探索。4纳米晶化学太阳能电池在太阳能电池中硅系太阳能电池无疑是发展最成熟的，但由于成本居高不下，远不能满足大规模推广应用的要求。为此，人们一直不断在工艺、新材料、电池薄膜化等方面进行探索，而这当中新近发展的纳米TiO2晶体化学能太阳能电池受到国内外科学家的重视。自瑞士Gratzel教授研制成功纳米TiO2化学大阳能电池以来，国内一些单位也正在进行这方面的研究。纳米晶化学太阳能电池（简称NPC电池）是由一种在禁带半导体材料修饰、组装到另一种大能隙半导体材料上形成的，窄禁带半导体材料采用过渡金属Ru以及Os等的有机化合物敏化染料，大能隙半导体材料为纳米多晶TiO2并制成电极，此外NPC电池还选用适当的氧化一还原电解质。纳米晶TiO2工作原理：染料分子吸收太阳光能跃迁到激发态，激发态不稳定，电子快速注入到紧邻的TiO2导带，染料中失去的电子则很快从电解质中得到补偿，进入TiO2导带中的电于最终进入导电膜，然后通过外回路产生光电流。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2O年以上。但由于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太阳能电池的发展趋势从以上几个方面的讨论可知，作为太阳能电池的材料,III-V族化合物及CIS等系由稀有元素所制备，尽管以它们制成的太阳能电池转换效率很高，但从材料来源看，这类太阳能电池将来不可能占据主导地位。而另两类电池纳米晶太阳能电池和聚合物修饰电极太阳能电地存在的问题，它们的研究刚刚起步，技术不是很成熟，转换效率还比较低，这两类电池还处于探索阶段，短时间内不可能替代应系太阳能电池。因此，从转换效率和材料的来源角度讲，今后发展的重点仍是硅太阳能电池特别是多晶硅和非晶硅薄膜电池。由于多晶硅和非晶硅薄膜电池具有较高的转换效率和相对较低的成本，将最终取代单晶硅电池，成为市场的主导产品。提高转换效率和降低成本是太阳能电池制备中考虑的两个主要因素，对于目前的硅系太阳能电池，要想再进一步提高转换效率是比较困难的。因此，今后研究的重点除继续开发新的电池材料外应集中在如何降低成本上来，现有的高转换效率的太阳能电池是在高质量的硅片上制成的，这是制造硅太阳能电池最费钱的部分。因此，在如何保证转换效率仍较高的情况下来降低衬底的成本就显得尤为重要。也是今后太阳能电池发展急需解决的问题。近来国外曾采用某些技术制得硅条带作为多晶硅薄膜太阳能电池的基片，以达到降低成本的目的，效果还是比较现想的14.太阳能资源可利用的数据分析我国太阳能资源丰富，年照时数在2000小时以上的地区占国土面积的三分之二。从北纬55度到15度都遍布着太阳光源的照射，年均有效日的照射时间在9小时以上，太阳确实给了人类的恩惠。以沐浴而言，一般国产太阳热水器每次每人为）.26元，而世界名牌效率高的燃气或电热水器每次每人为0.75元,可以看出恩惠的广度。但是由于我国地域辽阔，各地区日照的时数在夏冬季相差甚大，众多的太阳热水器生产厂商在制造、销售或用户的使用过程中,不太注意我国各地区的太阳光源的有效日照数据，使得用户在使用过程中出现了一系列的不如意现象，这或多或少地给这个行业带来了负面的影响。现笔者就自己的工作实践，得出太阳能资源可利用的数据分析，在此与大家共享。太阳光源的日照有效时间的确定日出与日落过程（即有光的过程），并非是太阳光热、光电的产生过程。我们分析了北纬15度（海南岛）至55度（漠河）的太阳有效照射时间的相关数据（见附表一、二）经测算发现，夏季南方（北纬32〜15度）的太阳有效照射时间为10.75〜10.26小时，照度较强；北方（北纬55〜32度）为11.5〜10.75小时。冬季，南方（北纬32〜15度）太阳有效照射时间为10.08〜11.23小时，北方（北纬55〜32度）为7.18〜10.08小时。总的有效日照时间是满意的。太阳光源对被照物的有效照射角由于地球地轴的倾斜，使得自北纬15〜55度间，各地区的日出方位角与日没方位角存在很大差距，夏冬季太阳对被照物的有效照射角迥然不同，这一点对光热、光电效应的影响很大（见图一、二）夏季就以6月18〜23日为例（图二），北纬55度的日出方位角为44度，日没方位角为316度，日照时间为19小时42分。日照方位角为272度，但有效照射角为180度，有效日照时数为11.49小时；北纬15度的日出方位角为66度，日没方位角为294度，日照时间为13小时56分。日照方位角为228度，但有效照射角为180度，有效日照时数为10.26小时。冬季就以12月21〜27日为例（图二），北纬55度的日出方位角为132度，日没方位角为228度；北纬15度的日出方位角为114度，日没方位角为246度。太阳光是平行光源，所以它们的有效照射时间就可视同日出日没时间的总时数。结论我们做出这样测算的分析，其目的是要生产厂商去如何开发全国各地的市场资源，如何改变产品的外形结构，以充分利用好太阳能及更好迎合消费市场;用户要利用好相关数据去充分利用太阳能。

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