光伏材料文字以及参考文献王祎晨

光伏材料文字以及参考文献-王祎晨20xx-2目录CONTENTS硅材料1GaAs(砷化镓)2光伏材料文字以及参考文献-王祎晨1.太阳能材料工作原理【5】1.1太阳能光热材料在太阳辐射光谱中，蕴含90%能量的光谱波长为0.1～3μm，经过大气层过滤后到达地面的主要是波长为0.38～0.72μm的可见光，低于0.38μm的属于紫外线，0.72～3μm的属于近红外线因此，目前在地面上使用的太阳能光热材料仅需要考虑对波长为0.1～3μm光波的吸收特性目前太阳能光热材料根据用途主要分为透光材料、光反射材料和光吸收材料，它们有各自不同的用途通过加装透光材料可以产生温室效应，提高集热效果1.2太阳能光电材料光伏材料文字以及参考文献-王祎晨太阳能光电材料主要指太阳能电池，按照结构不同，有同质结太阳能电池、异质结太阳能电池、肖特基结太阳能电池、液结太阳能电池目前市场上主要以硅基太阳能电池为主，这类太阳能电池以单晶硅或多晶硅作为电池片基体，通过掺杂杂质的方式制成PN结或PIN结当光照射到太阳能电池片上时，会因为半导体价带中的价电子跃迁进入导带，在PN结两端产生内建电场，在内建电场作用下PN结两端不断积累正负电荷产生电动势，即光生电动势，这一现象称为光生伏特效应[2]III-VI族化合物太阳能电池、叠层太阳能电池的基本工作原理都是基于价电子跃迁的光生伏特效应光伏材料文字以及参考文献-王祎晨1.3太阳能光化学、光生物转换地球上绝大多数植物都可以进行光合作用，它们吸收太阳能，把二氧化碳和水合成为葡萄糖，这是最直观的太阳能光化学、光生物转换。还有一部分生物能够直接通过光合作用或者分解有机物产氢，氢能源是目前非常有前景的清洁能源，有望广泛应用于燃料电池等领域，如果能够实现大规模生物制氢，对缓解能源危机，改善人类能源结构有着十分重大的意义光伏材料文字以及参考文献-王祎晨2太阳能材料发展缓慢的原因太阳能被当作一次能源进行开发利用已有300余年，但早期的太阳能材料发展步伐缓慢，除了20世纪70年代—80年代出现了一次大发展之外，在其他时间内不论是太阳能光热材料，还是太阳能光电材料都发展相对缓慢，主要原因有以下三点2.1自身局限光伏材料文字以及参考文献-王祎晨由于地球绕太阳发生公转与自转，产生了白天与黑夜的交替和四季的变化在地球上不同纬度、不同地区、不同的环境条件下，太阳能的辐照强度相差极大，这导致太阳能利用系统需要因地制宜，而不能像其他能源那样批量生产以后大规模推广只有当太阳能辐照强度高于临界值时，太阳能光热材料和太阳能光电材料才能够把太阳能转换为其他形式的能量，这使得阴天、下雨、下雪等天气条件下太阳能利用效率大打折扣010203光伏材料文字以及参考文献-王祎晨而在夜晚时，因为地面上没有太阳光照射，也无法利用太阳能另外，地理环境因素对太阳能的利用也有着极大的限制与影响2.2价格因素限制太阳能材料发展的另一个重要因素是价格光伏材料文字以及参考文献-王祎晨第一代太阳能电池所使用的是单晶硅材料，单晶硅的晶片成本占整个太阳能电池模块成本的40%以上，并且单晶硅的生产过程中需要使用大量氯化氢气体，排放物对环境危害极大另外太阳能电池为了提高光电转换效率，需要使用贵金属作为电极或作为掺杂杂质，进一步提高了太阳能电池的生产成本虽然太阳能材料在投入使用后的维护成本较低，但成本回收周期过长，前期生产安装的巨大投入让使用者担心不能回本，使得投资者信心不足，在当今快节奏的生活生产条件下，限制了太阳能材料的推广普及光伏材料文字以及参考文献-王祎晨2.3效率问题太阳能利用效率低下的问题始终在限制着太阳能电池材料的发展，在温度为25°C，大气质量为AM1.5的标准测试环境下，因为硅半导体材料禁带宽度与到达地面的太阳光波长并不能完全匹配，单晶硅太阳能电池的理论极限光电转换效率为30%左右。一般来说，硅半导体材料制作的太阳能电池对于太阳光中波长小于0.35μm的紫外光和波长大于1.15μm的红外光不能产生有效响应光伏材料文字以及参考文献-王祎晨以下是几种不同材料光伏的效率分析研究背景：光伏是一种直接将太阳能转化为电能的光伏技术，为满足日益增长的全球能源需求提供了一种切实可行的解决方案近年来，光伏系统价格的下降已经使光伏发电的成本平均化，要让光伏发电在更多的电力市场上竞争，还需要进一步大幅降低成本除了太阳能电池和组件制造成本，光伏发电成本中一个主要且不断增加的部分(通常为50%)与组件和安装要求有关，如逆变器、布线、安装结构和人工因此，太阳能电池效率是降低光伏成本的关键杠杆:在空间有限的城市环境中，更高的单位面积发电率尤为重要光伏材料的发展正在飞速增长，效率纪录不断被打破光伏材料文字以及参考文献-王祎晨根据Shockley-Queisser(S-Q)平衡模型，单结太阳能电池的极限光伏能量转换效率为33.7%。随着近几十年来记录效率不断提高的晶圆基硅太阳电池的发展，大量的薄膜材料被开发出来，其目标是接近S-Q极限该图显示了短路电流和开路电压的乘积，我们可以理解为，横坐标表示太阳能电池捕获入射光的能力，纵坐标代表其将太阳能电池把捕获的入射光转换为带电载流子的能力，红色区域为S-Q效率极限，<50%(红色)、50-75%(绿色)或>75%(蓝色)1第1部分硅材料硅材料硅的优点为具有几乎理想的带隙(Eg=1.12eV)，并具有较高的效率。其接触复合是损失的主要来源，(太阳电池可看成由光子吸收层和接触层两个基本单元组成，接触层是高复合活性金属界面和光子吸收层之间的区域.为了进一步提高硅太阳电池的转换效率，关键是降低光子吸收层和接触之间的复合损失)因此最成功的方法最大限度地减少接触面积(例如，通过局部重掺杂或金属沉积)、实现钝化接触或使用这些方法的组合。同时，使用Si3N4、Al2O3、SiO2或这些材料的组合对Si进行表面钝化已经发展到非常完美的程度，目前单晶硅太阳能电池最高效率为25.1%，略高于1998年报道的25.0%。【2】2第2部分GaAs(砷化镓)GaAs(砷化镓)他的最高效率为28.8%，这种材料的带隙接近最佳值(1.42ev)，由于他具有高光学吸收系数，电池厚度可以保持较小此图横坐标为能带间隙，最佳为1.42ev，纵坐标为效率GaAs(砷化镓)InP(磷化铟)材料InP(Eg=1.35eV)具有与GaAs类似的带隙，但22.1%(9，18)的最大报道效率远低于GaAs这种差异是由于较低的电压和较低的电流(v=0.81，j=0.85)由于现有的高效GaAs替代品以及In的稀缺性和相关的高成本，InP电池的开发在过去十年中一直很小GaInP具有相对较高的带隙(1.81eV)，其S-Q极限效率为25.2%GaInP电池实现的记录效率为20.8%(9，19)记录单元上的电压损失非常小(v=0.96)，但这些单元中的电流收集(j=0.82)留下了很大的改进空间Thin-filmsilicon(薄膜硅)GaAs(砷化镓)18薄膜微晶或纳米晶硅太阳能电池可以通过化学气相沉积在各种(柔性)基板上制成。效率为10.1%至11.4%，晶体Si的相对较慢的沉积速率将实际可以实现的单元厚度限制为2至5mm，并且纹理化的衬底经常导致微晶膜的缺陷生长。由于这种厚度限制，能量在带隙附近的光没有被完全吸收，导致非常强的电流损失【4】下图计算了从2010年开始，截至2016年1月1日的各种材料效率平均改善速度。[有两