太阳能电池技术学习

学  习  资  料
华硕t20手机一、 太阳能的基本知识
太阳能是最重要的基本能源,生物质能、风能、潮汐能、水能等都来自太阳能,太阳内部进行着由氢聚变成氦的原子核反应,不停地释放出巨大的能量,不断地向宇宙空间辐射能量,这就是太阳能。太阳内部的这种核聚变反应可以维持很长时间,据估计约有几十亿至几百亿年,相对于人类的有限生存时间而言,太阳能可以说是取之不尽,用之不竭的。
太阳能的总量很大,我国陆地表面每年接受的太阳能就相当于1700亿吨标准煤,但十分分散,能流密度较低,到达地面的太阳能每平方米只有1000瓦左右。同时,地面上太阳能还受季节、昼夜、气候等影响,时阴时晴,时强时弱,具有不稳定性。根据太阳能的特点,必须解决以下四个基本技术问题,才能有效地加以利用。
1、太阳能采集 2、太阳能转换 3、太阳能贮存 4、太阳能输运
太阳能开发利用是当今国际上一大热点,经过最近20多年的努力,太阳能技术有了长足进步,太阳能利用领域已由生活热水,建筑采暖等扩展到工农业生产许多部门,人们已经强烈
意识到,一个广泛利用太阳能和可再生能源的新时代——太阳能时代即将来到。
(1)、太阳的基本结构
太阳能是一个炽热气体构成的球体,主要由氢和氦组成,其中氢占80%,氦占19%。
(2)、太阳常数
太阳常数是指在太阳地球间平均距离外,在地球大气层以上垂直于太阳光线的平面上,单位面积,单位时间内的太阳辐射能的数值,该数值是个常数,一般取1367瓦/米2。(4920千焦/米2时)。
由于通过地球外大气层吸收反射,太阳光到达地面的辐射强度大大降低。
(3)、太阳辐射能和到达地球的太阳能
整个太阳每秒钟释放出来的能量是无比巨大的,高达3.826×1033尔格或37.3×106兆焦,相当于每秒钟燃烧1.28亿吨标准煤所放出的能量。 十七大报告
太阳辐射到达地球陆地表面的能量,大约为17万亿千瓦,仅占到达地球大气外层表面总辐射量的10%。即使这样,它也相当目前全世界一年内能源总消耗量的3.5万倍。
(4)、我国的太阳能资源
我国太阳能资源十分丰富,全国有2/3以上的地区,年辐照总量大于502万千焦/米2,年日照时数在2000小时以上。
(5)、太阳能的特点
太阳能作为一种新能源,它与常规能源相比有三大优点:
向家坝水电站第一, 它是人类可以利用的最丰富的能源,据估计,在过去漫长的11亿年中,太阳消耗了它本身能量的2%,可以说是取之不尽,用之不竭。
第二, 地球上,无论何处都有太阳能,可以就地开发利用,不存在运输问题,尤其对交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值。
第三, 太阳能是一种洁净的能源,在开发和利用时,不会产生废渣、废水、废气,也没有
噪音,更不会影响生态平衡。
太阳能的利用有它的缺点:
第一, 中国教育和科研计算机网能流密度较低,日照较好的,地面上1平方米的面积所接受的能量只有1千瓦左右。往往需要相当大的采光集热面才能满足使用要求,从而使装置地面积大,用料多,成本增加。
第二, 大气影响较大,给使用带来不少困难。
(6)、太阳能利用的技术领域
人类直接利用太阳能有三大技术领域,即光热转换、光电转换和光化学转换,此外,还有储能技术。
太阳转换技术的产品很多,如热水器、开水器、干燥器,采暖和制冷,温室与太阳房,太阳灶和高温炉,海水淡化装置、水泵、光伏发电、太阳能照明、热力发电装置及太阳能医疗器具。
二、 光伏发电
太阳能的光电转换是指太阳的辐射能光子通过半导体物质转变为电能的过程,通常叫做“光生伏打效应”,太阳电池就是利用这种效应制成的。 当太阳光照射到半导体上时,其中一部分被表面反射掉,其余部分被半导体吸收或透过。被吸收的光,当然有一些变成热,另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞,于是产生电子-空穴对。这样,光能就以产生电子-空穴对的形式转变为电能、如果半导体内存在P-n结,则在P型和n型交界面两边形成势垒电场,能将电子驱向n区,空穴驱向P区,从而使得n区有过剩的电子,P区有过剩的空穴,在P-n结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。 光生电场的一部分除抵销势垒电场外,还使P型层带正电,n型层带负电,在n区与p区之间的薄层产生所谓光生伏打电动势。若分别在P型层和n型层焊上金属引线,接通负载,则外电路便有电流通过。如此形成的一个个电池元件,把它们串联、并联起来,就能产生一定的电压和电流,输出功率。
(一) 太阳能电池组件
制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种,因此太阳电池的种类也很多。目前,技术最
沥青路面再生技术
成熟,并具有商业价值的太阳电池要算硅太阳电池。硅是地球上极丰富的一种元素,几乎遍地都有硅的存在,可说是取之不尽。用硅来制造太阳电池,原料可谓不缺。但是提炼它却不容易,所以人们在生产单晶硅太阳电池的同时,又研究了多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池,至今商业规模生产的太阳电池,还没有跳出硅的系列。其实可供制造太阳电池的半导体材料很多,随着材料工业的发展、太阳电池的品种将越来越多。目前已进行研究和试制的太阳电池,除硅系列外,还有硫化镉、砷化镓、铜铟硒等许多类型的太阳电池,举不胜举,以下介绍几种较常见的太阳电池。
单晶硅太阳电池
单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一种太阳电池,它的构和生产工艺已定型,产品已广泛用于空间和地面。这种太阳电池以高纯的单晶硅棒为原料,纯度要求99.999%。为了降低生产成本,现在地面应用的太阳电池等采用太阳能级的单晶硅棒,材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料,经过复拉制成太阳电池专用的单晶硅棒。
将单晶硅棒切成片,一般片厚约0.3毫米。硅片经过形、抛磨、清洗等工序,制成待加工的原料硅片。加工太阳电池片,首先要在硅片上掺杂和扩散,一般掺杂物为微量的硼、磷、
锑等。扩散是在石英管制成的高温扩散炉中进行。这样就硅片上形成P?/FONT>N结。然后采用丝网印刷法,精配好的银浆印在硅片上做成栅线,经过烧结,同时制成背电极,并在有栅线的面涂覆减反射源,以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉。因此,单晶硅太阳电池的单体片就制成了。单体片经过抽查检验,即可按所需要的规格组装成太阳电池组件(太阳电池板),用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流。最后用框架和装材料进行封装。用户根据系统设计,可将太阳电池组件组成各种大小不同的太阳电池方阵,亦称太阳电池阵列。目前单晶硅太阳电池的光电转换效率为18%左右,实验室成果也有20%以上的。
多晶硅太阳电池
玉龙铜矿晶硅太阳电池的生产需要消耗大量的高纯硅材料,而制造这些材料工艺复杂,电耗很大,在太阳电池生产总成本中己超二分之一。加之拉制的单晶硅棒呈圆柱状,切片制作太阳电池也是圆片,组成太阳能组件平面利用率低。因此,80年代以来,欧美一些国家投入了多晶硅太阳电池的研制。
目前太阳电池使用的多晶硅材料,多半是含有大量单晶颗粒的集合体,或用废次单晶硅料和冶金级硅材料熔化浇铸而成。其工艺过程是选择电阻率为100~300欧姆•厘米的多晶块
料或单晶硅头尾料,经破碎,用1:5的和硝酸混台液进行适当的腐蚀,然后用去离子水冲洗呈中性,并烘干。用石英坩埚装好多晶硅料,加人适量硼硅,放人浇铸炉,在真空状态中加热熔化。熔化后应保温约20分钟,然后注入石墨铸模中,待慢慢凝固冷却后,即得多晶硅锭。这种硅锭可铸成立方体,以便切片加工成方形太阳电池片,可提高材制利用率和方便组装。多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多,其光电转换效率约16%左右,稍低于单晶硅太阳电池,但是材料制造简便,节约电耗,总的生产成本较低,因此得到大量发展。
非晶硅太阳电池
非晶硅太阳电池是1976年有出现的新型薄膜式太阳电池,它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同,硅材料消耗很少,电耗更低,非常吸引人。
制造非晶硅太阳电池的方法有多种,最常见的是辉光放电法,还有反应溅射法、化学气相沉积法、电子束蒸发法和热分解硅烷法等。辉光放电法是将一石英容器抽成真空,充入氢气或氩气稀释的硅烷,用射频电源加热,使硅烷电离,形成等离子体。非晶硅膜就沉积在被加热的衬底上。若硅烷中掺人适量的氢化磷或氢化硼,即可得到N型或P型的非晶硅膜。衬底材料一般用玻璃或不锈钢板。这种制备非晶硅薄膜的工艺,主要取决于严格控制气压
、流速和射频功率,对衬底的温度也很重要。
非晶硅太阳电池的结构有各种不同,其中有一种较好的结构叫PiN电池,它是在衬底上先沉积一层掺磷的N型非晶硅,再沉积一层未掺杂的i层,然后再沉积一层掺硼的P型非晶硅,最后用电子束蒸发一层减反射膜,并蒸镀银电极。此种制作工艺,可以采用一连串沉积室,在生产中构成连续程序,以实现大批量生产。同时,非晶硅太阳电池很薄,可以制成叠层式,或采用集成电路的方法制造,在一个平面上,用适当的掩模工艺,一次制作多个串联电池,以获得较高的电压。因为普通晶体硅太阳电池单个只有0.5伏左右的电压,现在日本生产的非晶硅串联太阳电池可达2.4伏。目前非晶硅太阳电池存在的问题是光电转换效率偏低,国际先进水平为10%左右,且不够稳定,常有转换效率衰降的现象,所以尚未大量用于作大型太阳能电源,而多半用于弱光电源,如袖珍式电子计算器、电子钟表及复印机等方面。估计效率衰降问题克服后,非晶硅太阳电池将促进太阳能利用的大发展,因为它成本低,重量轻,应用更为方便,它可以与房屋的屋面结合构成住户的独立电源。
多元化合物太阳电池
多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳电池。现在各国研究的品种繁多,虽然大多数尚未工业化生产,但预示着光电转换的满园春。现在简要介绍几种:
(1)硫化镉太阳电池--早在1954年雷诺兹就发现了硫化镉具有光生伏打效应。1960年采用真空蒸镀法制得硫化镉太阳电池,光电转换效率为3.5%。到1964年美国制成的硫化镉太阳电池,光电转换效率提高到4%~6%。后来欧洲掀起了硫化镉太阳电池的研制高潮,把光电效率提高到9%,但是仍无法与多晶硅太阳电池竞争。不过人们始终没有放弃它,除了研究烧结型的块状硫化镉太阳电池外,更着重研究簿膜型硫化镉太阳电池。它是用硫化亚铜为阻挡层,构成异质结,按硫化镉材料的理论计算,其光电转换效率可达16.4%。中国科学院长春应用化学研究所于80年代初曾把薄膜硫化镉太阳电池的光电转换效率做到7.6%。尽管非晶硅薄膜电池在国际上有较大影响,但是至今有些国家仍指望发展硫化镉太阳电池,因为它在制造工艺上比较简单,设备问题容易解决。
(2)砷化镓太阳电池--砷化镓是一种很理想的太阳电池材料,它与太阳光谱的匹配较适合,且能耐高温,在250的条件下,光电转换性能仍很良好,其最高光电转换效率约30%,特别适合做高温聚光太阳电池。已研究的砷化镓系列太阳电池有单晶砷化镓、多晶砷化镓、镓铝砷--砷化镓异质结、金属--半导体砷化镓、金属--绝缘体--半导体砷化镓太阳电池等。砷化镓材料的制备类似硅半导体材料的制备,有晶体生长法、直接拉制法、气相生长法、液相外延法等。由于镓比较稀缺,砷有毒,制造成本高,此种太阳电池的发展受
到影响。
(3)铜铟硒太阳电池--以铜、铟、硒三元化合物半导体为基本材料制成的太阳电池。它是一种多晶薄膜结构,一般采用真空镀膜、电沉积、电泳法或化学气相沉积法等工艺来制备,材料消耗少,成本低,性能稳定,光电转换效率在10%以上。因此是一种可与非晶硅薄膜太阳电池相竞争的新型太阳电池。近来还发展用铜铟硒薄膜加在非晶硅薄膜之上,组成叠层太阳电池的可能,借此提高太阳电池的效率,并克服非晶硅光电效率的衰降。

本文发布于:2023-06-23 16:05:41,感谢您对本站的认可!

本文链接:https://www.17tex.com/xueshu/120247.html

版权声明:本站内容均来自互联网,仅供演示用,请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系,我们将在24小时内删除。

标签:太阳能   材料   转换
留言与评论(共有 0 条评论)
   
验证码:
Copyright ©2019-2024 Comsenz Inc.Powered by © 易纺专利技术学习网 豫ICP备2022007602号 豫公网安备41160202000603 站长QQ:729038198 关于我们 投诉建议