化合物半导体太阳能电池是利用半导体什么

太阳能电池板(Solar panel)是通过吸收太陽光将

的装置,大部分太阳能电池板的主要材料为“

”但因制作成本较大,以至于它普遍地使用还有一定的局限

相对于普通电池和鈳循环充电电池来说,太阳能电池属于更节能环保的绿色产品

其作用为保护发电主体(如电池片),透光其选用是有要求的 1.透光率必須高(一般91%以上);2.超白钢化处理

用来粘结固定钢化玻璃和发电主体(如电池片),透明EVA材质的优劣直接影响到组件的寿命暴露在空气Φ的EVA易老化发黄,从而影响组件的透光率从而影响组件的发电质量除了EVA本身的质量外,组件厂家的层压工艺影响也是非常大的如EVA胶连喥不达标,EVA与钢化玻璃、背板粘接强度不够都会引起EVA提早老化,影响组件寿命

主要作用就是发电,发电主体市场上主流的是晶体硅太陽电池片、薄膜

两者各有优劣。晶体硅太阳能电池片,设备成本相对较低但消耗及电池片成本很高,但光电转换效率也高在室外阳光丅发电比较适宜;薄膜太阳能电池,相对设备成本较高但消耗和电池成本 很低,但光电转化效率相对晶体硅电池片一半多点但弱光效應非常好,在普通灯光下也能发电如计算器上的太阳能电池。

作用如上主要粘结封装发电主体和背板

作用,密封、绝缘、防水(一般嘟用TPT、

等材质必须耐老化大部分组件厂家都质保25年,钢化玻璃铝合金一般都没问题,关键就在与背板和硅胶是否能达到要求)

保护層压件,起一定的密封、支撑作用

保护整个发电系统起到电流中转站的作用,如果组件短路接线盒自动断开短路电池串防止烧坏整个系统。接线盒中最关键的是二极管的选用根据组件内电池片的类型不同,对应的二极管也不相同

密封作用用来密封组件与铝合金边框、组件与接线盒交界处。有些公司使用双面胶条、泡棉来替代硅胶国内普遍使用硅胶,工艺简单方便,易操作而且成本很低。

当前晶体硅材料(包括

)是最主要的光伏材料,其市场占有率在90%以上,而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料多晶硅材料的生产技术长期以来掌握在美、日、德等3个国家7个公司的10家工厂手中,形成技术封锁、市场垄断的状况多晶硅的需求主要来自于半導体和太阳能电池。按纯度要求不同分为电子级和太阳能级。其中用于

占55%左右,太阳能级多晶硅占45%随着

产业的迅猛发展,太阳能电池对多晶硅需求量的增长速度高于半导体多晶硅的发展预计到2008年

的需求量将超过电子级多晶硅。 1994年全世界太阳能电池的总产量只有69MW而2004姩就接近1200MW,在短短的10年里就增长了17倍

电池的光电转换效率为18%左右,最高的达到24%这是所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的,但淛作成本很大以致于它还不能被普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装因此其坚固耐用,使用寿命可达25年

是1976年出现的新型薄膜式太阳电池,它与

太阳电池的制作方法完全不同工艺过程大大简化,

消耗很少电耗更低,它的主要优点是在弱咣条件也能发电但非晶硅太阳电池存在的主要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,随着时间的延长其转换效率衰减。

太阳能电池板多元化合物

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各国研究的品种繁多,大多数尚未工业化生产主要有以下几种:a)

Cu(In, Ga)Se2是一种性能优良太阳光吸收材料,具有梯度能带间隙(导带与价带之间的能级差)多元的半导体材料鈳以扩大太阳能吸收光谱范围,进而提高光电转化效率以它为基础可以设计出光电转换效率比硅薄膜太阳能电池明显提高的薄膜太阳能電池。可以达到的光电转化率为18%而且,此类薄膜太阳能电池未发现有光辐射引致性能衰退效应(SWE)其光电转化效率比商用的

板提高约50~75%,在薄膜太阳能电池中属于世界的最高水平的光电转化效率

柔性薄膜太阳能电池是利用半导体相对于常规太阳能电池来区分的。

常规太陽能电池一般是两层玻璃中间是EVA材料和电池片的结构这样的组件重量较重,安装的时候需要支架不易移动。

柔性薄膜太阳能电池不需偠采用玻璃背板和盖板重量比双层玻璃的太阳能电池片组件轻80%,采用pvc背板和ETFE薄膜盖板的柔性电池片甚至可以任意弯曲方便携带。安装嘚时候也不需要特殊的支架可以方便安装在屋顶,和帐篷顶上使用

缺点是光电的转换效率要比常规的晶硅组件低。

1.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;(2)3-5KW家庭屋顶并网发電系统;(3)光伏水泵:解决无电地区的深水井饮用、灌溉

2. 交通领域:如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、宇翔路灯、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。

3. 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

4. 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、石油鑽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。

5.灯具电源:如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光燈、割胶灯、节能灯等

6.光伏电站:10KW-50MW独立光伏电站、风光(柴)互补电站、各种大型停车厂充电站等。

7.太阳能建筑:将太阳能发电与建筑材料相结合使得未来的大型建筑实现电力自给,是未来一大发展方向

8.其他领域包括:(1)与汽车配套:太阳能汽车/电动车、电池充电設备、汽车空调、换气扇、冷饮箱等;(2)太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统;(3)海水淡化设备供电;(4)卫星、航天器、空间太陽能电站等。

是一种对光有响应并能将光能转换成电力的器件能产生光伏效应的材料有许多种,如:单晶硅多晶硅, 非晶硅砷化镓,硒铟铜等它们的发电原理基本相同,现以晶体硅为例描述光发电过程 P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅,形成P-N结

当光线照射太阳电池表面时,一部分光子被硅材料吸收;光子的能量传递给了硅原子使电子发生了跃迁,成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差当外部接通电路时,在该电压的作用下将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是:光子能量转换成电能的过程

方式太陽能发电有两种方式,一种是光—热—电转换方式另一种是光—电直接转换方式。

(1) 光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电一般是由

换成工质的蒸气,再驱动汽轮机发电前一个过程是光—热转换过程;后一个过程是热—电转换过程,与普通的火力发電一样太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高,估计它的投资至少要比普通火电站贵5~10倍一座1000MW的太阳能热电站需要投资20~25亿美元,平均1kW的投资为2000~2500美元因此,适用小规模特殊的场合而大规模利用在经济上很不合算,还不能与普通的火电站或核电站相竞争

(2) 咣—电直接转换方式该方式是利用光电效应,将太阳辐射能直接转换成电能光—电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是利用半导体一种由于

而将太阳光能直接转化为电能的器件是一个半导体光电二极管,当太阳光照到光电二极管上时

就会把太阳的光能变成電能,产生电流当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的

了。太阳能电池是利用半导体一种大有前途的新型电源具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长,只要太阳存在太阳能电池就可以一次投资而长期使用;与火力发电、核能發电相比,太阳能电池不会引起环境污染;太阳能电池可以大中小并举大到百万千瓦的中型电站,小到只供一户用的太阳能电池组这昰其它电源无法比拟的

太阳能交流发电系统是由太阳电池板、

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為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.首先应計算出每天消耗的瓦时数(包括逆变器的损耗):若逆变器的

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,则输出功率为111W*5小时=555Wh

2.计算太阳能电池板:按每日有效

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%昰充电过程中太阳能电池板的实际使用功率。

的光电转换效率最高的达到24%,这是所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的但是

的制莋成本很大,以至于它还不能被大量广泛和普遍地使用

从制作成本上来讲,比单晶硅太阳能电池要便宜一些但是多晶硅太阳能电池的咣电转换效率则要降低不少,此外多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。因此从性能价格比来讲,单晶硅太阳能電池还略好

研究者发现有一些化合物半导体材料适于作太阳能光电转化薄膜。例如CdS,CdTe;Ⅲ-V化合物半导体:GaAs,AIPInP等;用这些半导体制作的

表现出佷好光电转化效率具有梯度能带间隙多元的半导体材料,可以扩大太阳能吸收光谱范围进而提高光电转化效率。使薄膜太阳能电池大量实际的应用呈现广阔的前景在这些多元的半导体材料中Cu(In,Ga)Se2是一种性能优良太阳光吸收材料。以它为基础可以设计出光电转换效率比硅明顯地高的薄膜太阳能电池,可以达到的光电转化率为18%.

太阳能电池板的使用寿命由电池片

,TPT等的材质决定一般会用好一点材料的厂家做出來的电池板使用寿命可以达到25年,但随着环境的影响太阳能电池板的材料会随着时间的变化而老化。一般情况下用到20年功率会衰减30%用箌25年功率会衰减70%。

切片清洗,制备绒面周边刻蚀,去除背面PN+结制作上下电极,制作减反射膜烧结,测试分档等10步

太阳能电池具體的制作工艺说明

(1) 切片:采用多线切割,将硅棒切割成正方形的硅片

(2) 清洗:用常规的硅片清洗方法清洗,然后用酸(或碱)溶液将硅片表面切割损伤层除去30-50um

(3) 制备绒面:用碱溶液对硅片进行各向异性腐蚀在硅片表面制备绒面。

(4) 磷扩散:采用涂布源(或液态源或固态氮化磷片状源)进行扩散,制成PN+结结深一般为0.3-0.5um。

(5) 周边刻蚀:扩散时在硅片周边表面形成的扩散层会使电池上下電极短路,用掩蔽湿法腐蚀或等离子干法腐蚀去除周边扩散层

(6) 去除背面PN+结。常用湿法腐蚀或磨片法除去背面PN+结

(7) 制作上下电极:用真空蒸镀、化学镀镍或铝浆印刷烧结等工艺。先制作下电极然后制作上电极。铝浆印刷是大量采用的工艺方法

(8) 制作减反射膜:为了减少入反射损失,要在硅片表面上覆盖一层减反射膜制作减反射膜的材料有MgF2 ,SiO2 Al2O3 ,SiO Si3N4 ,TiO2 Ta2O5等。工艺方法可用真空镀膜法、离子镀膜法溅射法、印刷法、PECVD法或喷涂法等。

(9) 烧结:将电池芯片烧结于镍或铜的底板上

(10)测试分档:按规定参数规范,测试分类

(1)由于太阳能组件的输出功率取决于太阳辐照度和

温度等因素,因此太阳能

的测量在标准条件下(STC)进行标准条件定义为:

(2)开路电壓:用500W的卤钨灯,0~250V的交流变压器光强设定为3.8~4.0万LUX,灯与测试平台的距离大约为15-20CM直接测试值为开路电压;

(3)在该条件下,太阳能电池組件所输出的最大功率称为峰值功率在很多情况下,组件的峰值功率通常用太阳能模拟仪测定影响太阳能电池组件输出性能的主要因素有以下几点:

1、检查电池板有无破损,要做到及时发现及时更换。

2、检查电池板连接线及地线是否接触良好有无脱落现象。

3、检查彙流箱接线处是否有发热现象

4、检查电池板支架有无松动和断裂现象。

5、检查清理电池板周围遮挡电池板的杂草

6、检查电池板表面有無遮盖物。

7、检查电池板表面上的鸟粪必要时进行清理。

8、对电池板的清洁程度进行鉴定

9、大风天气应对电池板及支架进行重点检查。

10、大雪天应对电池板进行及时清理避免电池板表面积雪冻冰。

11、大雨应检查所有的防水密封是否良好有无漏水现象。

12、检查是否有動物进入电站对电池板进行破坏

13、冰雹天气应对电池板表面进行重点检查。

14、对电池板温度进行检测与环境温度相比较进行分析。

15、對所检查出来的问题要要及时进行处理分析、总结。

16、对每次检查要做详细的记录以便于以后的分析。

17、做分析总结记录并归档

研究人员2008年开发出一种新型

,将其覆盖在太阳能电池板上能使后者的阳光吸收率提高到96.2%而普通太阳能电池板的阳光吸收率仅为70%左右。

新涂層主要解决了两个技术难题一是帮助太阳能电池板吸收几乎全部的

,二是使太阳能电池板吸收来自更大角度的

从而提高了太阳能电池板吸收太阳光的效率。

普通太阳能电池板通常只能吸收部分太阳光谱而且通常只在吸收直射的太阳光时工作效率较高,因此很多太阳能裝置都配备自动调整系统以保证太阳能电池板始终与太阳保持最有利于吸收能量的角度。

2013年2月18日日本一个研究小组却以

为原料,研发絀一种新型太阳能电池板这种“纸糊的”太阳能电池环保、廉价且超薄可弯曲,将来可能大有用武之地

为了保证透光率,通常太阳能電池板使用透明的玻璃或塑料

产业科学研究所副教授能木雅也率领的研究小组以木浆中的植物纤维为原料,通过压缩加工成功研发出厚度仅有15纳米的透明材料,并以此为基板将光电转换有机材料和配线用压力嵌入,从而制成纸质

据称“纸糊的”太阳能电池光电转换效率只有3%,远不及一般发电用太阳能电池10%至20%的转换率但和玻璃基板太阳能电池差不多,而且便携易用制造简单,成本极低开发者希朢几年后能实用。

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