太阳能光伏发电电池课件.ppt

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1、关于太阳能光伏发电电池现在学习的是第1页，共18页太阳能电池的定义定义 太阳能电池是通过太阳能电池是通过光电效应光电效应或者光化学效应直接把光或者光化学效应直接把光能转化成能转化成电能电能的装置。以的装置。以光电效应光电效应工作的工作的薄膜薄膜式太阳式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。池则还处于萌芽阶段。多晶硅太阳能电池太阳能电池板国际空间站太阳能电池板现在学习的是第2页，共18页太阳能电池的发展历史 以太阳能发展的历史来说，光照射到以太阳能发展的历史来说，光照射到材料上所引起的材料上所引起的“光起电力光起电力”

2、行为，早行为，早在在1919世纪的时候就已经发现了。世纪的时候就已经发现了。18391839年，光生伏特效应第一次由法国物年，光生伏特效应第一次由法国物理学家理学家A.E.BecquerelA.E.Becquerel发现。发现。到了到了19301930年代，光起电力行为原理广年代，光起电力行为原理广泛地使用于照相机的曝光计。泛地使用于照相机的曝光计。19461946年年Russell OhlRussell Ohl申请了现代太阳电申请了现代太阳电池的制造专利。池的制造专利。现在学习的是第3页，共18页太阳能电池的市场状况及趋势太阳能电池的市场状况及趋势太阳能电池的应用现状 2010 2010年全

3、球累计装机容量为年全球累计装机容量为25.4GW25.4GW，预计，预计20202020年达到年达到278GW278GW，20302030年达到年达到1864GW1864GW。全球太阳。全球太阳能电池产量以能电池产量以年均复合增长率年均复合增长率47%47%的速度迅猛增长。目前，许多国的速度迅猛增长。目前，许多国家正在制订中长期太阳能开发计家正在制订中长期太阳能开发计划，准备在划，准备在2121世纪大规模开发太世纪大规模开发太阳能，阳能，美国能源部美国能源部推出的是国家光伏推出的是国家光伏计划，日本推出的是阳光计划。计划，日本推出的是阳光计划。现在学习的是第4页，共18页装机容量和发电量太阳太

4、阳太阳太阳发电发电发电发电系系系系统统统统装机容量装机容量装机容量装机容量电电电电池板面池板面池板面池板面积积积积日照日照日照日照强强强强度度度度光光光光电转换电转换电转换电转换效率效率效率效率 日照日照日照日照强强强强度：太阳光照射在度：太阳光照射在度：太阳光照射在度：太阳光照射在单单单单位面位面位面位面积积积积的能量的能量的能量的能量强强强强度，度，度，度，单单单单位：位：位：位：W/mW/mW/mW/m2 2 2 2 光光光光电转换电转换电转换电转换效率：太阳能效率：太阳能效率：太阳能效率：太阳能电电电电池板将太阳能池板将太阳能池板将太阳能池板将太阳能转转转转化化化化为电为电为电为电能的

5、效率。晶体硅目能的效率。晶体硅目能的效率。晶体硅目能的效率。晶体硅目前的效率前的效率前的效率前的效率约为约为约为约为：13-16%13-16%13-16%13-16%太阳太阳太阳太阳发电发电发电发电系系系系统发电统发电统发电统发电量量量量装机容量装机容量装机容量装机容量有效日照有效日照有效日照有效日照时间时间时间时间综综综综合系数合系数合系数合系数综综综综合系数：考合系数：考合系数：考合系数：考虑虑虑虑到到到到电电电电池板的安装角度（水平、垂直方向）、逆池板的安装角度（水平、垂直方向）、逆池板的安装角度（水平、垂直方向）、逆池板的安装角度（水平、垂直方向）、逆变变变变器的逆器的逆器的逆器的逆变

6、损变损变损变损失、失、失、失、电电电电力力力力传输传输传输传输的的的的线损线损线损线损、局部阳光遮、局部阳光遮、局部阳光遮、局部阳光遮挡挡挡挡等因素，最等因素，最等因素，最等因素，最终终终终的系的系的系的系统发电统发电统发电统发电效率因数效率因数效率因数效率因数现在学习的是第5页，共18页各国太阳能的发展趋势 美国继国家美国继国家“光伏计划光伏计划”后，还推出了后，还推出了 太阳能路灯太阳能路灯计划计划,旨在让美国一部分城市的路灯都改为由太阳能供电，根据计划，每盏旨在让美国一部分城市的路灯都改为由太阳能供电，根据计划，每盏路灯每年可节电路灯每年可节电 800 800 度。度。日本也正在实施太阳

7、能日本也正在实施太阳能77万套工程计划万套工程计划，日本准备普及的太日本准备普及的太阳能住宅发电系统，主要是装设在住宅屋顶上的太阳能电池发电阳能住宅发电系统，主要是装设在住宅屋顶上的太阳能电池发电设备，家庭用剩余的电量还可以卖给电力公司。一个标准家庭可设备，家庭用剩余的电量还可以卖给电力公司。一个标准家庭可安装一部发电安装一部发电30003000瓦的系统。瓦的系统。日本、日本、韩国韩国以及欧洲地区总共以及欧洲地区总共8 8个国家决定携手合作，在个国家决定携手合作，在亚洲亚洲内陆内陆及非洲沙漠地区建设世界上规模最大的及非洲沙漠地区建设世界上规模最大的太阳能发电站太阳能发电站，他们的目标是将占全球

8、陆地面积约他们的目标是将占全球陆地面积约1/41/4的沙漠地区的长时间日照资源的沙漠地区的长时间日照资源有效地利用起来，为有效地利用起来，为3030万用户提供万用户提供100100万千瓦的电能。万千瓦的电能。现在学习的是第6页，共18页太阳能电池定义和分类太阳能电池定义和分类分类 太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄膜式和太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式（以下表示为非结晶系薄膜式（以下表示为a-a-）两大类，而前者）两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形。又分为单结晶形和多结晶形。太阳能电池根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：太阳能电池根据所用材料的不同，太阳能电池可分为

9、：硅太阳能电池硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物聚合物多层修饰电极型太阳能电池多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机有机太阳能电池太阳能电池、塑料太阳能电池，其中硅太阳能电池、塑料太阳能电池，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。现在学习的是第7页，共18页硅太阳能电池 单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%（截止2011，为18%）。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅

10、度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%，工业规模生产的转换效率为10%（截止2011，为17%）。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电池市场上占据主导地位。太阳能单晶硅片 硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。现在学习的是第8页，共18页非晶硅太阳能电池 非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的

11、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，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。现在学习的是第9页，共18页太阳能电池的工作原理及结构太阳能电池的工作原理及结构原理 太阳光照在半导体太阳光照在半导体p-np-n结结上，形成上，形成新的空穴新的空穴-电子对，在电子对，在p-np-n结光照的作用结光照的作用下，光生空穴由下，光生空穴由n n区流向区流向p p区，光生电区，光生电子由子由p p区流向区流向n n区，接通电路后就形成区，接通电路后就形成电流电流。这就是。这就是光电效应光电效应太阳能电池的太阳能电池的工作原理。工作原理。太阳能发电有两种方式，太阳能发电有两

12、种方式，一种是光一种是光热热电转换方式，另一电转换方式，另一种是光种是光电直接转换方式。电直接转换方式。现在学习的是第10页，共18页太阳能电池的结构玻璃盖板：用来将电池与元件分开，以保护电池。负电极：主要起导电作用。通常制作为金属接触网状，它可缩短电子移动的距离同时只覆盖电池表面的一小部分，以便太阳光能照射到半导体材料并且减少反射造成的损失。即使是这样，有些光子也会被网格阻止；网格不能太小，否则它自身的电阻就会过高。反射防止膜：硅是一种有光泽的材料，这意味着它的反射性能很好。被反射的光子不能被电池利用。出于这个原因，在电池顶部采用抗反射涂层，可将反射损失降低到5%以下。现在学习的是第11页，

13、共18页太阳能电池的应用 目前，太阳能电池的应用已从军事领域、目前，太阳能电池的应用已从军事领域、航天航天领域进入工业、商业、领域进入工业、商业、农业、农业、通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以分散地在通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用，以节省造价很贵的边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用，以节省造价很贵的输输电线路电线路。但是在目前阶段，它的成本还很高，发出。但是在目前阶段，它的成本还很高，发出1kW1kW电需电需要投资上万美元，因此大规模使用仍然受到经济上的限制。要投资上万美元，因此大规模使用仍然受到经济上的限制。现在学习的是第12

14、页，共18页太阳能电池的研究难点与进展太阳能电池的研究难点与进展太阳能电池研究难点1 1、太阳能光谱中能量（、太阳能光谱中能量（hvhv）小于）小于EgEg的光子不能被吸收，充电的光子不能被吸收，充电池中透过。池中透过。2 2、能量大于、能量大于EgEg的光子被吸收后激发出热载流子，超过的光子被吸收后激发出热载流子，超过EgEg的能量（的能量（hv-hv-EgEg）很快以热能的形式释放掉了。）很快以热能的形式释放掉了。3 3、光生载流子的辐射，即太阳能电池在吸收太阳光的同时也、光生载流子的辐射，即太阳能电池在吸收太阳光的同时也向外辐射光。向外辐射光。4 4、在实际电池中由于结构设计和工艺条件等

15、外部条件（如：表面反射、在实际电池中由于结构设计和工艺条件等外部条件（如：表面反射、串联电阻、晶格缺陷）的影响，是转换效率降低。串联电阻、晶格缺陷）的影响，是转换效率降低。现在学习的是第13页，共18页太阳能电池研究趋势 目前，单结GaAs实验室纪录效率为26.1%该值已经接近于理论极限31%。但是从太阳能的利用率来讲还是比较低。为了研制高校太阳能电池技术，必须突破单结电池效率的主要限制，即上述（1）和（2）两点造成的损失。为此，研究者提出了一系列的新型电池设计方案：多结层电池、中间带电池、多激子产生电池、热载流子电池、热光伏电池等。现在学习的是第14页，共18页纳米太阳能电池 以TiO2纳米

16、多孔膜作为半导体电极，以Ru及Os等有机金属化合物光敏化染料，选用适当的氧化-还原电解质做介质，组装成染料敏化TiO2纳米金属太阳能电池，其光电转换性能非常类似液态电解质太阳能电池。现在学习的是第15页，共18页太阳能纤维电池 最新报道，复旦大学彭慧胜教授课题组新研制出的取向碳纳米管纤维，基于这一技术可以制成一根根像头发丝一样细的纤维状太阳能电池，其直径只有60-100微米（1毫米=1000微米）。纤维状，意味着可以把它们像普通化学纤维一样编织成衣服、裤子等纺织品，让衣服像一块大太阳能电池，实现自身“发电”。取向碳纳米纤维管现在学习的是第16页，共18页现在学习的是第17页，共18页感谢大家观看现在学习的是第18页，共18页