太阳能光伏电池剖析.pptx

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1、主要内容：一、序言一、序言二、太阳能光伏电池的工作原理与结构二、太阳能光伏电池的工作原理与结构三、太阳能光伏电池的分类三、太阳能光伏电池的分类四、太阳能光伏电池元件的阵列结构四、太阳能光伏电池元件的阵列结构五、太阳能光伏电池的应用五、太阳能光伏电池的应用六、我国的太阳能、风能分布六、我国的太阳能、风能分布第1页/共37页一、序言一、序言1 1、地球每天接收的太阳能，相当于整个世界一年所消耗的总能量的地球每天接收的太阳能，相当于整个世界一年所消耗的总能量的200200倍。太阳每秒发出倍。太阳每秒发出的能量就大约相当于的能量就大约相当于1.31.3亿亿吨标准煤完全燃烧时所释放出的全部热量。亿亿吨标

2、准煤完全燃烧时所释放出的全部热量。2 2、包括风能、海洋能等，都是太阳能的子孙、都是太阳能转换而成。包括风能、海洋能等，都是太阳能的子孙、都是太阳能转换而成。3 3、太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生清洁能源。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生清洁能源。太阳能电池是太阳能利用的重要途径之一太阳能电池是太阳能利用的重要途径之一第2页/共37页世界太阳能电池发展的主要节点1954 1954 美国贝尔实验室发明单晶硅太阳能电池，效率为美国贝尔实验室发明单晶硅太阳能电池，效率为6 61955 1955 第一个光伏航标灯问世，美国第一个光伏航标灯问世，美国RCARCA发明发明Ga AsGa As太阳

3、能电池太阳能电池1958 1958 太阳能电池首次装备于美国先锋太阳能电池首次装备于美国先锋1 1号卫星，转换效率为号卫星，转换效率为8 8。1959 1959 第一个单晶硅太阳能电池问世。第一个单晶硅太阳能电池问世。1960 1960 太阳能电池首次实现并网运行。太阳能电池首次实现并网运行。1974 1974 突破反射绒面技术，硅太阳能电池效率达到突破反射绒面技术，硅太阳能电池效率达到1818。1975 1975 非晶硅太阳能电池问世非晶硅太阳能电池问世1978 1978 美国建成美国建成100KW100KW光伏电站光伏电站1980 1980 单晶硅太阳能电池效率达到单晶硅太阳能电池效率达到

4、2020多晶硅为多晶硅为14.514.5，GaAsGaAs为为22.522.51986 1986 美国建成美国建成6.5MW6.5MW光伏电站光伏电站1990 1990 德国提出德国提出“20002000光伏屋顶计划光伏屋顶计划”1995 1995 高效聚光高效聚光GaAsGaAs太阳能电池问世，效率达太阳能电池问世，效率达3232。1997 1997 美国提出美国提出“克林顿总统百万太阳能屋顶计划，日本提出克林顿总统百万太阳能屋顶计划，日本提出“新阳光新阳光计划计划”1998 1998 单晶硅太阳能电池效率达到单晶硅太阳能电池效率达到24.724.7，荷兰提出，荷兰提出“百万光伏屋顶百万光伏

5、屋顶计划计划”2000 2000 世界太阳能电池总产量达世界太阳能电池总产量达287MW287MW，欧洲计划，欧洲计划20102010年生产年生产6060亿瓦光亿瓦光伏电池伏电池第3页/共37页我国 19591959年第一个有实用价值的太阳电池诞生年第一个有实用价值的太阳电池诞生 19711971年年3 3月太阳电池首次应用于我国第二颗月太阳电池首次应用于我国第二颗 人造卫星人造卫星实践实践1 1号上；号上；19731973年太阳电池首次应用于浮标灯上；年太阳电池首次应用于浮标灯上；19791979年开始用半导体工业废次单晶、半导体年开始用半导体工业废次单晶、半导体 器件工艺生产单晶硅电池；器

6、件工艺生产单晶硅电池；80“80“年代中后期引进国外关键设备或成套生年代中后期引进国外关键设备或成套生 产线我国太阳电池制造产业初步形成。产线我国太阳电池制造产业初步形成。第4页/共37页第5页/共37页第6页/共37页办公楼与玻璃幕墙一体化的PV太阳能屋顶系统第7页/共37页第8页/共37页二、太阳能光伏电池的工作原理与结二、太阳能光伏电池的工作原理与结构构 太阳光照在半导体太阳光照在半导体p-np-n结上，结上，形形成新的空穴成新的空穴-电子对，在电子对，在p-np-n结电结电场的作用下，空穴由场的作用下，空穴由n n区流向区流向p p区，区，电子由电子由p p区流向区流向n n区，接通电

7、路后区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太就形成电流。这就是光电效应太阳阳能电池的工作原理能电池的工作原理。第9页/共37页太阳能电池的结构第10页/共37页三、太阳能光伏电池的分类 太阳能电池，又称光伏器件，是一种利用太阳能电池，又称光伏器件，是一种利用光生伏特效应把光能转变为电能的器件。它光生伏特效应把光能转变为电能的器件。它是太阳能光伏发电的基础和核心。是太阳能光伏发电的基础和核心。第11页/共37页太阳能电池分类按照材料分类:1 1、硅太阳能电池：以硅为基体材料（单晶硅、多、硅太阳能电池：以硅为基体材料（单晶硅、多晶硅、非晶硅）晶硅、非晶硅）2 2、化合物半导体太阳能电池：由两种或

8、两种以上、化合物半导体太阳能电池：由两种或两种以上的元素组成具有半导体特性的化合物半导体材料制的元素组成具有半导体特性的化合物半导体材料制成的太阳能电池成的太阳能电池(硫化镉、砷化稼、碲化镉、硒铟硫化镉、砷化稼、碲化镉、硒铟铜、磷化铟铜、磷化铟)3 3、有机半导体太阳能电池：用含有一定数量的碳、有机半导体太阳能电池：用含有一定数量的碳碳键且导电能力介于金属和绝缘体之间的半导体碳键且导电能力介于金属和绝缘体之间的半导体材料制成的电池材料制成的电池(分子晶体、电荷转移络合物、高分子晶体、电荷转移络合物、高聚物聚物)第12页/共37页单晶硅太阳电池单晶硅太阳电池特点：特点：硅系列太阳能电池中，单晶硅

9、的光电转换效率硅系列太阳能电池中，单晶硅的光电转换效率最高，技术也最成熟，高性能单晶硅电池是建立在最高，技术也最成熟，高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关成熟的加工工艺基础上。高质量单晶硅材料和相关成熟的加工工艺基础上。提高转换效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分提高转换效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。单晶硅太阳能电池的转换效率无疑是区掺杂工艺。单晶硅太阳能电池的转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍旧占据主导最高的，在大规模应用和工业生产中仍旧占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应繁琐的电池地位，但由于受单晶硅材料价格及相应繁琐的电池工艺影响，致使单晶

10、硅成本居高不下，严重影响了工艺影响，致使单晶硅成本居高不下，严重影响了其广泛应用。其广泛应用。第13页/共37页多晶硅太阳电池特点：单晶硅太阳能电池的缺点是制造过程复杂，制造单晶硅太阳能电池的缺点是制造过程复杂，制造电池的能耗大。为解决这些问题，用浇铸法或晶带法电池的能耗大。为解决这些问题，用浇铸法或晶带法制造的多晶硅太阳能电池的开发取得了进展。在制造的多晶硅太阳能电池的开发取得了进展。在19761976年证明用多晶硅材料制作的太阳能电池的转换效率已年证明用多晶硅材料制作的太阳能电池的转换效率已超过超过10%10%，对大晶粒的电池，有报道效率可达，对大晶粒的电池，有报道效率可达20%20%。这

11、。这种低成本的多晶硅太阳能电池已经大量生产，目前，种低成本的多晶硅太阳能电池已经大量生产，目前，它在太阳能电池工业中所占的分额也相当大。但是多它在太阳能电池工业中所占的分额也相当大。但是多晶硅材料质量比单晶硅差，有许多晶界存在，电池效晶硅材料质量比单晶硅差，有许多晶界存在，电池效率比单晶硅低；晶向不一致，表面织构化困难。率比单晶硅低；晶向不一致，表面织构化困难。第14页/共37页非晶硅太阳能电池的优点：1 1、非晶硅具有较高的光吸收系数，这是非晶硅材料最重要、非晶硅具有较高的光吸收系数，这是非晶硅材料最重要的特点，也是它能够成为低价格太阳能电池的最主要因素。的特点，也是它能够成为低价格太阳能电

12、池的最主要因素。2 2、非晶硅的禁带宽度比单晶硅大，随制备条件的不同约在、非晶硅的禁带宽度比单晶硅大，随制备条件的不同约在1.5-2.0eV1.5-2.0eV的范围内变化，这样制成的非晶硅太阳能电池的的范围内变化，这样制成的非晶硅太阳能电池的开路电压高。开路电压高。3 3、材料和制造工艺成本低、设备简单；而且非晶硅薄膜厚、材料和制造工艺成本低、设备简单；而且非晶硅薄膜厚度仅有数千埃，不足晶体硅太阳电池厚度的百分之一，大度仅有数千埃，不足晶体硅太阳电池厚度的百分之一，大大降低了硅原材料的成本；沉积温度为大降低了硅原材料的成本；沉积温度为100100300300C C。4 4、由于非晶硅没有晶体所

13、要求的周期性原子排列，可以不、由于非晶硅没有晶体所要求的周期性原子排列，可以不考虑制备晶体所必须考虑的材料与衬底间的晶格失配问题。考虑制备晶体所必须考虑的材料与衬底间的晶格失配问题。因而它几乎可以淀积在任何衬底上，如不锈钢、塑料甚至因而它几乎可以淀积在任何衬底上，如不锈钢、塑料甚至廉价的玻璃衬底。廉价的玻璃衬底。第15页/共37页5 5、易于形成大规模的生产能力，这是因为非晶硅适合、易于形成大规模的生产能力，这是因为非晶硅适合制作特大面积、无结构缺陷的薄膜，生产可全流程自制作特大面积、无结构缺陷的薄膜，生产可全流程自动化，显著提高劳动生产率。（最大动化，显著提高劳动生产率。（最大1100mm*

14、1250mm1100mm*1250mm单结晶非晶硅太阳电池）单结晶非晶硅太阳电池）6 6、多品种和多用途，不同于晶体硅，在制备非晶硅薄、多品种和多用途，不同于晶体硅，在制备非晶硅薄膜时，只要改变原材料的气相成分或气体流量，便可膜时，只要改变原材料的气相成分或气体流量，便可使非晶硅薄膜改性，制备出新型的太阳电池结构；并使非晶硅薄膜改性，制备出新型的太阳电池结构；并且根据器件功率、输出电压和输出电流的要求，可以且根据器件功率、输出电压和输出电流的要求，可以自由设计制造，方便地制作出适合不同需求的多品种自由设计制造，方便地制作出适合不同需求的多品种产品。产品。7 7、易实现柔性电池，非晶硅可以制备在

15、柔性的衬底上，、易实现柔性电池，非晶硅可以制备在柔性的衬底上，而且其硅原子网络结构的力学性能特殊，因此，它可而且其硅原子网络结构的力学性能特殊，因此，它可以制备成轻型、柔性太阳电池，易于与建筑集成。以制备成轻型、柔性太阳电池，易于与建筑集成。8 8、制备非晶硅太阳能电池能耗少，约、制备非晶硅太阳能电池能耗少，约100100千瓦小时，能千瓦小时，能耗的回收年数比单晶硅电池短得多。耗的回收年数比单晶硅电池短得多。第16页/共37页非晶硅太阳能电池的缺点：1 1、与晶体硅相比，非晶硅薄膜太阳电池的效率相对、与晶体硅相比，非晶硅薄膜太阳电池的效率相对较低，在实验室中电池的稳定最高光电转换效率只较低，在

16、实验室中电池的稳定最高光电转换效率只有有1313左右。在实际生产线中，非晶硅薄膜太阳电左右。在实际生产线中，非晶硅薄膜太阳电池的效率也不超过池的效率也不超过1010；2 2、非晶硅薄膜太阳电池的光电转换效率在太阳光的、非晶硅薄膜太阳电池的光电转换效率在太阳光的长期照射下有一定的衰减，到目前为止仍然未根本长期照射下有一定的衰减，到目前为止仍然未根本解决。所以，非晶硅薄膜太阳电池主要应用于计算解决。所以，非晶硅薄膜太阳电池主要应用于计算器、手表、玩具等小功耗器件中。器、手表、玩具等小功耗器件中。发展趋势：作为非常有希望的低成本太阳能电池，开发新结构，提高效率和稳定性，将会使非晶硅太阳能电池在民用及

17、独立电源系统中获得广泛应用。第17页/共37页四、太阳能光伏电池元件的阵列结四、太阳能光伏电池元件的阵列结构构 太阳电池组件是将太阳光能直接转变为直流电能的太阳电池组件是将太阳光能直接转变为直流电能的阳光发电装置。多个组件经串联和并联可组成发电方阵阳光发电装置。多个组件经串联和并联可组成发电方阵，提供较大的电功率。太阳电池组件具有单个组件功率，提供较大的电功率。太阳电池组件具有单个组件功率大，可靠性高的特点，可单只或组成阵列使用。大，可靠性高的特点，可单只或组成阵列使用。整个太阳能电池由高转换效率的单片太阳电池、抗整个太阳能电池由高转换效率的单片太阳电池、抗老化老化EVAEVA胶膜、高透光率、

18、高机械强度的钢化玻璃和由胶膜、高透光率、高机械强度的钢化玻璃和由氟塑料、涤纶复合而成的氟塑料、涤纶复合而成的Tedlar(TPT)Tedlar(TPT)背膜组成。这些背膜组成。这些元件在真空下加热层压成为一个整体，最后经安装阳极元件在真空下加热层压成为一个整体，最后经安装阳极化防腐铝合金边框和接线盒，成为组件成品。具有效率化防腐铝合金边框和接线盒，成为组件成品。具有效率高、寿命长、安装方便、抗风、抗冰雹能力等特性。高、寿命长、安装方便、抗风、抗冰雹能力等特性。第18页/共37页太阳能光伏电池阵列结构第19页/共37页五、太阳能电池的应用五、太阳能电池的应用 上世纪上世纪6060年代，科学家们就

19、已经将太阳电池应用于年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术空间技术通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。如：太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供身手。如：太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石电的独立系统、光伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、

20、油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等。欧美等先进国家将光伏发城镇中路标、高速公路路标等。欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入电并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋发展方向。太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势。势。第20页/共37页用户太阳能电源1.1.小型电源小型电源10-100W10-100W不等，用于边远无电地区如高不等，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

21、照明、电视、收录机等 太阳能电源 太阳能逆变器第21页/共37页2.3-5KW2.3-5KW家庭屋顶并网发电系统；家庭屋顶并网发电系统；第22页/共37页3.3.光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌溉光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌溉第23页/共37页 交通领域 如航标灯、交通如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示铁路信号灯、交通警示/标志灯、标志灯、路灯、高空障碍灯、高速公路路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。无人值守道班供电等。第24页/共37页通讯/通信领域 太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、

22、广播/通讯通讯/寻呼电源系统；农村载波电话光伏系统、寻呼电源系统；农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵小型通信机、士兵GPSGPS供电等。供电等。第25页/共37页石油、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、石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象气象/水文观测设备等水文观测设备等 风云三号气象卫星的太阳能电池第26页/共37页海洋气象监测标 第27页/共37页家庭灯具电源 如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯

23、等。垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。第28页/共37页第29页/共37页光伏电站 10KW-50MW10KW-50MW独立光伏电站、风光（柴）互补电站、独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种大型停车厂充电站等。各种大型停车厂充电站等。第30页/共37页第31页/共37页六、我国的太阳能、风能分布六、我国的太阳能、风能分布第32页/共37页第33页/共37页第34页/共37页第35页/共37页作业：作业：太阳能热发电系统有几种？相互比较各有何特点？（不少于（不少于15001500字，作为结课作业，下节字，作为结课作业，下节课上课前上交。）课上课前上交。）第36页/共37页感谢您的观看。第37页/共37页