提高太陽電池的轉(zhuǎn)換效率的途徑(已修改)
2025-01-20 08:23 本頁面
【正文】 提高太陽電池 轉(zhuǎn)換效率的途徑 【摘要】 太陽能作為 一種 新能源和可再生能源 ， 因其清潔環(huán)保 ， 永不衰竭的特點 ，已經(jīng)成為 21 世 紀(jì)最有潛力的能源 。提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率一直是人們研究的重點。本文結(jié)合太陽電池的原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行條件等，從太陽能電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計，生產(chǎn)工藝，新 型電池材料開發(fā)等方面，系統(tǒng)論述了提高電池光電轉(zhuǎn)換效率的途徑 。 【 關(guān)鍵詞 】 轉(zhuǎn)換效率 ；多晶硅薄膜； 減反射 損失； 級聯(lián)太陽電池 ；高聚光結(jié)構(gòu) 1 引言 近幾年來，隨著石油，煤、天然氣等 礦物 能源的逐步消耗 ，世界各國已經(jīng)明顯地將能源置于社會發(fā)展的首要地位。我國剩余可采資源保證度只有 年。此外，傳統(tǒng)能源的開發(fā)利用造成的環(huán)境污染問題和生態(tài)破壞問題也逐漸顯現(xiàn) 。 太陽光是取之不盡、用之不竭的清潔能源 , 在外太空探測的過程中，太陽能 是 航天器能獲得的唯一的可再生能源 。 自 2O世紀(jì) 80年代以來光伏產(chǎn)業(yè)得到了迅速發(fā)展，全球光伏市場每年以 30～ 4O%的速度持續(xù)高速增長。 我國廣大西部太陽光照充足，人口眾多， 7000 萬人生活在無電地區(qū) ， 因此太陽能光伏發(fā)電在我國的發(fā)展前景非常好。目前太陽能的轉(zhuǎn)換效率僅有 10％ 20％， 其余均以熱能形式散發(fā)。本文主要從 太陽電池的原理、結(jié)構(gòu)、 生產(chǎn)制備、 運(yùn)行條件 等諸多 方面，論述 了 提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的幾種方法。 2 太陽能電池基本 知識 介紹 工作原理 太陽能電池是利用光電轉(zhuǎn)換原理使太陽的輻射光通過半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N器件，這種光電轉(zhuǎn)換過程通常叫做“光生伏打效應(yīng) ，因此太陽能電池又稱為“光伏電池 ”。 在純凈的硅晶體中，自由電子和空穴的數(shù)目是相等的。 當(dāng)摻入少量雜質(zhì)元素磷后， 會 多余一個價電子，成為自由電子， 形成 型 半導(dǎo)體。半導(dǎo)體硅中摻有 +3 價雜質(zhì)元素硼之后， 會 多余一個空穴， 產(chǎn)生 P 型半導(dǎo)體。 若把這兩種半導(dǎo)體結(jié)合， 在兩種半導(dǎo)體的交界面區(qū)域里會形成 PN 結(jié) 。 當(dāng)太陽能電池受到陽光照射時，電子接受光能，向 N 型區(qū)移動，使 N 型區(qū)帶負(fù)電，同時空穴向 P 型區(qū)移動，使 P 型區(qū)帶正電。這樣，在 P— N 結(jié)兩端便產(chǎn)生了電動勢，這種現(xiàn)象就是上面所說的“光生伏打效應(yīng)’’。如果這時分別在 P 型層和 N 型層焊上金屬導(dǎo)線，接通負(fù)載，則外電路便有電流通過，如此形成的一個個電池元件，把它們串聯(lián)、并聯(lián)起來，就能產(chǎn)生一定的電壓和電流， 這就是太陽能電池的基本原理。如圖 1 所示。 圖 1 太陽能電池發(fā)電原理 發(fā)電系統(tǒng) 光伏發(fā)電是指利用光伏電池方陣將太陽光輻射能量轉(zhuǎn)化為電能的直接發(fā)電方式，光伏發(fā)電系統(tǒng)是由光伏電 池方陣、控制器和電能存儲和變換環(huán)節(jié)構(gòu)成的發(fā)電與電能變換系統(tǒng)。光伏電池方陣產(chǎn)生的電能經(jīng)過電纜、控制器、儲能等環(huán)節(jié)與以儲存和轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為負(fù)載所能使 用的電能。其構(gòu)成如圖 2 所示。 圖 2 光伏發(fā)電系統(tǒng)組成示意圖 太陽能電池分類 按材料分類 一般主要有單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池、化合物電池、有機(jī)電池和染料敏化電池等。 硅是一種良好的半導(dǎo)體材料，禁帶寬度 。單晶硅太陽能電池是開發(fā)最 早也 是 最快的一種太陽能電池， 多晶硅半導(dǎo)體材料的價格 相對于單晶硅 比較低廉 ,相應(yīng)的電池單元成本低，因此多晶硅太陽能電池非常具有競爭優(yōu)勢。但是由于多晶硅材料存在較多的晶間界而有較多缺點，轉(zhuǎn)換效率不如單晶硅太陽能電池高。蓄電 池太陽能電池方陣 直流 — 交流控制器 交流 負(fù)直流 負(fù) 目前， 松下開發(fā)的面積超過 100cm2 的實用級別晶體硅太陽電池單體已經(jīng)實現(xiàn)了%這一世界最高的單體轉(zhuǎn)換效率。晶體硅太陽電池單體的理論效率為 29%，但在實用級別， 25%~26%已經(jīng)是極限。非晶硅的可見光吸收系數(shù)比單晶硅大， 1微米厚的非晶硅薄膜，可以吸引大約 90％有用的太陽光能。但是，非晶硅太陽能電池的穩(wěn)定性較差，國際先進(jìn)水平為 10％左右，且不夠穩(wěn)定，常有轉(zhuǎn)換 效率衰降的現(xiàn)象 。 化合物太陽能電池包括三五族化合物電池和二六族化合物電池。三五族化合物電池主要有 GaAs 電池、 InP 電池、 GaSb 電池等；二六族化合物電池主要CaS/CulnSe電池、 CAS/CdTe電池等。 GaAs化
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