光伏材料和太陽(yáng)能電池(已修改)
2025-05-14 06:12 本頁(yè)面
【正文】 第五章 光伏材料和太陽(yáng)能電池 內(nèi)容 ?序言 ?太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介 ?太陽(yáng)能電池工作原理 ?太陽(yáng)能電池分類 ?太陽(yáng)能電池對(duì)材料的要求 ?各類太陽(yáng)能電池的制造方法及研究狀況 ?利用太陽(yáng)能電池發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn) ?太陽(yáng)能電池的展望 一、序言 地球每天接收的太陽(yáng)能，相當(dāng)于整個(gè)世界一年所消耗的總能量的 200倍。太陽(yáng)每秒發(fā)出的能量就大約相當(dāng)于 放出的全部熱量。 包括風(fēng)能、海洋能等，都是太陽(yáng)能的子孫、都是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換而成。 太陽(yáng)能是人類取之不盡用之不竭的可再生清潔能源。 太陽(yáng)能電池是太陽(yáng)能利用的重要途徑之一 ? 二十一世紀(jì)將是能源危機(jī)和能源革命的世紀(jì)。眾所周知，世界上已探明的石油存儲(chǔ)量只能供應(yīng) 40至 50年，世界上石油儲(chǔ)量 67%在中東，我國(guó) 2022年進(jìn)口原油 品油 4000萬(wàn)噸。我國(guó)已探明煤炭?jī)?chǔ)存量約 8200億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，利用目前的工藝技術(shù)，可以安全開(kāi)采的總儲(chǔ)量約 1500億噸標(biāo)準(zhǔn)煤， 2022年我國(guó)煤炭能源消耗為 ，按照目前能源消耗增長(zhǎng)的速率來(lái)計(jì)算的話，則我國(guó)的煤炭?jī)H能夠滿足 30～ 40年的使用。常規(guī)能源是地球 46億年形成過(guò)程中，太陽(yáng)給予地球能源的儲(chǔ)存，可是在我們幾代人的發(fā)展過(guò)程中，就將這種常規(guī)能源消耗殆盡，這不僅危及到我國(guó)的持續(xù)發(fā)展，而且也是危及到中華民族的能否繼續(xù)生存發(fā)展的大事。 ? 我國(guó)已決定發(fā)展核電，在未來(lái)十幾年內(nèi)將興建約 40個(gè)百萬(wàn)千瓦級(jí)核電組，如果 2020年我國(guó)電力裝機(jī)總量達(dá)到 9億千瓦，則核電只占總裝機(jī)容量的幾個(gè)百分點(diǎn)，但是預(yù)計(jì)我國(guó)在按照目前的耗能情況比例上升，到 2020年全國(guó)消耗常規(guī)能源為 60億噸，所排放的 CO2將高達(dá) 200億噸以上，對(duì)人類的生存環(huán)境將造成嚴(yán)重的影響。我國(guó)天然鈾資源短缺，大力進(jìn)口天然鈾，將會(huì)遇到更為嚴(yán)重的困難，人們還寄托希望于釷，如果釷能發(fā)電，那將提供我國(guó)上千年的能源需求，但是釷能否實(shí)現(xiàn)象鈾一樣的發(fā)電，目前尚無(wú)結(jié)論。我國(guó)東海、南海的能源開(kāi)發(fā)有待積極進(jìn)行國(guó)際協(xié)作開(kāi)發(fā)，其儲(chǔ)量尚未可知。常規(guī)能源的消耗量不可逆轉(zhuǎn)的，也是有盡時(shí)的。 ? 太陽(yáng)能就是無(wú)污染的巨大能源，太陽(yáng)實(shí)時(shí)給予地球的能量是人類每天所消耗的能量的上萬(wàn)倍，其中 70%以上的能量是給予了大海，陸地的降雨量、沿海的臺(tái)風(fēng)、颶風(fēng)都是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化的表現(xiàn)形式。據(jù)專家計(jì)算，我國(guó)陸地每年接受太陽(yáng)輻射的能量約為 24000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，這是取之不盡、用之不竭的綠色能源。問(wèn)題是應(yīng)該盡快地研制出價(jià)格低廉、 轉(zhuǎn)換效率較高 的光伏電池。目前的太陽(yáng)能電池每三千瓦約需一萬(wàn)美元，價(jià)格十分昂貴，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過(guò)我們的國(guó)家和人民所能承受的極限。研制廉價(jià)和轉(zhuǎn)化效率高的太陽(yáng)能電池的歷史使命就責(zé)無(wú)旁貸地落在光電子科技工作者的肩上。 ? 太陽(yáng)能是太陽(yáng)內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的能量。地球軌道上的平均太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為1367kw/m2。地球赤道的周長(zhǎng)為 40000km，從而可計(jì)算出， 地球獲得的能量可達(dá)173,000TW。在海平面上的標(biāo)準(zhǔn)峰值強(qiáng)度為1kw/m2，地球表面某一點(diǎn) 24h的年平均輻射強(qiáng)度為 ，相當(dāng)于有 102,000TW 的能量，人類依賴這些能量維持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地?zé)崮苜Y源除外）雖然太陽(yáng)能資源總量相當(dāng)于現(xiàn)在人類所利用的能源的一萬(wàn)多倍，但太陽(yáng)能的能量密度低，而且它 因地而異，因時(shí)而變 ，這是開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能面臨的主要問(wèn)題。太陽(yáng)能的這些特點(diǎn)會(huì)使它在整個(gè)綜合能源體系中的作用受到一定的限制。 ? 太陽(yáng)是一個(gè)巨大、久遠(yuǎn)、無(wú)盡的能源。盡管太陽(yáng)輻射到地球大氣層的能量?jī)H為其總輻射能量（約為 1026W）的 22億分之一，但已高達(dá) 173,000TW，也就是說(shuō) 太陽(yáng)每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于 500萬(wàn)噸煤 ? 它同以往其他電源發(fā)電原理完全不同，具有以下特點(diǎn)： ? ①無(wú)枯竭危險(xiǎn)；②絕對(duì)干凈；③不受資源分布地域的限制；④可在用電處就近發(fā)電；⑤能源質(zhì)量高；⑥使用者從感情上容易接受；⑦獲取能源花費(fèi)的時(shí)間短。 10%24%40%26%能源狀況 傳統(tǒng)化石能源 → 不可再生、環(huán)境污染、能源枯竭 可再生能源：風(fēng)能、地?zé)崮堋?水能、潮汐能、太陽(yáng)能等 ↓ 資源豐富、利用方便、潔凈無(wú)污染 石油 煤 天然氣 其他 世界的能源結(jié)構(gòu) 能源結(jié)構(gòu)調(diào)整 太陽(yáng)能利用的重要途徑之一是研制太陽(yáng)能電池！ 每年排放的二氧化碳達(dá) 210萬(wàn)噸 化石能源開(kāi)采高峰 2020~2030年 世界和中國(guó)主要常規(guī)能源儲(chǔ)量預(yù)測(cè) 二、太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介 太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，采用半導(dǎo)體產(chǎn)生 PN結(jié)來(lái)獲得電位。 太陽(yáng)能電池是物理電池之一。 三、太陽(yáng)能電池工作原理 光伏效應(yīng) 太陽(yáng)能電池發(fā)電的原理主要是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，一般的半導(dǎo)體主要結(jié)構(gòu)如下： 圖中，正電荷表示硅原子， 負(fù)電荷表示圍繞在硅原子旁邊 的四個(gè)電子。 太陽(yáng)能電池利用原理 當(dāng)硅晶體中摻入其他的雜質(zhì)，如硼、磷等，當(dāng)摻入時(shí)，硅晶體中就會(huì)存在著一個(gè)空穴， 當(dāng)晶片受光后， PN結(jié)中， N型半導(dǎo)體的空穴往 P型區(qū)移動(dòng)，而 P型區(qū)中的電子往 N型區(qū)移動(dòng)，從而形成從 N型區(qū)到 P型區(qū)的電流。然后在 PN結(jié)中形成電勢(shì)差，這就形成了電源。 四、太陽(yáng)能電池的分類 硅系太陽(yáng)能電池 多元化合物薄膜太
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1