光伏材料和太陽能電池-全文預(yù)覽
【正文】 電轉(zhuǎn)換效率 ?材料本身對環(huán)境不造成污染 ?材料便于工業(yè)化生產(chǎn)且材料性能穩(wěn)定 六、各類太陽能電池的制造方法及研究狀況 種類 材料 太陽能單電池效率 太陽能電池模塊效率 主要制備方法 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 硅系太陽能電池 單晶硅 15~24% 13~20% 表面結(jié)構(gòu)化 發(fā)射區(qū)鈍化 分區(qū)摻雜 效率最高 技術(shù)成熟 工藝繁瑣 成本高 多晶硅 a 10~17% 10~15% 化學(xué)氣相沉積法 液相外延法 濺射沉積法 無效率衰退問題 成本遠(yuǎn)低于單晶硅 效率低于單晶硅 非晶硅 8~13% 5~10% 反應(yīng)濺射法 PECVD法 LPCVD法 成本較低 轉(zhuǎn)換效率較高 穩(wěn)定性不高 種類 材料 單電池效率 模塊效率 主要制備方法 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 多元化合物薄膜太陽能電池 砷化鎵 19~ 32% 23~30% MOVPE和LPE技術(shù) 效率較高 成本較單晶硅低 易于規(guī)模生產(chǎn) 原材料鎘有劇毒 碲化鎘 10~ 15% 7~10% 銅銦硒 10~ 12% 8~10% 真空蒸鍍法和硒化法 價格低廉 性能良好 工藝簡單 原材料來源比較有限 納米晶化學(xué)太陽能電池 8~11% ~8% 溶膠凝膠法 水熱反應(yīng) 濺射法 成本低廉 工藝簡單 性能穩(wěn)定 有機(jī)薄膜太陽能電池 3~5% 處于研發(fā)當(dāng)中 易制作 材料廣泛 成本低 壽命短 七、利用太陽能電池發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： ? 屬于可再生能源，不必?fù)?dān)心能源枯竭 ? 太陽能本身并不會給地球增加熱負(fù)荷 ? 運(yùn)行過程中低污染、平穩(wěn)無噪音 ? 發(fā)電裝置需要極少的維護(hù) ,壽命可達(dá) 20年 ? 所產(chǎn)生的電力既可供家庭單獨(dú)使用也可并入電網(wǎng) ? 用途廣泛 缺點(diǎn)： ?受地域及天氣影響較大 ?由于太陽能分散、密度低，發(fā)電裝置會占去較大的面積 ?光電轉(zhuǎn)化效率低致使發(fā)電成本較傳統(tǒng)方式偏高 八、太陽能電池的展望 ?IIIV族化合物及 銅銦硒 等系由稀有元素所制備，但從材料來源看，這類太陽能電池很難占據(jù)主導(dǎo)地位。 ?1998年，采用固體有機(jī)空穴傳輸材料的全固態(tài) DSSCs電池研制成功，其單色光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到33%，從而引 起了全世界的關(guān)注。 無機(jī)硅太陽能電池（左 12%）與有機(jī)薄膜太陽能電池（右 4%） 染料敏化太陽能電池（ DSSCs） 電池結(jié)構(gòu) 陽極： 染料敏化半導(dǎo)體薄膜 TiO 染料 陰極： 鍍鉑的導(dǎo)電玻璃 電解質(zhì)： I3/I O’Regan Gr228。tzel, Photoelectrochemical cells, Nature 2022(414), 338 有機(jī)太陽能電池 ? 工作原理 : 有機(jī)半導(dǎo)體產(chǎn)生的電子和空穴束縛在激子(excitons)之中 ,電子和空穴在界面 (電極和導(dǎo)電聚合物的結(jié) 合 處 ) 上 分 離 。 ? 當(dāng)太陽能電池受到陽光照射時，光與半導(dǎo)體相互作用可以產(chǎn)生光生載流子，所產(chǎn)生的電子 空穴對靠半導(dǎo)體內(nèi)形成的勢壘分開到兩極，正負(fù)電荷分別被上下電極收集。 三、太陽能電池工作原理 光伏效應(yīng) 太陽能電池發(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 的四個電子。 ? 太陽是一個巨大、久遠(yuǎn)、無盡的能源。地球軌道上的平均太陽輻射強(qiáng)度為1367kw/m2。問題是應(yīng)該盡快地研制出價格低廉、 轉(zhuǎn)換效率較高 的光伏電池。我國東海、南海的能源開發(fā)有待積極進(jìn)行國際協(xié)作開發(fā)，其儲量尚未可知。我國已探明煤炭儲存量約 8200億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，利用目前的工藝技術(shù)，可以安全開采的總儲量約 1500億噸標(biāo)準(zhǔn)煤， 2022年我國煤炭能源消耗為 ，按照目前能源消耗增長的速率來計(jì)算的話，則我國的煤炭僅能夠滿足 30～ 40年的使用。 包括風(fēng)能、海洋能等，都是太陽能的子孫、都是太陽能轉(zhuǎn)換而成。太陽每秒發(fā)出的能量就大約相當(dāng)于 放出的全部熱量。眾所周知，世界上已探明的石油存儲量只能供應(yīng) 40至 50年，世界上石油儲量 67%在中東，我國 2022年進(jìn)口原油 品油 4000萬噸。我國天然鈾資源短缺，大力進(jìn)口天然鈾，將會遇到更為嚴(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，目前尚無結(jié)論。據(jù)專家計(jì)算，我國陸
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