【正文】 圖 42 地面用晶體硅太陽(yáng)電池組件的結(jié)構(gòu) 圖 43 非晶硅太陽(yáng)電池組件的結(jié)構(gòu) 另一種是非晶硅太陽(yáng)電池。目前大多數(shù)太陽(yáng)能電 池片是單晶或多晶硅電池。內(nèi)裝有防雷器、回流防止器和開關(guān)等。若干塊光 38 第三章 太陽(yáng)電池、組件 伏組件經(jīng)串、并聯(lián)后組成太陽(yáng)電池方陣。 37 第三章 太陽(yáng)電池、組件 圖 并聯(lián) 連接的太陽(yáng)電池。對(duì)我們所考慮的兩 種最簡(jiǎn)單的失配（短路電流失配和開路電壓失配），由于日常應(yīng)用中部分組件受遮擋的情況 較多，短路電流失配的現(xiàn)象更常見(jiàn)也更嚴(yán)重。 太陽(yáng)電池并聯(lián)的伏安特性曲線，見(jiàn)圖 。一般要求其： （ 1）在可見(jiàn)光范圍內(nèi)具有高透光性； （ 2）具有彈性； （ 3）具有良好的電絕緣性能； （ 4）能適用自動(dòng)化的組件封裝。 圖 底盒式太陽(yáng)電池組件示意圖 1－玻璃蓋板； 2－硅太陽(yáng)電池； 3－盒式下底板； 4－粘接劑； 5－襯底； 6－固定絕緣膠； 7－電極引線； 8－互連條 。對(duì)太陽(yáng)電池組件要求為： (1). 有一定的標(biāo)稱工作電流輸出功率。所以，地面應(yīng)用傾向于０ .５～３ .０ ?ｃｍ的材 料。 各種硅材料及其相關(guān)特征參數(shù) 名稱 單晶硅 符號(hào) ScSi 晶粒尺寸 10cm 生長(zhǎng)工藝 Czochralski (CZ) float zone (FZ) 多晶硅 薄多晶硅 微晶硅薄膜 McSi PcSi μcSi 1mm10cm 1μm1mm 1μm Cast, sheet, ribbon CVD Plasma deposition 圖 多晶硅形貌 27 圖 多晶硅晶粒及晶粒間界 (2). (3). ＋ 第三章 太陽(yáng)電池、組件 圖 （ a）單晶硅微結(jié)構(gòu) （ b）多晶硅微結(jié)構(gòu) 169。為了使 ISC最大，金屬柵線 占有的面積應(yīng)最小。如圖 。達(dá)到長(zhǎng)壽命的關(guān)鍵是在材料制備和電池的生產(chǎn)過(guò) 程中，要避免形成復(fù)合中心。又如 GaAs電池， 溫度每升高 1176。結(jié)果是可期望在某一個(gè)確定的 Eg隨處出現(xiàn)太陽(yáng)電池效率的 峰值。 24 第三章 太陽(yáng)電池、組件 太陽(yáng)電池的溫度效應(yīng) 少子的擴(kuò)散長(zhǎng)度隨溫度的升高稍有增大，因此，光生電流 JL也隨溫度的升高有所增加。在等效電路中，可將它們的總效果用一個(gè)串聯(lián)電阻 RS來(lái)表示。圖 表示具有代表性的硅和 GaAs太陽(yáng) 電池的 ISC與 Voc之間的關(guān)系。這個(gè) 薄膜層稱為減反射膜（ Antireflective coating）。輸出功率（電能）與輸入功率（光能）之比稱為太陽(yáng)電池的能 量轉(zhuǎn)換效率。 此外，異質(zhì)結(jié)、肖特基勢(shì)壘等也可以得到較好的光電轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)光照射到半導(dǎo)體光伏器件 上時(shí)，在器件內(nèi)產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，在半導(dǎo)體內(nèi)部 pn結(jié)附近生成的載流子沒(méi)有被復(fù)合而能夠 到達(dá)空間電荷區(qū)，受內(nèi)建電場(chǎng)的吸引，電子流入 n區(qū)，空穴流入 p區(qū)，結(jié)果使 n區(qū)儲(chǔ)存了過(guò)剩 的電子， p區(qū)有過(guò)剩的空穴。 由于我們認(rèn)為外加電壓僅跨越在空間電荷區(qū)，所以可視為 n區(qū)內(nèi)沒(méi)有電場(chǎng)，由空穴構(gòu) 成的電流只是由于它的濃度梯度形成的擴(kuò)散電流。如圖 所示 的彩色太陽(yáng)電池。 圖 23 中國(guó) 太陽(yáng)輻照及分布 16 第三章 太陽(yáng)電池、組件 第 3 章 太陽(yáng)電池、組件 太陽(yáng)能是各種可再生能源中最重要的基本能源，生物質(zhì)能、風(fēng)能、海洋能、水能等都來(lái) 自太陽(yáng)能；廣義地說(shuō)，太陽(yáng)能包含以上各種可再生能源；太陽(yáng)能作為可再生能源的一種，則 是指太陽(yáng)能的直接轉(zhuǎn)化和利用。 五類地區(qū)主要包括四川、貴州兩省，是我國(guó)太陽(yáng)能資源最少的地區(qū)，年太陽(yáng)輻射總量 33504200 MJ/m2，相當(dāng)于日輻射量只有 。這些地區(qū)包括寧夏北部、甘肅北部、新疆東部、青海西部和西藏 西部等地。cm 比率 （相對(duì) 135176。太陽(yáng)在頭頂正上方時(shí)，光學(xué)大氣質(zhì)量為 1，這時(shí)的輻射稱為大氣質(zhì)量為 1(AM1)輻射。 2 所示。 將到達(dá)水平面上的太陽(yáng)輻射能分為直接輻射和水平輻射二部分。 [2]、赤緯角的變化 與赤道平面平行的平面與地球的交線稱為地球的緯度。 c） 南北回歸線與夏至、冬至日：北半球夏至日（ 6 月 21 日）時(shí)，南半球恰好為 冬至日，太陽(yáng)直射北緯 176。 K，密度為 10 g/cm 。 11 4 3 6 3 第 2 章 太陽(yáng)和太陽(yáng)能 [2]、吸收層 從太陽(yáng)核以外到約 倍太陽(yáng)直徑處稱為吸收層，也稱為方式活動(dòng) 層，熱核反應(yīng)產(chǎn)生的大量氫離子在這里被吸收。4 10 kw 10 （克） 10 10 ≈10 176。 表 16 生產(chǎn)能力、產(chǎn)量、價(jià)格、系統(tǒng)價(jià)格、年產(chǎn)值預(yù)測(cè) 年度 2022 2022 組件生產(chǎn)能力 （ MWP） 80 組件年產(chǎn)量 （ MWP） 10 組件價(jià)格 (元 /WP) 42 30 系統(tǒng)造價(jià) (元 /WP) 80 70 系統(tǒng)年產(chǎn)值 （億元） 7 7 7 2 第 1章 導(dǎo)論 2022 2022 2020 120 400 2022 50 150 1500 25 20 16 50 40 30 25 60 450 太陽(yáng)電池的效率和成本預(yù)測(cè)見(jiàn)表 17。目前我國(guó)各種太陽(yáng)電池的實(shí)驗(yàn)室最高效率見(jiàn)表 16。 表 1－ 2： 19932022年 世界太陽(yáng)電池組件發(fā)貨量（ MW） 年度 日本 歐洲 美國(guó) 其它 合計(jì) 1993 1994 1995 1996 88..60 1997 1998 1999 80 40 2022 2022 2022 2022 國(guó)際太陽(yáng)電池研究現(xiàn)狀 迄今為止，已經(jīng)研究了近 100種太陽(yáng)電池，表 1－ 3，表 1－ 4和表 1－ 5為各種 太陽(yáng)電池世界最高水平的科研成果。目前光伏組件的生產(chǎn) 規(guī)模在 520MW/年。隨著人們對(duì)后 續(xù)能源問(wèn)題和環(huán)境質(zhì)量的認(rèn)識(shí)不斷提高，加大了關(guān)于光伏發(fā)電的各項(xiàng)科研經(jīng)費(fèi)的投入，而 科研成就轉(zhuǎn)化為技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模不斷增長(zhǎng)，使得成本不斷下降，政策刺激下的市場(chǎng)不斷擴(kuò) 大。 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的主要優(yōu)缺點(diǎn) 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的主要優(yōu)點(diǎn)為： （ 1） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小且輕； （ 2）易安裝，易運(yùn)輸，建設(shè)周期短； （ 3）使用方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，在 50℃ ~65℃ 溫度范圍均可正常工作； （ 4）清潔能源，安全，無(wú)噪聲，零排放； （ 5）可靠性高，壽命長(zhǎng)； （ 6）太陽(yáng)能幾乎無(wú)處不有，所以光伏發(fā)電應(yīng)用范圍廣，； （ 7）降價(jià)速度快，能量?jī)斶€時(shí)間有可能縮短； （ 8）可以與蓄電池相配組成獨(dú)立電源，也可以并網(wǎng)發(fā)電。 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的主要缺點(diǎn)是： （ 1）太陽(yáng)能能量密度低，覆蓋面積大； （ 2）光伏發(fā)電具有間歇性和隨機(jī)性； （ 3）各個(gè)地區(qū)太陽(yáng)能資源情況不通，所以光伏發(fā)電區(qū)域性強(qiáng)。自 1998年以來(lái)，連續(xù) 5年以 30%以上的速度增長(zhǎng)，至 2022年已達(dá) 540MW/年， 2022年高達(dá) 約 750MW，增長(zhǎng) 40%。許多公司在計(jì)劃擴(kuò)建和新建年產(chǎn) 50100MW級(jí)光伏組件生產(chǎn)廠。 4 4 第 1章 導(dǎo)論 表 1－ 3 地面用太陽(yáng)電池在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的效率 表 1－ 4 地面用光伏組件在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的效率 5 5 第 1章 導(dǎo)論 表 1－ 5 地面用聚光太陽(yáng)電池和組件在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的效率 中國(guó)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電 我國(guó)從 1958年開始研究光伏發(fā)電， 1971年首次成功應(yīng)用于我國(guó)發(fā)射的東方紅二號(hào)衛(wèi)星 上。 6 6 2 第 1章 導(dǎo)論 表 16 中國(guó)各種太陽(yáng)電池實(shí)驗(yàn)室研究的最高效率 類型 單晶硅電池 GaAs電池 多晶硅電池 聚光硅電池 CdS/CuxS電池 CuInSe2電池 CdTe電池 多晶硅薄膜電池 非晶硅電池 二氧化鈦納米有機(jī)電池 最高效率（％） (2022年 ) 17 12 7 (單結(jié) ) （雙結(jié)） 10 面積（ cm ） 2*2 1*1 2*2 2*2 幾個(gè) mm 1*1 3mm 1*1,非活性硅襯底上 幾個(gè) mm 幾個(gè) mm 10*10 20*20 30*30 1*1 進(jìn)入 21世紀(jì)，我國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了新氣象，老的國(guó)有企業(yè)重組煥發(fā)青春，大型上市 公司采取多種形式加入，大型民營(yíng)企業(yè)也開始涉足。 表 17 太陽(yáng)電池的效率和成本預(yù)測(cè) 晶體硅太陽(yáng)電池 年代 效率（％） 單晶硅 多晶硅 成本 (元 /WP) 壽命（年） 2022 2022 2022 2020 1113 1214 1315 1620 1011 1113 1214 1518 2530 1822 1520 1215 15 20 25 30 單結(jié)非晶硅太陽(yáng)電池 年代 2022 2022 2022 2020 效率（％） 35 46 68 1012 成本 (元 /WP) 1820 1215 1012 810 壽命（年） 5 7 10 15 隨著光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大，光伏器件的效率逐步增加，組件和系統(tǒng)的價(jià)格逐步下降， 太陽(yáng)能光伏發(fā)電的應(yīng)用范圍愈來(lái)愈廣，其市場(chǎng)需要也將愈來(lái)愈大。 K 5762176。 [3]、對(duì)流層 區(qū)進(jìn)行。 [6]、日冕，色球球外即是伸入太空的銀白色日冕，它是由各種微粒構(gòu)成的。 的天頂。太陽(yáng)中心和地心的聯(lián)線與赤道平面 的夾角稱為緯角 δ。 將到達(dá)任意傾斜面的太陽(yáng)輻射分成直接輻射、散射輻射和地面反射三部分 據(jù)計(jì)算，太陽(yáng)每秒釋放 10 W，按現(xiàn)有的核反應(yīng)速率計(jì)算，太陽(yáng)的壽命仍有 5 10 年。 13 2 2 s 2 2 第 2 章 太陽(yáng)和太陽(yáng)能 陽(yáng)光穿過(guò)地球大氣層時(shí)被吸收、散射或反射，因而太陽(yáng)輻照度將被削弱。 當(dāng)太陽(yáng)和頭頂正上方成一個(gè)角度 θ時(shí)，大氣質(zhì)量由下式得出