【正文】 11:38:5311:38:5311:383/4/2023 11:38:53 AM 1越是沒有本領(lǐng)的就越加自命不凡。 11:38:5311:38:5311:38Saturday, March 4, 2023 1乍見翻疑夢，相悲各問年。 79 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 關(guān)于光伏建筑結(jié)合或一體化 ? 發(fā)展希望寄托于年輕建筑師 ? 多方面合作至關(guān)重要： ? 政府部門、建筑師、規(guī)劃師、建筑商、施工單位 80 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 太陽能光伏建筑設(shè)計 Solar Design 光伏發(fā)電系統(tǒng)在老建筑、城市和農(nóng)村的應(yīng)用 英格麗特 只要遏制光發(fā)射和聲子發(fā)射就可阻止載流子能帶間的能量釋放，但這將造成載流子平均能量升高，則載流子溫度升高，即造成熱載流子現(xiàn)象。 31 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 太陽電池的等效電路 ? 如考慮串聯(lián)電阻 Rs 和并聯(lián)電阻 Rsh 的實際存在，太陽電池的電流－電壓關(guān)系式則可表示為： ? I = Is ( e V/VT – 1 ) ＋ (V I Rs) / Rsh – IL ? 從太陽電池的電流－電壓關(guān)系曲線上可見，最大功率點所對應(yīng)的最大工作電壓和最大工作電流的乘積（即 Pmax = Vmax I max ），在數(shù)值上就等同于一個在曲線下面的矩形圖形的面積，而以開路電壓和短路電流對應(yīng)的數(shù)值也可確定一個在曲線之上的矩形圖形的面積（ ISC VOC），和這樣來看，太陽電池的電流－電壓曲線越充滿 ISC 和 VOC 組成的矩形圖形的面積，即 Vmax I max 與 ISC VOC越接近，表明太陽電池的性能越好。 ? 理想二結(jié)管的電流－電壓關(guān)系式為： I = Is ( e V/VT – 1 ) ? 這一方程確定一條電流－電壓關(guān)系曲線，如作以 x軸為電流， 以 y軸為電壓的一個坐標(biāo)系，則電流－電壓曲線主要分布在第一象限，從零點開始，電流隨電壓增加呈現(xiàn)單調(diào)指數(shù)增加。 ? 在太陽電池中 pn 結(jié)的空間電荷區(qū)的內(nèi)建電場的作用就是使入射光子產(chǎn)生的電子－空穴對在復(fù)合（ rebination）之前被分離，并形成光電流通過金屬電極（ metal contact）給負(fù)載供電。前兩種是可動的，而后兩種是不動的。(mvm2)是光電子的最大初動能。tzel教授研制的納米 TiO2染料敏化太陽電池 (Graezel Cell)效率達(dá)到 7%。 ? 1905 德國物理學(xué)家愛因斯坦（ Albert Einstein）發(fā)表關(guān)于光電效應(yīng)的論文； ? 1918 波蘭科學(xué)家 Czochralski發(fā)展生長單晶硅的提拉法工藝； ? 1921 德國物理學(xué)家愛因斯坦由于 1904年提出的解釋光電效應(yīng)的理論獲得諾貝爾（ Nobel）物理獎； 4 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 太陽電池的發(fā)展歷史 ? 1930 B. Lang 研究氧化亞銅 /銅 (Cu/Cu2O) 太陽電池，發(fā)表 “ 新型光伏電池 ” 論文； ? 發(fā)表 “ 新型氧化亞銅 (Cu2O) 光電池 ” 論文； ? 1932 Audobert 和 Stora發(fā)現(xiàn)硫化鎘 (CdS) 的光伏現(xiàn)象； ? 1933 . Grondahl 發(fā)表 “ 銅 氧化亞銅 (CuCu2O) 整流器和光電池 ” 論文； ? 1949年 W. Shockley, J. Bardeen, W. H. Brattain 發(fā)明晶體管 ,給出了 pn結(jié)物理解釋 , 從此，半導(dǎo)體器件時代開始； ? 1951 生長 pn 結(jié)，實現(xiàn)制備單晶鍺電池； ? 1953 Wayne 州立大學(xué) Dan Trivich 博士完成基于太陽光譜的具有不同帶隙寬度的各類材料光電轉(zhuǎn)換效率的第一個理論計算； ? 1954 RCA實驗室的 (CdS)的光伏現(xiàn)象；(RCA:Radio Corporation of America, 美國無線電公司 )； 5 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 太陽電池的發(fā)展歷史 ? 1954年美國貝爾 (Bell ) 實驗室研究人員 D. M. Chapin， C. S. Fuller 和 G. L. Pearson報道 %效率的第一個實用的單晶硅 pn結(jié)太陽電池的發(fā)現(xiàn)，幾個月后效率達(dá)到 6%，幾年后達(dá)到 10%。 ? Dember效應(yīng)：也稱 photodiffusion效應(yīng)，光照射在半導(dǎo)體表面，光子被吸收產(chǎn)生電子－空穴對，則半導(dǎo)體表面的載流子濃度增加而向半導(dǎo)體內(nèi)部擴散，但由于電子與空穴的擴散系數(shù)不同，電子與空穴在空間的分布就不同，因此產(chǎn)生內(nèi)建電場形成實驗可測量到的 Dember電壓。 ? 一般的半導(dǎo)體的能隙寬度為 1－ 2 eV，其可吸收可見光到紅外線。這主要是存在物理限制：即一般金屬的功函數(shù)大部分都在 3－ 5 eV之間，如此只有紫外線的光子才能產(chǎn)生光電流，但太陽光中紫外線僅占很少一部分，因此，利用金屬的光電效應(yīng)制作太陽電池?zé)o法進(jìn)入實際應(yīng)用。這樣在三個區(qū)域就形成了從 nSi 到 pSi 的一致方向的光電流。 27 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 太陽電池的等效電路 太陽電池電流 電壓特性曲線 28 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 太陽電池 IV特性曲線分析 ? 特征點分析： １－電路負(fù)載為０，即太陽電池短路，電壓為０，但電流達(dá) 到最大，稱為短路電流，此時太陽電池?zé)o輸出 ２－負(fù)載電阻慢慢調(diào)大，電壓明顯增加，電流略小于短路電流，不是太陽電池最佳工作點 ３－負(fù)載電阻調(diào)到曲線拐點，此時電流和電壓值乘積構(gòu)成曲線下最大矩形面積，此點為最大功率點，為太陽電池最佳工作點 ４－電壓略有增加，但電流明顯減小，不是太陽電池最佳工作點 ５－負(fù)載電阻無窮大，相當(dāng)于電路開路，電流為０，電壓達(dá)到最大，為開路電壓，此時太陽電池?zé)o輸出 29 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 太陽電池的等效電路 ? 太陽電池的輸出功率就是電流和電壓的乘積： ? P = I V = Is V ( e V/VT – 1 ) – IL V ? 對于確定的太陽輻射，在太陽電池的電流－電壓特性曲線上存在一個最大功率點。 ? 多結(jié)太陽電池 ：以材料的能隙由小到大的順序，從太陽電池的受光面依次排列。這種現(xiàn)象首先由 Stabler 和 Wronski 發(fā)現(xiàn)。本書還將貢獻(xiàn)于，正常地美學(xué)保護與光伏利用引入老建筑和紀(jì)念性保護的建筑的協(xié)調(diào)，以及使得建筑學(xué)家、投資人和紀(jì)念建筑保護者對于這種環(huán)境友好技術(shù)構(gòu)成的松弛的和創(chuàng)新的環(huán)境的產(chǎn)生靈感。 11:38:5311:38:5311:38Saturday, March 4, 2023 1不知香積寺，數(shù)里入云峰。 2023年 3月 4日星期六 11時 38分 53秒 11:38:534 March 2023 1一個人即使已登上頂峰，也仍要自強不息。 11:38:5311:38:5311:383/4/2023 11:38:53 AM 1成功就是日復(fù)一日那一點點小小努力的積累。本書的重點是對超過 30多個各式各樣的和以極高美學(xué)質(zhì)量建造的應(yīng)用實例的描述。 ? 在太陽光譜的可見光范圍內(nèi)，非晶硅的吸收系數(shù)比晶體硅大將近一個數(shù)量級，其本征吸收系數(shù)高達(dá) 105cm1。 ? 單結(jié)太陽電池 ：對于太陽光譜的具體情況，從材料角度要得到最高的轉(zhuǎn)換效率，其能隙的寬度為 eV 最為合適，此時可達(dá)到最高的效率為 31％。 ? 當(dāng)太陽電池開路，即 I ＝ 0， 則開路電壓為： ? VOC = VT ln ( IL / Is ＝ 1 ) ? 相對于二極管的電流－電壓關(guān)系曲線，太陽電池的電流－電壓關(guān)系曲線向下移動 IL 距離，即從第一象限移動到第四象限。在內(nèi)建電場的作用下，空間電荷區(qū)的電子和空穴對光電流都有貢獻(xiàn)，形成所謂的漂移電流。在金屬的光電效應(yīng)中，光子的能量被吸收，電子從費米能級（ Fermi energy）附近躍遷到真空能級。就對人類的貢獻(xiàn)而言，光電效應(yīng)大于相對論， 1921年授獎只字不提相對論，看來諾貝爾獎委員會具有 “ 難得糊涂 ” 的先見之明。 ? 光電效應(yīng)是指金屬表面在光的照射下能發(fā)射電子，即光電子。 （ Alexander E. Becquerel 是 Henri A. Becquerel (18521908)的祖父。 9 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 太陽電池的發(fā)展歷史 ? 1995 世界太陽電池年產(chǎn)量超過 MW；光伏電池安裝總量達(dá)到 500 MW； ? 1998 世界太陽電池年產(chǎn)量超過 MW；多晶 澆鑄 硅 太陽 電池產(chǎn)量首次超過單晶硅； ? 1999 世界太陽電池年產(chǎn)量超過 MW； 美國 NREL的 等報道銅銦錫（ CIS）電池效率達(dá)到 %； 非晶硅電池占市場份額%； ? 2023 世界太陽電池年產(chǎn)量超過 MW，安裝超過 1000 MW，標(biāo)志太陽能時代到來； ? 2023 世界太陽電池年產(chǎn)量超過 399 MW。 ? 第二，假定 1/2(mvm2)＝ 0，則 ν 0=A/h,這表明頻率為 ν 0的光子具有發(fā)射光電子的最小能量。 在 pn結(jié)附近，電子會從濃度高的 n型區(qū)向濃度低的 p型區(qū)擴散，與此同時，空穴會從濃度高的 p型區(qū)向濃度低的 n型區(qū)擴散。開路電壓也被稱為光電壓（ photovoltage），這也是光伏（photovoltaics）一詞的由來。 ? 正常的二極管的 pSi 端 為正極， nSi 端 為負(fù)極，二極管內(nèi)電流從在 pSi 端 到 nSi 端 ，但太陽電池中的電流方向是從 nSi 端 到 pSi 端 ，這正好與二極管相反。 32 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 串聯(lián)電阻對太陽電池參數(shù)的影響 33 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 并聯(lián)電阻對太陽電池參數(shù)的影響 34 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 太陽電池的效率理論分析 ? 太陽電池 的效率（ efficiency） ? 是指太陽電池將入射的太陽光的功率轉(zhuǎn)換成最大的電功率的比例。 37 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 晶體硅太陽電池的制備工藝 ? 多晶硅材料 西門子工藝、硅烷法 ? 晶體生長 硅片 單晶、多晶、硅帶技術(shù) ? 太陽電池 自動化、大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù) ? 光伏組件 標(biāo)準(zhǔn)組件、建材型組件 ? 系統(tǒng)集成 并網(wǎng)發(fā)電、建筑集合、大型地面電站 38 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 晶體硅太陽電池的制備工藝 ? 硅片表面絨化 ? 通過濕化學(xué)工藝去除 硅片表面機械損傷、顆粒附著物等污染物，并形成絨面構(gòu)造 。 儒博 著 沈 輝 褚玉芳 王丹萍 譯 張 原 陳 維 校 81 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 目 錄 前言 太陽能建筑 PVACCEPT: 研究項目 應(yīng)用領(lǐng)域 造型和構(gòu)造 創(chuàng)新的太陽電池和組件