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1、太陽(yáng)能電池原理及太陽(yáng)能電池原理及表征參數(shù)表征參數(shù)報(bào)告人報(bào)告人 趙明宇趙明宇主要內(nèi)容主要內(nèi)容v太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷史太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷史 v太陽(yáng)能電池市場(chǎng)狀況及趨勢(shì)太陽(yáng)能電池市場(chǎng)狀況及趨勢(shì) v太陽(yáng)能電池定義和分類(lèi)太陽(yáng)能電池定義和分類(lèi)v太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)及工作原理太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)及工作原理v太陽(yáng)能電池表征參數(shù)太陽(yáng)能電池表征參數(shù)v太陽(yáng)能電池的應(yīng)用太陽(yáng)能電池的應(yīng)用 1.太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷史太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷史 1954 1954年世界第一塊實(shí)用化太陽(yáng)能電池在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室問(wèn)世，幷首先應(yīng)年世界第一塊實(shí)用化太陽(yáng)能電池在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室問(wèn)世，幷首先應(yīng)用于空間技術(shù)。當(dāng)時(shí)太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率為用于空間技術(shù)。當(dāng)時(shí)太陽(yáng)能

2、電池的轉(zhuǎn)換效率為8 8。19731973年世界爆發(fā)石年世界爆發(fā)石油危機(jī)，從此之后，人們普遍對(duì)于太陽(yáng)能電池關(guān)注，近油危機(jī)，從此之后，人們普遍對(duì)于太陽(yáng)能電池關(guān)注，近1010幾年來(lái)，隨著幾年來(lái)，隨著世界能源短缺和環(huán)境污染等問(wèn)題日趨嚴(yán)重，太陽(yáng)能電池的清潔性、安全世界能源短缺和環(huán)境污染等問(wèn)題日趨嚴(yán)重，太陽(yáng)能電池的清潔性、安全性、長(zhǎng)壽命，免維護(hù)以及資源可再生性等優(yōu)點(diǎn)更加顯現(xiàn)。一些發(fā)達(dá)國(guó)家性、長(zhǎng)壽命，免維護(hù)以及資源可再生性等優(yōu)點(diǎn)更加顯現(xiàn)。一些發(fā)達(dá)國(guó)家制定了一系列鼓舞光伏發(fā)電的優(yōu)惠政策，幷實(shí)施龐大的光伏工程計(jì)劃，制定了一系列鼓舞光伏發(fā)電的優(yōu)惠政策，幷實(shí)施龐大的光伏工程計(jì)劃，為太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了良好的發(fā)展機(jī)遇

3、和巨大的市場(chǎng)空間，太陽(yáng)能電為太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了良好的發(fā)展機(jī)遇和巨大的市場(chǎng)空間，太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期，幷帶動(dòng)了上游多晶硅材料業(yè)和下游太陽(yáng)能池產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期，幷帶動(dòng)了上游多晶硅材料業(yè)和下游太陽(yáng)能電池設(shè)備業(yè)的發(fā)展。在電池設(shè)備業(yè)的發(fā)展。在1997199720062006年的年的1010年中，世界光伏產(chǎn)業(yè)擴(kuò)大了年中，世界光伏產(chǎn)業(yè)擴(kuò)大了2020倍，今后倍，今后1010年世界光伏產(chǎn)業(yè)仍以每年年世界光伏產(chǎn)業(yè)仍以每年3030以上的增長(zhǎng)速度發(fā)展。以上的增長(zhǎng)速度發(fā)展。世界太陽(yáng)能電池發(fā)展的主要節(jié)點(diǎn)世界太陽(yáng)能電池發(fā)展的主要節(jié)點(diǎn)v1954 美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明單晶硅太陽(yáng)能電池，效率為美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明

4、單晶硅太陽(yáng)能電池，效率為6v1955 第一個(gè)第一個(gè)光伏航標(biāo)燈光伏航標(biāo)燈問(wèn)世，美國(guó)問(wèn)世，美國(guó)RCA發(fā)明發(fā)明Ga As太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池v1958 太陽(yáng)能電池首次裝備于美國(guó)先鋒太陽(yáng)能電池首次裝備于美國(guó)先鋒1號(hào)衛(wèi)星，轉(zhuǎn)換效率為號(hào)衛(wèi)星，轉(zhuǎn)換效率為8。v1959 第一個(gè)單晶硅太陽(yáng)能電池問(wèn)世。第一個(gè)單晶硅太陽(yáng)能電池問(wèn)世。v1960 太陽(yáng)能電池首次實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池首次實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行。運(yùn)行。v1974 突破反射絨面技術(shù)，硅太陽(yáng)能電池效率達(dá)到突破反射絨面技術(shù)，硅太陽(yáng)能電池效率達(dá)到18。v1975 非晶硅及帶硅太陽(yáng)能電池問(wèn)世非晶硅及帶硅太陽(yáng)能電池問(wèn)世v1978 美國(guó)建成美國(guó)建成100KW光伏電站光伏電站v198

5、0 單晶硅太陽(yáng)能電池效率達(dá)到單晶硅太陽(yáng)能電池效率達(dá)到20多晶硅為多晶硅為14.5，Ga As為為22.5v1986 美國(guó)建成美國(guó)建成6.5KW光伏電站光伏電站v1990 德國(guó)提出德國(guó)提出“2000光伏屋頂計(jì)劃光伏屋頂計(jì)劃”v1995 高效聚光高效聚光Ga As太陽(yáng)能電池問(wèn)世，效率達(dá)太陽(yáng)能電池問(wèn)世，效率達(dá)32。v1997 美國(guó)提出美國(guó)提出“克林頓總統(tǒng)百萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃，日本提出克林頓總統(tǒng)百萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃，日本提出“新陽(yáng)光計(jì)新陽(yáng)光計(jì)劃劃”v1998 單晶硅太陽(yáng)能電池效率達(dá)到單晶硅太陽(yáng)能電池效率達(dá)到24.7，荷蘭提出，荷蘭提出“百萬(wàn)光伏屋頂計(jì)劃百萬(wàn)光伏屋頂計(jì)劃”v2000 世界太陽(yáng)能電池總產(chǎn)量達(dá)世

6、界太陽(yáng)能電池總產(chǎn)量達(dá)287MW，歐洲計(jì)劃，歐洲計(jì)劃2010年生產(chǎn)年生產(chǎn)60億瓦光伏億瓦光伏電池電池并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及工作原理光伏航標(biāo)燈2.太陽(yáng)能電池市場(chǎng)狀況及趨勢(shì)太陽(yáng)能電池市場(chǎng)狀況及趨勢(shì)2.1 太陽(yáng)能電池的市場(chǎng)狀況太陽(yáng)能電池的市場(chǎng)狀況1998年以前，單晶硅電池占世界光伏生產(chǎn)的主導(dǎo)地位其次是多晶硅電池。從1998年開(kāi)始，多晶硅電池開(kāi)始超過(guò)單晶硅躍居第一。非晶硅從20世紀(jì)80年代初開(kāi)始商業(yè)化生產(chǎn)，但由于效率低和光衰減問(wèn)題，市場(chǎng)份額增加不快。CdTe電池從20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始商業(yè)化生產(chǎn)，市場(chǎng)份額增加緩慢，除技術(shù)因素外，人們對(duì)Cd的毒性的疑慮也是原因之一。2.2太陽(yáng)電池的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)太陽(yáng)電池的未來(lái)發(fā)展

7、趨勢(shì) 2.2.1 商業(yè)化趨勢(shì)商業(yè)化趨勢(shì)v 1998年以前，單晶硅電池占市場(chǎng)主導(dǎo)地位，其次是多晶硅年以前，單晶硅電池占市場(chǎng)主導(dǎo)地位，其次是多晶硅電池。電池。v 從從1998年起，多晶硅電池開(kāi)始超過(guò)單晶硅躍居第一。年起，多晶硅電池開(kāi)始超過(guò)單晶硅躍居第一。v非晶硅從非晶硅從80年代初開(kāi)始商業(yè)化，由于效率低和光衰減問(wèn)題，年代初開(kāi)始商業(yè)化，由于效率低和光衰減問(wèn)題，市場(chǎng)份額先高后低。市場(chǎng)份額先高后低。v CdTe電池從電池從80年代中期開(kāi)始商業(yè)化生產(chǎn)，市場(chǎng)份額增加緩年代中期開(kāi)始商業(yè)化生產(chǎn)，市場(chǎng)份額增加緩慢，慢，Cd的毒性是原因之一；的毒性是原因之一； 20012001、20022002年各種電池的市場(chǎng)份額

8、和開(kāi)始商業(yè)化時(shí)間年各種電池的市場(chǎng)份額和開(kāi)始商業(yè)化時(shí)間. .電池技術(shù)市場(chǎng)份額 %商業(yè)化時(shí)間單晶硅35.1329.46 70初(地面應(yīng)用)多晶硅47.3354.44 70年代末非晶硅8.625.580年代初A-Si/c-Si(n)4.615.990年代末帶硅3.483.380年代中薄硅/陶瓷0.260.390年代中CdTe0.390.380年代中CIS0.18/00年代初2.2.2 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)2.2.2.1 硅基電池硅基電池:v 硅是地球上豐度第二大元素，資源豐富硅是地球上豐度第二大元素，資源豐富(以石英砂以石英砂形式存在形式存在)；v 環(huán)境友好；環(huán)境友好；v 電池效率高，性能穩(wěn)定；

9、電池效率高，性能穩(wěn)定；v 工藝基礎(chǔ)成熟。工藝基礎(chǔ)成熟。v 硅基電池是目前光伏界研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)、熱點(diǎn)晶硅硅基電池是目前光伏界研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)、熱點(diǎn)晶硅電池的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)電池的產(chǎn)業(yè)化技術(shù) 硅基薄膜電池硅基薄膜電池研究開(kāi)發(fā)方向：研究開(kāi)發(fā)方向：晶硅電池晶硅電池: 提高電池提高電池/組件效率組件效率高效鈍化技術(shù)：高效鈍化技術(shù)：TiO2，SiNx, H、SiO2, a-Si 。高效陷光技術(shù)：減反射，表面織構(gòu)化，背反射等，高效陷光技術(shù)：減反射，表面織構(gòu)化，背反射等，選擇性發(fā)射區(qū)選擇性發(fā)射區(qū)(前前)，背表面場(chǎng)背表面場(chǎng)(BSF)，細(xì)柵或者單面技術(shù)，細(xì)柵或者單面技術(shù)， 高效封裝技術(shù)最佳封裝材料的折射率等。高效封裝技術(shù)

10、最佳封裝材料的折射率等。簡(jiǎn)化、改進(jìn)工藝自動(dòng)化、環(huán)保、低成本；簡(jiǎn)化、改進(jìn)工藝自動(dòng)化、環(huán)保、低成本； 如硅片如硅片薄化及其工藝，薄化及其工藝， 材料的國(guó)產(chǎn)化和提高性能；材料的國(guó)產(chǎn)化和提高性能； 硅基薄膜電池硅基薄膜電池 低溫過(guò)程低溫過(guò)程(PECVD) 900,多晶硅基薄膜電池，廉價(jià)襯底；多晶硅基薄膜電池，廉價(jià)襯底； 2.2.2.2 2.2.2.2 化合物電池化合物電池v CIGS CIGS 電池：提高效率，大面積重復(fù)性，電池：提高效率，大面積重復(fù)性，S S代代SeSev CdTe CdTe電池：提高效率，大面積重復(fù)性電池：提高效率，大面積重復(fù)性v GratzelGratzel電池電池 高效染料，固

11、體或準(zhǔn)固態(tài)電高效染料，固體或準(zhǔn)固態(tài)電 解質(zhì)，解質(zhì)，提高效率，大面積重復(fù)性提高效率，大面積重復(fù)性v 有機(jī)電池有機(jī)電池 高效電子受體高效電子受體 和給體以及材料，提和給體以及材料，提高效率高效率 3.3.新型概念電池：量子點(diǎn)、量子阱電池，中間帶新型概念電池：量子點(diǎn)、量子阱電池，中間帶 光伏電池，帶隙遞變迭層電池等，尚處在理論探索、光伏電池，帶隙遞變迭層電池等，尚處在理論探索、概念研究和驗(yàn)證階段概念研究和驗(yàn)證階段。3.太陽(yáng)能電池定義和分類(lèi)太陽(yáng)能電池定義和分類(lèi) 太陽(yáng)能電池，太陽(yáng)能電池，又稱(chēng)光伏器件又稱(chēng)光伏器件，是一種利用光是一種利用光生伏特效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠骷?。它是生伏特效?yīng)把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠?/p>

12、件。它是太陽(yáng)能光伏發(fā)電的基礎(chǔ)和核心。太陽(yáng)能光伏發(fā)電的基礎(chǔ)和核心。太陽(yáng)能電池分類(lèi)太陽(yáng)能電池分類(lèi)按結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu)分類(lèi)分類(lèi)同質(zhì)結(jié)同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池太陽(yáng)電池異質(zhì)結(jié)異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池太陽(yáng)電池肖特基肖特基太陽(yáng)電池太陽(yáng)電池按材料按材料分類(lèi)分類(lèi)硅太陽(yáng)硅太陽(yáng)電池電池敏化納米晶敏化納米晶太陽(yáng)電池太陽(yáng)電池有機(jī)化合物有機(jī)化合物太陽(yáng)電池太陽(yáng)電池塑料塑料太陽(yáng)電池太陽(yáng)電池?zé)o機(jī)化合物無(wú)機(jī)化合物半導(dǎo)體半導(dǎo)體太陽(yáng)電池太陽(yáng)電池4.太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)及工作原理太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)及工作原理太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池發(fā)電原理太陽(yáng)電池的表征參數(shù)太陽(yáng)電池的表征參數(shù)太陽(yáng)電池的工作原理是基于光伏效應(yīng)。當(dāng)光照射太陽(yáng)電池時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)由n區(qū)到p區(qū)的光光生電流生電流

13、Iph。同時(shí),由于pn結(jié)二極管的特性，存在正向二極管電流ID ,此電流方向從p區(qū)到n區(qū)，與光生電流相反。因此,實(shí)際獲得的電流I為 1exp0TnkqVIIIIIBDphDphv當(dāng)太陽(yáng)電池的輸出端短路時(shí)，V = 0 （VD0），得短路電流短路電流即太陽(yáng)電池的短路電流等于光生電流，與入射光的強(qiáng)度成正比。 當(dāng)太陽(yáng)電池的輸出端開(kāi)路時(shí)，I = 0，得開(kāi)路電壓開(kāi)路電壓phscII1ln0IIqTnkVscBocv當(dāng)太陽(yáng)電池接上負(fù)載R時(shí)，所得的負(fù)載伏安特性曲線(xiàn)如圖所示。VocVmImIscIVRm1太陽(yáng)電池的伏安特性曲線(xiàn)v負(fù)載R可以從零到無(wú)窮大。當(dāng)負(fù)載Rm使太陽(yáng)電池的功率輸出為最大時(shí)，它對(duì)應(yīng)的最大功率最大功

14、率Pm為式中 Im 和 Vm 分別為最佳工作電流最佳工作電流和最佳工最佳工作電壓作電壓。mmmVIP v將Voc與Isc的乘積與最大功率Pm之比定義為填填充因子充因子FF，則 FF為太陽(yáng)電池的重要表征參數(shù)，F(xiàn)F愈大則輸出的功率愈高。FF取決于入射光強(qiáng)、材料的禁帶寬度、理想系數(shù)、串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻等。scocmmscocmIVIVIVPFFv太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率定義為太陽(yáng)電池的最大輸出功率與照射到太陽(yáng)電池的總輻射能Pin之比，即%100inmPP6.6.太陽(yáng)能電池的應(yīng)用太陽(yáng)能電池的應(yīng)用 上世紀(jì)上世紀(jì)6060年代，科學(xué)家們就已經(jīng)將太陽(yáng)電池應(yīng)用于空間技年代，科學(xué)家們就已經(jīng)將太陽(yáng)電池應(yīng)用于空間技

15、術(shù)術(shù)通信衛(wèi)星供電，上世紀(jì)末，在人類(lèi)不斷自我反省的過(guò)通信衛(wèi)星供電，上世紀(jì)末，在人類(lèi)不斷自我反省的過(guò)程中，對(duì)于光伏發(fā)電這種如此清潔和直接的能源形式已愈加程中，對(duì)于光伏發(fā)電這種如此清潔和直接的能源形式已愈加親切，不僅在空間應(yīng)用，在眾多領(lǐng)域中也大顯身手。如：太親切，不僅在空間應(yīng)用，在眾多領(lǐng)域中也大顯身手。如：太陽(yáng)能庭院燈、太陽(yáng)能發(fā)電戶(hù)用系統(tǒng)、村寨供電的獨(dú)立系統(tǒng)、陽(yáng)能庭院燈、太陽(yáng)能發(fā)電戶(hù)用系統(tǒng)、村寨供電的獨(dú)立系統(tǒng)、光伏水泵（飲水或灌溉）、通信電源、石油輸油管道陰極保光伏水泵（飲水或灌溉）、通信電源、石油輸油管道陰極保護(hù)、光纜通信泵站電源、海水淡化系統(tǒng)、城鎮(zhèn)中路標(biāo)、高速護(hù)、光纜通信泵站電源、海水淡化系統(tǒng)、

16、城鎮(zhèn)中路標(biāo)、高速公路路標(biāo)等。歐美等先進(jìn)國(guó)家將光伏發(fā)電并入城市用電系統(tǒng)公路路標(biāo)等。歐美等先進(jìn)國(guó)家將光伏發(fā)電并入城市用電系統(tǒng)及邊遠(yuǎn)地區(qū)自然界村落供電系統(tǒng)納入發(fā)展方向。太陽(yáng)電池與及邊遠(yuǎn)地區(qū)自然界村落供電系統(tǒng)納入發(fā)展方向。太陽(yáng)電池與建筑系統(tǒng)的結(jié)合已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì)建筑系統(tǒng)的結(jié)合已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì) v用戶(hù)太陽(yáng)能電源用戶(hù)太陽(yáng)能電源1.1.小型電源小型電源10-100W10-100W不等，用于邊遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)如高原、不等，用于邊遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機(jī)等電視、收錄機(jī)等 太陽(yáng)能電源太陽(yáng)能電源 太陽(yáng)能逆變器太陽(yáng)能逆變器2.

17、 3-5KW2. 3-5KW家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；3.3.光伏水泵：解決無(wú)電地區(qū)的深水井飲用、灌溉光伏水泵：解決無(wú)電地區(qū)的深水井飲用、灌溉v 交通領(lǐng)域交通領(lǐng)域 如航標(biāo)燈、交通如航標(biāo)燈、交通/ /鐵路信號(hào)燈、交通警示鐵路信號(hào)燈、交通警示/ /標(biāo)志燈、標(biāo)志燈、路燈、高空障礙燈、高速公路路燈、高空障礙燈、高速公路/ /鐵路無(wú)線(xiàn)電話(huà)亭、鐵路無(wú)線(xiàn)電話(huà)亭、無(wú)人值守道班供電等。無(wú)人值守道班供電等。v通訊通訊/ /通信領(lǐng)域通信領(lǐng)域 太陽(yáng)能無(wú)人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、廣播太陽(yáng)能無(wú)人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、廣播/ /通訊通訊/ /尋呼電源系統(tǒng)；農(nóng)村載波電話(huà)光伏系統(tǒng)、小尋呼電源系統(tǒng)；農(nóng)

18、村載波電話(huà)光伏系統(tǒng)、小型通信機(jī)、士兵型通信機(jī)、士兵GPSGPS供電等。供電等。v石油、海洋、氣象領(lǐng)域石油、海洋、氣象領(lǐng)域 石油管道和水庫(kù)閘門(mén)陰極保護(hù)太陽(yáng)能電源系統(tǒng)、石石油管道和水庫(kù)閘門(mén)陰極保護(hù)太陽(yáng)能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺(tái)生活及應(yīng)急電源、海洋檢測(cè)設(shè)備、氣象油鉆井平臺(tái)生活及應(yīng)急電源、海洋檢測(cè)設(shè)備、氣象/ /水文觀測(cè)設(shè)備等水文觀測(cè)設(shè)備等 風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星的太陽(yáng)能電池風(fēng)云三號(hào)氣象衛(wèi)星的太陽(yáng)能電池海洋氣象監(jiān)測(cè)標(biāo) v家庭燈具電源家庭燈具電源如庭院燈、路燈、手提燈、野營(yíng)燈、登山燈、垂釣燈、如庭院燈、路燈、手提燈、野營(yíng)燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。v光伏電站光伏電站10KW-50MW10KW-50MW獨(dú)立光伏電站、風(fēng)光（柴）互補(bǔ)電站、各獨(dú)立光伏電站、風(fēng)光（柴）互補(bǔ)電站、各種大型停車(chē)廠充電站等。種大型停車(chē)廠充電站等。謝謝觀看