太陽電池的發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望.ppt

太陽電池的發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望,沈 輝 中山大學(xué)太陽能系統(tǒng)研究所 電力電子及控制技術(shù)研究所 ,太陽電池的基本理論,光電效應(yīng)現(xiàn)象 愛因斯坦的光電效應(yīng)理論 光伏效應(yīng) p-n 結(jié)形成和特性 太陽電池原理 太陽電池等效電路 太陽電池效率分析 太陽電池的類型 太陽電池的發(fā)展,光電效應(yīng)現(xiàn)象,光電效應(yīng)(photoelectric effect) 現(xiàn)象最早在1887年由Heinrich Hertz在從事電磁波實(shí)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)的，即金屬表面在光的照射下發(fā)射電子。 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。但金屬的功函數(shù)大部分在35 eV之間，因此只有能量是紫外線以上的光子才能被吸收來產(chǎn)生光電流(photocurrent)，而太陽光中紫外線以上的輻射只占很小的一部分（ 67%)。 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(kuò)散，但由于電子與空穴的擴(kuò)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(shí)驗(yàn)可測量到的Dember電壓。一般來說，半導(dǎo)體的Dember效應(yīng)不是很明顯。如器件的金屬接觸不是良好的歐姆接觸(ohmic contact)，則金屬半導(dǎo)體形成的Schottky接觸的光伏效應(yīng)會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過純粹的半導(dǎo)體的Dember效應(yīng)。,愛因斯坦的光電效應(yīng)理論,愛因斯坦從普朗克的能量子假設(shè)出發(fā)，提出光子(photon)的概念。光子的能量= h（普朗克常數(shù)h= 6.626x10-34Js，光子頻率）。當(dāng)光照射在金屬表面上，金屬表面的一個自由電子從入射光中吸收一個光子后，就會得到能量h，如果h大于電子從金屬表面逸出時所需的逸出功A，這個電子就可從金屬表面逸出，逸出的電子可被稱為光電子。 根據(jù)能量守恒定律，愛因斯坦提出光電效應(yīng)方程: h=1/2(mvm2)+ A (mvm2)是光電子的最大初動能。,愛因斯坦的光電效應(yīng)理論,光電效應(yīng)方程說明三個問題: 第一，光電子的初動能與入射光頻率之間的線性關(guān)系，即入射光的強(qiáng)度增加時，光子數(shù)也增多，因而單位時間內(nèi)光電子數(shù)目也隨之增加，這即可說明飽和電流或光電子數(shù)與光的強(qiáng)度之間的正比關(guān)系。 第二，假定1/2(mvm2)0，則0=A/h,這表明頻率為0的光子具有發(fā)射光電子的最小能量。如果光子頻率低于0（紅限），不管光子數(shù)目多大，單個光子沒有足夠的能量去發(fā)射光電子。紅限相當(dāng)于電子所吸收的能量全部消耗于電子的逸出功時入射光的頻率。 第三，當(dāng)一個光子被吸收時，全部能量就立即被吸收，不需要積累能量的時間，這就說明了光電效應(yīng)的瞬時發(fā)生的問題。 由于愛因斯坦發(fā)展了普朗克的能量子思想，提出了光子假說，所提出的光電效應(yīng)方程成功地說明了光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，從而榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎。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。,光伏效應(yīng),光伏效應(yīng)(photovoltaic effect)是指半導(dǎo)體表面在光的照射下，光子的能量被吸收，讓電子從價帶躍遷到導(dǎo)帶。 一般的半導(dǎo)體的能隙寬度為12 eV，其可吸收可見光到紅外線。另外，在半導(dǎo)體中可以傳導(dǎo)的除了帶負(fù)電的電子外，還有帶正電的空穴，這種雙極性的導(dǎo)電機(jī)制是金屬所不具有的。 光電化學(xué)效應(yīng)(photoelectrochemical effect)也可通過光照產(chǎn)生電壓，一般會涉及到電介質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)。染料敏化太陽電池(dye sensitized solar cell：DSC）就是以此效應(yīng)為基礎(chǔ)的。,p-n結(jié)的形成與特性,半導(dǎo)體中的導(dǎo)電類型：n型硅晶體是指在硅晶體中加入V族元素（如磷）作為施主(donor)，提供導(dǎo)帶電子。p型硅晶體是指硅晶體中加入III族元素作為受體(acceptor)，提供價帶空穴。因此，半導(dǎo)體材料中具有四種帶電電荷：帶負(fù)電的電子，帶正電的空穴，帶負(fù)電的受主離子和帶正電的施主離子。前兩種是可動的，而后兩種是不動的。 p-n結(jié)的形成和特性：將p型半導(dǎo)體與n型半導(dǎo)體接觸，就形成p-n結(jié)(junction)。在p-n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(kuò)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(kuò)散。結(jié)果在p-n結(jié)附近的區(qū)域電中性被打破，即靠近 n型區(qū)附近產(chǎn)生正電荷區(qū)，靠近p型區(qū)附近產(chǎn)生負(fù)電荷區(qū)，兩者通稱為空間電荷區(qū)(space charge region)。由于帶負(fù)電的受主離子和帶正電的施主離子都是固體在晶體中的，即形成從n型區(qū)指向p型區(qū)的內(nèi)建電場。,太陽電池的基本原理,太陽能輻射可以等同于一個表面溫度為5800 K的黑體輻射，輻射的能量的波長基本上分布在2502500 nm范圍，其中紫外線占約67，可見光占約46和紅外線占約47。 一般來說，利用光電效應(yīng)也可以制作太陽電池。在金屬的光電效應(yīng)中，光子的能量被吸收，電子從費(fèi)米能級（Fermi energy）附近躍遷到真空能級。但從理論上分析，金屬光電效應(yīng)的太陽電池的最大轉(zhuǎn)換效率不超過1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果只有0.001。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35 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(shí)際應(yīng)用。 至今為止，實(shí)際使用的太陽電池主要是利用半導(dǎo)體的光伏效應(yīng)制作的。一般的半導(dǎo)體帶隙多在12 eV之間，其可吸收太陽光中的紫外線、可見光到紅外線（對晶體硅來說從紫外到部分紅外線2501100 nm）。,太陽電池的基本原理,太陽電池作為光電轉(zhuǎn)換器件必須具備的條件： 1. 入射光子能夠被吸收產(chǎn)生電子空穴對 2. 電子空穴對在復(fù)合前被分離 3. 分開的電子與空穴能夠傳輸?shù)截?fù)載,太陽電池的基本原理,目前占太陽電池的主流地位的是晶體 Si 太陽電池。實(shí)現(xiàn)太陽光到電流轉(zhuǎn)換的核心結(jié)構(gòu)是晶體 Si 的 p-n 結(jié)。在光照下條件下，由于內(nèi)建（built-in）電場的作用，在p-n 結(jié)附近產(chǎn)生的電子空穴對被分離，電子向n-Si 區(qū)漂移，空穴向 p-Si 區(qū)漂移，從而產(chǎn)生從n-Si 區(qū)到p-Si 區(qū)的漂移電流，即所謂的光電流。對于具有n/ p 結(jié)構(gòu)的晶體硅太陽電池而言，產(chǎn)生的光電流方向是從 n-Si 區(qū)到 p-Si 區(qū)，這正好與一般p-n結(jié)二極管的正向電流相反。 在太陽電池中p-n 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（recombination）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。 在光照條件下，如果將太陽電池正負(fù)級直接連接，即短路，即可都到短路電流（short-circuit current）即光電流；如將太陽電池兩端不連接任何負(fù)載，即開路，即可測得開路電壓（open-circuit voltage）。開路電壓也被稱為光電壓（photovoltage），這也是光伏（photovoltaics）一詞的由來。,太陽電池的基本原理,太陽電池的最核心部分是 p-n 結(jié)，主要有發(fā)射區(qū)、空間電荷區(qū)和基區(qū)組成組成。其中發(fā)射區(qū)為受光面，通常p-n 結(jié)是通過在一個p-Si 或 n-Si基片上通過熱擴(kuò)散形成的。 當(dāng)入射光照上太陽電池上時，在發(fā)射區(qū)、空間電荷區(qū)和基區(qū)同時都將產(chǎn)生電子空穴對。由于發(fā)射區(qū)和基區(qū)為準(zhǔn)電中性區(qū)域，所形成的光電流為擴(kuò)散電流，這由少數(shù)載流子決定，而多數(shù)載流子并不參與導(dǎo)電。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。 以晶體 Si 的 n/ p 型電池為例：在光照下，n-Si 中的少子空穴在空間電荷區(qū)的附近會向 p-Si 區(qū)域擴(kuò)散形成電流；p-Si 中的少子電子在空間電荷區(qū)的附近會向 n-Si 區(qū)域擴(kuò)散形成電流；而空間電荷區(qū)產(chǎn)生的電子向 n-Si 區(qū)域漂移和產(chǎn)生的空穴向 p-Si 區(qū)域漂移。這樣在三個區(qū)域就形成了從n-Si 到 p-Si 的一致方向的光電流。這就是太陽電池的工作原理。,太陽電池的基本原理,除了空間電荷區(qū)的電子和空穴要受內(nèi)建電場的作用外，在發(fā)射區(qū)和基區(qū)的少子由于要穿過空間電荷區(qū)也將受到內(nèi)建電場的作用，在空間電荷區(qū)將被加速。 由此可見，太陽電池的核心結(jié)構(gòu)是p-n 結(jié)，而 p-n 結(jié)中的空間電荷區(qū)由施主正離子和受主負(fù)離子形成的內(nèi)建電場是實(shí)現(xiàn)電子空穴分離的最重要的物理?xiàng)l件。 綜上所述，在太陽光照射下，以光伏效應(yīng)為基礎(chǔ)的太陽電池的光電流主要來自以下三個部分： 1. 空間電荷區(qū)的電子和空穴在內(nèi)建電場作用下形成的漂移電流； 2. n-Si 區(qū)的少數(shù)載流子空穴所形成的擴(kuò)散電流； 3. p-Si 區(qū)的少數(shù)載流子電子所形成的擴(kuò)散電流。 一般而論，太陽電池（solar cell）是指任何能將太陽光直接轉(zhuǎn)換為電力（electric power）的器件，這里要強(qiáng)調(diào)的直接轉(zhuǎn)換。,太陽電池的等效電路,太陽電池的基本結(jié)構(gòu)就是一個大面積的p-n 結(jié)，它的基本特性可借助一個理想二極管的電流電壓關(guān)系來分析。 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(diǎn)開始，電流隨電壓增加呈現(xiàn)單調(diào)指數(shù)增加。 其中： I電流，V電壓，Is飽和電流（saturation current）， VT = kB T/q0 ，其中 kB 為Boltzmann常數(shù), q0 電子電荷， T絕對溫度， 在室溫下 VT = 0.026 V。 正常的二極管的p-Si 端為正極，n-Si 端為負(fù)極，二極管內(nèi)電流從在 p-Si 端到n-Si 端，但太陽電池中的電流方向是從n-Si 端到 p-Si 端，這正好與二極管相反。,太陽電池的理想化等效電路模型,太陽電池的能量轉(zhuǎn)換可用理想化等效電路模型來說明。圖中IL是入射光產(chǎn)生的恒流源的強(qiáng)度，恒流源來自太陽輻射所激發(fā)的過量載流子。Is是二極管飽和電流，RL是負(fù)載電阻。,太陽電池的等效電路,相對與二極管，太陽電池在光照情況下產(chǎn)生的光電流 IL 為負(fù)值，即 I = Is ( e V/VT 1 ) IL 如無光照 IL 0，太陽電池就是一個普通的二極管 當(dāng)太陽電池短路，即 V = 0 ，則 I IL = Isc ，即光電流就等于短路電流。 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。但為了簡單起見和方便分析，一般將這電流電壓曲線以 y 軸（電壓）為對稱軸旋轉(zhuǎn)180度放到第一象限。,太陽電池的等效電路,太陽電池電流-電壓特性曲線,太陽電池I-V特性曲線分析,特征點(diǎn)分析： 電路負(fù)載為，即太陽電池短路，電壓為，但電流達(dá) 到最大，稱為短路電流，此時太陽電池?zé)o輸出 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(diǎn) 負(fù)載電阻調(diào)到曲線拐點(diǎn)，此時電流和電壓值乘積構(gòu)成曲線下最大矩形面積，此點(diǎn)為最大功率點(diǎn)，為太陽電池最佳工作點(diǎn) 電壓略有增加，但電流明顯減小，不是太陽電池最佳工作點(diǎn) 負(fù)載電阻無窮大，相當(dāng)于電路開路，電流為，電壓達(dá)到最大，為開路電壓，此時太陽電池?zé)o輸出,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(diǎn)。為了求出最大功率點(diǎn)所對應(yīng)的最大工作電壓和最大工作電流值，可對上式進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，即通過 dP / dV = 0 即可得出最大工作電壓： Vmax = VT In (（IL 1/（I max / VT 1）)，由此導(dǎo)出最大工作電流： I max Is Vmax e Vmax/VT / VT 而太陽電池的最大功率即 Pmax Vmax I max,太陽電池的等效電路,串連電阻與并聯(lián)電阻 串聯(lián)電阻（series resistance: Rs）： 半導(dǎo)體材料本身、或半導(dǎo)體與金屬之間都不可避免存在的電阻。理想的太陽電池的串連電阻為0。實(shí)際的太陽電池的串連電阻一般在幾幾十cm 以下。 并聯(lián)電阻（shunt resistance ：Rsh）： 太陽電池的正負(fù)極之間存在不經(jīng)過 p-n 結(jié)的其它導(dǎo)電通道，這樣將造成形成漏電流（leakage current），如太陽電池中的產(chǎn)生復(fù)合（generation - recombination）電流、表面復(fù)合（surface -recombination）電流、電池邊緣隔離不完全以及金屬電極穿透 p-n 結(jié)等都將產(chǎn)生漏電流。可用并聯(lián)電阻來表示太陽電池的漏電流的大小。理想的太陽電池的并聯(lián)電阻為無窮大，實(shí)際的太陽電池的并聯(lián)電阻為幾十幾百cm以上。,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(shí)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(diǎn)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。這樣就可用定義一個參數(shù)即填充系數(shù)（fill factor : FF）來描述太陽電池的性能： FF Pmax / ISC VOC Vmax I max / ISC VOC 事實(shí)上，填充系數(shù) FF 即可反映串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻對太陽電池的所產(chǎn)生的影響。,串聯(lián)電阻對太陽電池參數(shù)的影響,并聯(lián)電阻對太陽電池參數(shù)的影響,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。國際標(biāo)準(zhǔn)采用人造光源，并規(guī)定三個基本測試條件: 1. 即光源的能量1000 W/m2， 2. 光源光譜分布為 AM1.5 和 3. 太陽電池的溫度保持在25。 太陽電池可定義為：= Pmax/Pin 也可以寫為：= Pmax/Pin FF ISC VOC /Pin 由此可見，要提高太陽電池的效率必須同時增加開路電壓、短路電流和填充系數(shù)。 串聯(lián)電阻的增加和并聯(lián)電阻的減少都會減少填充系數(shù)。,太陽電池的效率理論分析,目前的太陽電池理論就光電轉(zhuǎn)換效率而言分為以下三種情況： 單結(jié)太陽電池的理論效率為31； 多結(jié)太陽電池的理論效率為69； 熱力學(xué)所限制的太陽電池的理論效率為85。 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 1.35 eV 最為合適，此時可達(dá)到最高的效率為31。對于單晶硅來說，理論上的最高效率可達(dá)到28。 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。主要是讓高能量的光子先被吸收利用，后吸收低能量光子，以便降低釋放聲子的幾率，即降低熱量產(chǎn)生對電池性能的影響。不同的結(jié)之間通過隧道二極管聯(lián)結(jié)（tunnel diode）起來，這樣，開路電壓就等于多個不同能隙的電子空穴的 Fermi 能級之差的總和，這也是多能隙的太陽電池有相當(dāng)高的開路電壓的原因。,太陽電池的效率理論分析,對于單結(jié)電池，只要能量大于半導(dǎo)體帶隙的入射光子都可以產(chǎn)生電子空穴對。光子能量大于帶隙的多余部分能量就會產(chǎn)生使所產(chǎn)生的電子空穴對處于高能態(tài)，后又通過釋放聲子（晶格振動）的方式回到能隙附近，即光子能量多余能隙的部分以釋放聲子能量的方式，這樣將使器件產(chǎn)生熱量，從而影響性能。采用多結(jié)結(jié)構(gòu)制造電池就是為了避免這樣的能帶內(nèi)的能量釋放（intraband energy relaxation）。 然而，多結(jié)電池解決不了載流子的能帶間的能量釋放（interband energy relaxation ）即載流子復(fù)合過程：有三種可能：光發(fā)射、聲子發(fā)射和俄歇（Auger）過程，俄歇過程是載流子之間的能量交換。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。而熱載流從理論上也是可以顯著提高太陽電池效率的途徑之一。,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,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(jī)械損傷、顆粒附著物等污染物，并形成絨面構(gòu)造; 擴(kuò)散制結(jié) 用橫向石英管或鏈?zhǔn)綌U(kuò)散爐,一般用p型硅片進(jìn)行磷擴(kuò)散形成n 型層; 減反射膜制備 用PECVD制作SiNx 減反膜 (PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 表面金屬化 采用絲網(wǎng)印刷,鍵式爐加熱燒結(jié) 檢測分級 根據(jù)電池效率，分級包裝,晶體硅太陽電池的制備工藝,硅片類型 多晶硅片為主 硅片厚度 180 - 150 - 120 m 電池效率 多晶 15-17%，單晶17-20% 生產(chǎn)規(guī)模 30 - 60 - 200 - 1000 MW,薄膜太陽電池的技術(shù)發(fā)展,太陽電池發(fā)展的基本問題 - 市場情況 硅材料90%以上 - 提高效率和降低成本 - 材料的選擇和工藝優(yōu)化 薄膜太陽電池的技術(shù)難點(diǎn) - 襯底材料 硅、陶瓷、玻璃、塑料 - 薄膜制備工藝 Sol-Gel, CVD, PVD 主要薄膜電池產(chǎn)品 - 非晶硅太陽電池 - 碲化鎘太陽電池 - 銅銦錫太陽電池,薄膜太陽電池的轉(zhuǎn)換效率,非晶硅太陽電池,非晶硅a-Si禁帶寬度為1.7eV, 通過摻B 或摻P可得到p型a-Si或n型a-Si; 非晶硅摻C, 可得到a-SiC, 禁帶寬度2.0 eV（寬帶隙）; 摻Ge,可得到a-SiGe禁帶寬度1.7-1.4eV （窄帶隙）; 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)105cm-1; 非晶硅太陽電池光譜響應(yīng)的峰值與太陽光譜的峰值接近； 由于非晶硅材料的本征吸收系數(shù)很大，1um厚度就能充分吸收太陽光， 厚度不足晶體硅的1/100，可明顯節(jié)省昂貴的半導(dǎo)體材料 S-W 效應(yīng)：非晶硅及其合金的光暗電導(dǎo)率隨光照時間加長而減少， 經(jīng)200度退火2小時可恢復(fù)原狀。這種現(xiàn)象首先由Stabler 和Wronski 發(fā)現(xiàn)。這是非晶硅材料結(jié)構(gòu)的一種光致亞穩(wěn)變化效應(yīng)，即光照是材料產(chǎn)生懸掛鍵等亞穩(wěn)缺陷,非晶硅太陽電池,非晶硅太陽電池,非晶硅太陽電池,非晶硅(短波)與單晶硅(長波)太陽電池光譜響應(yīng)曲線,銅銦錫太陽電池,銅銦錫太陽電池,安裝在北威爾士St Asaph 的Welsh Development Agency光學(xué)中心 由CIS 太陽電池組件組成的85 kW光伏電站,碲化鎘/鎘化硫太陽電池,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：CdTe是II-VI族化合物，閃鋅礦結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)a= 0.16477nm；CdS是II-VI族化合物，纖鋅礦結(jié)構(gòu) 光學(xué)性能：直接帶隙半導(dǎo)體材料，1.5eV,光譜響應(yīng)與太陽光譜非常吻合，1m厚度的薄膜可吸收99%所對應(yīng)的太陽光能量 ；CdS：直接帶隙半導(dǎo)體材料，2.42eV 電學(xué)性能：薄膜組分、結(jié)構(gòu)沉積條件、熱處理過程對薄膜的電阻和導(dǎo)電類型有很大影響 CdTe/CdS薄膜太陽電池參數(shù)的理論值： 開路電壓電壓Voc= 1.05mV；短路電流Jsc 30.8mA/cm2；填充因子FF=83.7%；轉(zhuǎn)換效率約27% 盡管和相差10%，但他們能形成電性能優(yōu)良的異質(zhì)結(jié),碲化鎘/鎘化硫太陽電池,薄膜太陽電池的機(jī)遇與發(fā)展,至今為止，薄膜電池未能達(dá)到所期望的發(fā)展 原因：效率、穩(wěn)定性、價格 硅電池長壽命，經(jīng)長時期應(yīng)用檢驗(yàn)，認(rèn)可度高 薄膜電池優(yōu)點(diǎn)： 薄膜化、大面積是太陽電池發(fā)展趨勢 低成本、柔性電池 發(fā)展機(jī)遇 多晶硅薄膜電池 有機(jī)材料太陽電池 - 印刷工藝,光伏與建筑結(jié)合的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢,光伏發(fā)電技術(shù)在城鄉(xiāng)推廣的主要途徑： 屋頂計劃、光伏建筑集成 太陽能屋頂計劃發(fā)起國： 德國 日本 美國,光伏與建筑結(jié)合的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢,德國“十萬屋頂”計劃 （一千、二萬屋頂） 德國太陽房或零能耗建筑，1983年一個農(nóng)村光伏建筑運(yùn)行至今，情況良好 十萬屋頂項(xiàng)目，跟蹤調(diào)研分析 政府機(jī)構(gòu)推進(jìn)發(fā)展 - 德國環(huán)境部 研究機(jī)構(gòu)強(qiáng)大、研究前沿與實(shí)用、與企業(yè)合作緊密、 產(chǎn)業(yè)配套齊全、創(chuàng)新能力強(qiáng) 政策有遠(yuǎn)見、到位、可操作性強(qiáng),德國光伏上網(wǎng)電價 -來源 Gestore dei Servizi Elettrici (GSE),PHOTON,關(guān)于光伏建筑結(jié)合或一體化,光伏建筑結(jié)合概念 - 光伏發(fā)電技術(shù)與建筑本身的結(jié)合 - 普通結(jié)合- 采用標(biāo)準(zhǔn)組件和附著式安裝方式 - 緊密結(jié)合- 采用光伏建筑構(gòu)件和鑲嵌式安裝方式 光伏建筑集成（或稱一體化）： 主要采用光伏建筑構(gòu)件和鑲嵌式安裝方式，是光伏技術(shù)與 建筑緊密結(jié)合形式，光伏電池作為建筑元素融入建筑本身,關(guān)于光伏建筑結(jié)合或一體化,光伏建筑組件： 雙玻璃疊層：根據(jù)透光要求，調(diào)節(jié)電池片之間間隔 中空玻璃：要考慮光線折射損失與散熱問題 光伏電池瓦片：電池可與陶瓷、金屬、聚合物等結(jié)合 光伏外墻瓷磚：通過真空層壓或硅酮膠粘接 光伏集成屋頂：可用標(biāo)準(zhǔn)組件，通過集成技術(shù)形成發(fā)電 屋頂結(jié)構(gòu),關(guān)于光伏建筑結(jié)合或一體化,評論文章來自Photon Das Solarstrom Magazin p84-93為什么光伏建筑集成發(fā)展困難？ 世界范圍內(nèi)而論，50塊組件中只有不到1塊用于光伏建筑集成（全球范圍只占05.%市場份額） 原因何在： 建筑師缺乏對光伏認(rèn)識； 缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)借鑒； 缺少合作氛圍； 缺乏相關(guān)的技術(shù)標(biāo)