太陽能電池(鮮活版)

1、先進(jìn)太陽能電池材料先進(jìn)太陽能電池材料組員：組員：許家祥許家祥 徐建平徐建平 王展王展 項(xiàng)肖輝項(xiàng)肖輝 向日葵問題向日葵問題 其實(shí)我一直有個(gè)疑問，就是說向日葵跟著太其實(shí)我一直有個(gè)疑問，就是說向日葵跟著太陽轉(zhuǎn)，隨著太陽東升西落，為什么第二天又陽轉(zhuǎn)，隨著太陽東升西落，為什么第二天又面向東了？面向東了？ 一個(gè)猛甩頭？一個(gè)猛甩頭？ 向日葵向日葵太陽能高效利用的一個(gè)典型太陽能高效利用的一個(gè)典型 首先明確：1、太陽能電池是能源材料而不是儲(chǔ)能材料。2、電池主要承載的是能量的傳遞，太陽能電池承載的是產(chǎn)生能源。太陽能電池太陽能電池其其6%2%17%75%其其煤煤石油石油天然氣天然氣其他其他中國中國10%24%40%

2、26%石石油油煤煤天然氣天然氣其他其他世界世界中國和世界的能源結(jié)構(gòu)中國和世界的能源結(jié)構(gòu)太陽能電池發(fā)展背景太陽能電池發(fā)展背景 能源枯竭能源枯竭 石油：石油：4242年，天然氣：年，天然氣：6767年，煤：年，煤：200200年年 。環(huán)境污染環(huán)境污染 每年排放的二氧化碳達(dá)每年排放的二氧化碳達(dá)210210萬噸，并呈上升趨勢(shì)，造成萬噸，并呈上升趨勢(shì)，造成 全球氣候變暖；空氣中大量二氧化碳，粉塵含量己嚴(yán)重全球氣候變暖；空氣中大量二氧化碳，粉塵含量己嚴(yán)重 影響人們的身體健康和人類賴以生存的自然環(huán)境。影響人們的身體健康和人類賴以生存的自然環(huán)境。 中華人民共和國中華人民共和國 國家發(fā)展和改革委員會(huì)國家發(fā)展和改

3、革委員會(huì) 中國新能源與可再生能源發(fā)展規(guī)劃中國新能源與可再生能源發(fā)展規(guī)劃19991999白皮書白皮書 中華人民共和國中華人民共和國 國家發(fā)展和改革委員會(huì)國家發(fā)展和改革委員會(huì) 中國新能源與可再生能源發(fā)展規(guī)劃中國新能源與可再生能源發(fā)展規(guī)劃19991999白皮書白皮書 CxHy + O2 H2O + CO2 + SO2 + NOx 太陽能電池發(fā)展背景太陽能電池發(fā)展背景 上邪！我欲與君相上邪！我欲與君相知，長命無絕衰。知，長命無絕衰。山無陵，江水為竭，山無陵，江水為竭，冬雷震震，夏雨雪，冬雷震震，夏雨雪，天地合，乃敢與君天地合，乃敢與君絕！絕！社會(huì)矛盾是社會(huì)發(fā)展的社會(huì)矛盾是社會(huì)發(fā)展的根本動(dòng)力。根本動(dòng)力。

4、 資源豐富資源豐富 4040分鐘照射地球輻射的能量分鐘照射地球輻射的能量全球人類一年的能量需求全球人類一年的能量需求太陽能電池發(fā)展背景太陽能電池發(fā)展背景 潔凈能源潔凈能源與與 石石 油、煤炭等礦物燃料不同，不會(huì)導(dǎo)致油、煤炭等礦物燃料不同，不會(huì)導(dǎo)致“溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)”，也不會(huì)造成環(huán)境污染也不會(huì)造成環(huán)境污染 使用方便使用方便同水能、風(fēng)能等新能源相比，不受地域的限制，利用同水能、風(fēng)能等新能源相比，不受地域的限制，利用成本低。成本低。太陽能的優(yōu)點(diǎn)太陽能的優(yōu)點(diǎn)太陽能電池是由電性質(zhì)不太陽能電池是由電性質(zhì)不同的同的n n型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和p p型半導(dǎo)型半導(dǎo)體連接合成，一邊是體連接合成，一邊是p p區(qū)區(qū),一

5、邊是一邊是 n 區(qū)，在兩個(gè)相互區(qū)，在兩個(gè)相互接觸的界面附近形成一個(gè)接觸的界面附近形成一個(gè)結(jié)叫結(jié)叫p - n結(jié)，結(jié)區(qū)內(nèi)形成結(jié)，結(jié)區(qū)內(nèi)形成內(nèi)建電場(chǎng)，成為電荷運(yùn)動(dòng)內(nèi)建電場(chǎng)，成為電荷運(yùn)動(dòng)的勢(shì)壘。的勢(shì)壘。太陽能電池基本原理太陽能電池基本原理 當(dāng)太陽光入射到太陽電池表面上后當(dāng)太陽光入射到太陽電池表面上后, ,所吸收得能量大于禁帶所吸收得能量大于禁帶寬度，在寬度，在p-np-n結(jié)中產(chǎn)生電子結(jié)中產(chǎn)生電子- -空穴對(duì)，在空穴對(duì)，在p-np-n結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)作用下，結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)作用下，空穴向空穴向p p區(qū)移動(dòng)，電子向區(qū)移動(dòng)，電子向n n區(qū)移動(dòng)，從而在區(qū)移動(dòng)，從而在p p區(qū)形成空穴積累，在區(qū)形成空穴積累，在n n區(qū)形成電

6、子積累。若電路閉合，形成電流。區(qū)形成電子積累。若電路閉合，形成電流。太陽能電池基本原理太陽能電池基本原理p 1893年年 法國科學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)法國科學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)“光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)”，即，即“光光伏效應(yīng)伏效應(yīng)”。p 1930年年 肖特基提出肖特基提出Cu2O勢(shì)壘的勢(shì)壘的“光伏效應(yīng)光伏效應(yīng)”理論。同年，理論。同年，朗格首次提出用朗格首次提出用“光伏效應(yīng)光伏效應(yīng)”制造制造“太陽電池太陽電池”，使太陽能變，使太陽能變成電能。成電能。 p 1941年年 奧爾在硅上發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng)。奧爾在硅上發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng)。 p 1954年年 恰賓和皮爾松在美國貝爾實(shí)驗(yàn)室，首次制成了實(shí)用的恰賓和皮爾松在美國貝爾實(shí)

7、驗(yàn)室，首次制成了實(shí)用的單晶太陽能電池，效率為單晶太陽能電池，效率為6%。 同年，韋克爾首次發(fā)現(xiàn)了砷化同年，韋克爾首次發(fā)現(xiàn)了砷化鎵有光伏效應(yīng)，并在玻璃上沉積硫化鎘薄膜，制成了第一塊薄鎵有光伏效應(yīng)，并在玻璃上沉積硫化鎘薄膜，制成了第一塊薄膜太陽能電池。膜太陽能電池。太陽能電池發(fā)展歷史太陽能電池發(fā)展歷史 1958年年 太陽能電池首次在空間應(yīng)用，裝備美國先鋒太陽能電池首次在空間應(yīng)用，裝備美國先鋒1號(hào)衛(wèi)號(hào)衛(wèi)星電源。星電源。 1959年年 第一個(gè)多晶硅太陽能電池問世，效率達(dá)第一個(gè)多晶硅太陽能電池問世，效率達(dá)5%。 1975年年 非晶硅太陽能電池問世。非晶硅太陽能電池問世。 1980年年 單晶硅太陽能電池效

8、率達(dá)單晶硅太陽能電池效率達(dá)20%，砷化鎵電池達(dá)，砷化鎵電池達(dá)22.5%，多晶硅電池達(dá)，多晶硅電池達(dá)14.5%，硫化鎘電池達(dá)，硫化鎘電池達(dá)9.15%。 1998年年 單晶硅光伏電池效率達(dá)單晶硅光伏電池效率達(dá)25%。荷蘭政府提出。荷蘭政府提出“荷荷蘭百萬個(gè)太陽光伏屋頂計(jì)劃蘭百萬個(gè)太陽光伏屋頂計(jì)劃”，到，到2020年完成。年完成。太陽能電池發(fā)展歷史太陽能電池發(fā)展歷史建筑設(shè)施航天航空交通設(shè)施家電方面太陽能車通信方面領(lǐng)域太陽能電池應(yīng)用太陽能電池應(yīng)用 性質(zhì)決定用途性質(zhì)決定用途1、能量轉(zhuǎn)化形式是：光能轉(zhuǎn)化、能量轉(zhuǎn)化形式是：光能轉(zhuǎn)化為太陽能為太陽能2、轉(zhuǎn)化的能量跟轉(zhuǎn)化率和受光面積、轉(zhuǎn)化的能量跟轉(zhuǎn)化率和受光面積

9、成正比成正比3、一般來說不能儲(chǔ)能，需要和蓄電、一般來說不能儲(chǔ)能，需要和蓄電池配合使用。池配合使用。太陽能電池的應(yīng)用太陽能電池的應(yīng)用（10KW光伏發(fā)電組）光伏發(fā)電組）建建筑筑設(shè)設(shè)施施太陽能屋頂發(fā)電裝置太陽能屋頂發(fā)電裝置太陽能電池的應(yīng)用太陽能電池的應(yīng)用太陽能與民用建筑的結(jié)合太陽能與民用建筑的結(jié)合太陽能電池的應(yīng)用太陽能電池的應(yīng)用太陽能與風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)太陽能與風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)太陽能電池的應(yīng)用太陽能電池的應(yīng)用太陽能車站太陽能車站太陽能電池的應(yīng)用太陽能電池的應(yīng)用太陽能在沙漠地區(qū)的運(yùn)用太陽能在沙漠地區(qū)的運(yùn)用太陽能電池的應(yīng)用太陽能電池的應(yīng)用太陽能電池的應(yīng)用太陽能電池的應(yīng)用交通設(shè)施交通設(shè)施 交通交通/ /鐵路信號(hào)燈鐵

10、路信號(hào)燈 交通警示交通警示/ /標(biāo)志燈標(biāo)志燈 高空障礙燈高空障礙燈太陽能電池的應(yīng)用太陽能電池的應(yīng)用航空航天航空航天衛(wèi)星供電電池衛(wèi)星供電電池航天飛機(jī)供電航天飛機(jī)供電探測(cè)器電池探測(cè)器電池太陽能電池的應(yīng)用太陽能電池的應(yīng)用太陽能電池太陽能電池硅太陽能電池硅太陽能電池 單晶化合物太陽能電池單晶化合物太陽能電池 多晶化合物太陽能電池多晶化合物太陽能電池 非晶硅太陽能電池非晶硅太陽能電池 結(jié)晶系太陽能電池結(jié)晶系太陽能電池單晶硅太陽能電池單晶硅太陽能電池 多晶硅太陽能電池多晶硅太陽能電池 無機(jī)化合物太陽能電池?zé)o機(jī)化合物太陽能電池 有機(jī)化合物太陽能電池有機(jī)化合物太陽能電池 太陽能電池的分類太陽能電池的分類（按基

11、體材料分（按基體材料分 ）p第一代：單晶硅和多晶硅兩種第一代：單晶硅和多晶硅兩種p單晶硅電池轉(zhuǎn)換效率最高，但生產(chǎn)成本高。單晶硅電池轉(zhuǎn)換效率最高，但生產(chǎn)成本高。p第二代：薄膜太陽能電池第二代：薄膜太陽能電池p基于薄膜技術(shù)基礎(chǔ)之上，主要采用非晶硅及氧化物等基于薄膜技術(shù)基礎(chǔ)之上，主要采用非晶硅及氧化物等為材料。效率比第一代低，但生產(chǎn)成本最低。為材料。效率比第一代低，但生產(chǎn)成本最低。p第三代：化合物薄膜太陽能電池（銅銦硒第三代：化合物薄膜太陽能電池（銅銦硒（CIS）等及薄膜）等及薄膜Si系太陽能電池。系太陽能電池。p轉(zhuǎn)化效率高，低成本，存在潛在龐大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。轉(zhuǎn)化效率高，低成本，存在潛在龐大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)

12、。太陽能電池的分類太陽能電池的分類硅太陽能電池硅太陽能電池（按基體材料分（按基體材料分 ）p單晶硅太陽能電池單晶硅太陽能電池 (Single Crystaline-Si) 單晶硅太陽能電池制造工程由單晶硅太陽能電池制造工程由電池片工程和模板工程組成。電池片工程和模板工程組成。p電池片工程大致可分為如下電池片工程大致可分為如下三部分：三部分： 從原材料制造單晶硅棒。從原材料制造單晶硅棒。 將單晶硅棒切斷，加工成半圓將單晶硅棒切斷，加工成半圓片狀。片狀。 形成形成pn結(jié)、加入電極，制成電結(jié)、加入電極，制成電池片。池片。(2)多晶硅太陽能電池多晶硅太陽能電池(Polycrystaline-Si) 在

13、制作多晶硅太陽能電池時(shí)，作為在制作多晶硅太陽能電池時(shí)，作為原料的高純硅不是拉成單晶，而是熔化原料的高純硅不是拉成單晶，而是熔化后澆鑄成正方形的硅錠，然后使用切割后澆鑄成正方形的硅錠，然后使用切割機(jī)切成薄片，再加工成電池。機(jī)切成薄片，再加工成電池。 多晶硅薄膜是由許多大小不等和具多晶硅薄膜是由許多大小不等和具有不同晶面取向的小晶粒構(gòu)成的。其晶有不同晶面取向的小晶粒構(gòu)成的。其晶粒尺寸一般約在幾十至幾百粒尺寸一般約在幾十至幾百nm級(jí)，大級(jí)，大顆粒尺寸可達(dá)顆粒尺寸可達(dá)m級(jí)。級(jí)。 多晶硅太陽能電池多晶硅太陽能電池 (3)非晶硅太陽能電池非晶硅太陽能電池(Amorphous-Si) 非晶硅非晶硅(又稱又稱

14、 -Si)太陽能電池一般太陽能電池一般是用是用高頻輝光放電高頻輝光放電等方法使硅烷等方法使硅烷(SiH4)氣體分解沉積而成的。非晶硅的禁帶氣體分解沉積而成的。非晶硅的禁帶寬度為寬度為1.7eV，通過摻硼或摻磷可得到，通過摻硼或摻磷可得到P型型 -Si或或N型型 -Si。 非晶硅中由于原子排列缺少結(jié)晶非晶硅中由于原子排列缺少結(jié)晶硅中的規(guī)則性，缺陷多，因此單純的硅中的規(guī)則性，缺陷多，因此單純的非晶硅非晶硅P-N結(jié)中，隧道電流往往占主結(jié)中，隧道電流往往占主導(dǎo)地位，使其呈現(xiàn)無整流特性，不能導(dǎo)地位，使其呈現(xiàn)無整流特性，不能制作太陽能電池。制作太陽能電池。非晶硅太陽能電池非晶硅太陽能電池科技前沿 一般大家

15、對(duì)于太陽能電池的認(rèn)識(shí)： 不能儲(chǔ)能厚重的板板，所以具有不好移動(dòng)等等缺點(diǎn) 黑色的 有太陽才能發(fā)電 轉(zhuǎn)化率20%上下 轉(zhuǎn)化率極限在24%左右 只能轉(zhuǎn)化光能為電能。 。等等。社會(huì)需求決定生產(chǎn)力社會(huì)需求決定生產(chǎn)力發(fā)展方式；實(shí)踐的需發(fā)展方式；實(shí)踐的需要推動(dòng)者認(rèn)識(shí)的發(fā)展要推動(dòng)者認(rèn)識(shí)的發(fā)展。變革太陽能儲(chǔ)能技術(shù) 儲(chǔ)能太陽能電池彩色太陽能電池雨天發(fā)電電池 表面涂覆石墨烯 下雨天能發(fā)電柔性太陽能電池 打破了太陽能電池是快硬硬的板板的認(rèn)知。 MIT造出一種極輕的太陽能電池，可以放在肥皂泡上。 混合太陽能電池，可以把熱也轉(zhuǎn)化為電能。 新型材料能通過回收太陽能光子提升太陽能效率到29.8%左右 納米級(jí)的太陽能電池能把轉(zhuǎn)化率提升到46%左右?？茖W(xué)是一種在歷史上起科學(xué)是一種在歷史上起推動(dòng)作用的革命力量。推動(dòng)作用的革命力量。 太陽能電池因?yàn)轶w積和能量的矛盾，不能方便的大規(guī)模應(yīng)用在移動(dòng)設(shè)備上， 或許換個(gè)角度或者若干年后的技術(shù)迭代就能解決 期待奮戰(zhàn)在科學(xué)第一線的開拓者們帶來新的驚喜。展望展望梵高說：每個(gè)人的心里都有一團(tuán)火，路過的人只看到煙。 但是總有一個(gè)人，總有那么一個(gè)人能看到這團(tuán)火