太陽能電池種類、發(fā)展歷史及發(fā)展現(xiàn)狀

1、太陽能電池種類、發(fā)展歷史及發(fā)展現(xiàn)狀摘要摘要：太陽是一個(gè)巨大的能源，它以光輻射的形式每秒鐘向太空發(fā)射約3.810M焦耳的能量，有22億分之一投射到地球上。太陽光被大氣層反射、吸收之后，還有70%透射到地面。盡管如此，地球上一年中接受到的太陽能仍然高達(dá)1.810^18kWh。由于不可再生能源的減少和環(huán)境污染的雙重壓力，使得光伏產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展；太陽電池的發(fā)展也日新月異。本文綜述了太陽能電池的種類，發(fā)展歷程以及發(fā)展現(xiàn)狀。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：發(fā)展進(jìn)程、單

2、晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池、微晶硅太陽能電池、非晶硅薄膜太陽能電池、染料敏化層疊太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、納米晶化學(xué)太陽能電池、現(xiàn)狀引言引言：太陽能可以說是“取之不盡，用之不竭”的能源，與傳統(tǒng)礦物燃料相比，太陽能具有清潔和可再生等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。將太陽能轉(zhuǎn)換為電能是大規(guī)模利用太陽能的重要技術(shù)基礎(chǔ)，其轉(zhuǎn)換途徑有很多，有光熱電間接轉(zhuǎn)換和光電直接轉(zhuǎn)換，前者主要有太能能熱水器等，后者主要指太陽能電池。太陽能電池發(fā)展進(jìn)程太陽能電池發(fā)展

3、進(jìn)程第一代太陽能電池：包括單晶硅太陽電池和多晶硅太陽電池。從單晶硅太陽能電池發(fā)明開始到現(xiàn)在，盡管硅材料有各種問題，但仍然是目前太陽能電池的主要材料，其比例約占整個(gè)太陽電池產(chǎn)量的90％以上。我國北京市太陽能研究所從20世紀(jì)90年代起開始進(jìn)行高效電池研究，采用倒金字塔表面織構(gòu)化、發(fā)射區(qū)鈍化、背場等技術(shù)，使單晶硅太陽能電池的效率達(dá)到了19.8％。第二代太陽能電池：第二代太陽電池是基于薄膜材料的太陽電池。薄膜技術(shù)所需的材料較晶體硅太陽電池少得多

4、，且易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。薄膜電池主要有非晶硅薄膜電池、多晶硅薄膜電池、碲化鎘以及銅銦硒薄膜電池。我國南開大學(xué)于20世紀(jì)80年代末開始研究銅銦硒薄膜電池，目前在該研究領(lǐng)域處國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)地位。其制備的銅銦硒太陽電池的效率已經(jīng)超過12％。銅銦硒薄膜太陽電池的試生產(chǎn)線亦已建成。我國在染料敏化納米薄膜太陽電池的科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)化研究上都與世界研究水平相接近。在染料敏化劑、納米薄膜修飾和電池光電效率上都取得與世界相接近的科研水平，在該領(lǐng)域其有一

5、定的影響。第三代太陽能電池：第三代太陽電池必須具有以下條件：薄膜化，轉(zhuǎn)換效率高，原料豐富且無毒。目前第三代太陽電池還在進(jìn)行概念和簡單的試驗(yàn)研究。已經(jīng)提出的第三代太陽電池主要有疊層太陽電池、多帶隙太陽電等。雖然太陽能電池材料的研究已到了第三個(gè)階段，但是在工藝技術(shù)的成熟程度和制造成本上，都不能和常規(guī)的硅太陽能電池相提并論。硅太陽能電池的制造成本經(jīng)過幾十年的努力終于有了大幅度的降低，但是與常規(guī)能源相比，仍然比較昂貴，這又限制了它的進(jìn)一步大規(guī)模

6、應(yīng)用。鑒于此點(diǎn)，開發(fā)低成本，高效率的太陽能電池材料仍然有很長的路要走[3]。1、單晶硅太陽能電池、單晶硅太陽能電池單晶硅太陽能電池是以高純的單晶硅棒為原料的太陽能電池，是當(dāng)前開發(fā)得最快的一種太陽能電池。它的構(gòu)造和生產(chǎn)工藝已定型，產(chǎn)品已廣泛用于空間和地面。為了降低生產(chǎn)成本，地面應(yīng)用的太陽能電池等采用太陽能級(jí)的單晶硅棒，材料性能指標(biāo)有所放寬。有的也可使用半導(dǎo)體器件加工的頭尾料和廢次單晶硅材料，經(jīng)過復(fù)拉制成太陽能電池專用的單晶硅棒。將單晶硅棒

7、切成片一般片厚約0.3毫米。硅片經(jīng)過拋磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。加工太陽能電池片，首先要在硅片上摻雜和擴(kuò)散，一般摻雜物為微量的硼、磷、銻等。擴(kuò)散是在石英管制成的高溫?cái)U(kuò)散爐中進(jìn)行。這樣就硅片上3微晶硅太陽能電池微晶硅太陽能電池微晶硅太陽能電池是由介于非晶硅和單晶硅之間的一種混合相無序半導(dǎo)體材料組成的。微晶硅太陽能電池的優(yōu)勢：1、具有低成本優(yōu)勢2、具有較高的電導(dǎo)率、高的吸收系數(shù)和無明顯光致衰減現(xiàn)象3、具有易實(shí)現(xiàn)大面積制備、集成化

8、等優(yōu)點(diǎn)。4、在對(duì)太陽光譜不同波段的有效光電轉(zhuǎn)換方面與非晶硅薄膜電池可形成很好的互補(bǔ)。目前，要生產(chǎn)出高效率、低成本柯進(jìn)入市場投入商業(yè)化應(yīng)用的優(yōu)質(zhì)微晶硅太陽能電池，其制備技術(shù)還有待進(jìn)一步完善。4非晶硅薄膜太陽能電池：非晶硅薄膜太陽能電池：非晶硅薄膜太陽能電池是一種以非晶硅化合物為基本組成的薄膜太陽能電池。非晶硅薄膜太陽能電池具有如下特點(diǎn)：(1)非晶硅具有較高的光吸收系數(shù)。特別是在0.3～0.75μm的可見光波段，它的吸收系數(shù)比單晶硅要高出一

9、個(gè)數(shù)量級(jí)。因而它比單晶硅對(duì)太陽輻射的吸收效率要高40倍左右，用很薄的非晶硅膜(約1μm厚)就能吸收90%有用的太陽能。這是非晶硅材料最重要的特點(diǎn)，也是它能夠成為低價(jià)格太陽能電池的最主要因素；(2)非晶硅的禁帶寬度比單晶硅大，隨制備條件的不同約在1.5～2.0eV的范圍內(nèi)變化，這樣制成的非晶硅太陽能電池的開路電壓高；(3)制備非晶硅的工藝和設(shè)備簡單，淀積溫度低，時(shí)間短，適于大批生產(chǎn)；(4)由于非晶硅沒有晶體所要求的周期性原子排列，可以不考

10、慮制備晶體所必須考慮的材料與襯底間的晶格失配問題。因而它幾乎可以淀積在任何襯底上，包括廉價(jià)的玻璃襯底，并且易于實(shí)現(xiàn)大面積化；(5)制備非晶硅太陽能電池能耗少，約100kWh，能耗的回收年數(shù)比單晶硅電池短得多。非晶硅電池生產(chǎn)工藝簡單且溫度低、耗能小，其市場份額逐年提高。目前，一半以上薄膜太陽能電池公司采用非晶硅薄膜技術(shù)，預(yù)計(jì)幾年內(nèi)，非晶硅薄膜在未來薄膜太陽能電池中將占據(jù)主要份額，但光電轉(zhuǎn)換效率低和光致衰退效應(yīng)是當(dāng)前非晶硅薄膜電池存在的兩大

11、主要問題，為提高效率和穩(wěn)定性人們?cè)谛缕骷Y(jié)構(gòu)，新材料、新工藝和新技術(shù)等方面需要加強(qiáng)探索5、染料敏化層疊太陽能電池、染料敏化層疊太陽能電池染料敏化疊層太陽能電池由兩個(gè)光電池組成，前面的電池吸收太陽光中的高能紫外和藍(lán)光，利用納米晶金屬氧化物薄膜來產(chǎn)生電子空穴對(duì)。波長在綠光到紅光之間的光被Grtzel敏化二氧化鈦電池吸收，這兩個(gè)電池連接起來提供電壓。染料敏化太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率主要與敏化劑吸收太陽光譜的能力有關(guān)，為了提高光譜效應(yīng)，在電池的