04-莫哲童-太陽能電池的發(fā)展之路

可再生能源高效轉(zhuǎn)化與利用 新生研討課 001-（ 2008 主講教師：王如竹教授 2008年 12月 17日 超越無極限 太陽能電池的發(fā)展之路 莫哲童 指導(dǎo)老師：王如竹教授 內(nèi)容大綱 本世紀中葉前能源結(jié)構(gòu) 將發(fā)生根本性變革 能源變革及可再生能源替代化石燃料的必然性 廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風能，化學能，水的勢能等等。狹義的太陽能則限于太陽輻射能的光熱、光電和光化學的直接轉(zhuǎn)換。 是可再生能源。它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環(huán)境無任何污染。為人類創(chuàng)造了一種新的生活形態(tài)，使人類進入一個節(jié)約能源少污染的時代。 能、海洋溫差能、波浪能和生物質(zhì)能以及部分潮汐能都是來源于太陽；即使是地球上的化石燃料從根本上說也是遠古貯存下來的太陽能。 這個過程的的實質(zhì)是：光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。 當光線照射太陽電池表面時，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在 外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。 中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告（ 2006 2007） 2008。 4 傳統(tǒng)硅電池的缺點 用于完成光電轉(zhuǎn)化的硅光電池成本太高、轉(zhuǎn)化效率低、使用壽命短； 用于儲存電能的蓄電池成本高、使用壽命有限、造成環(huán)境污染。 。 美、日和歐等國家，都相繼開展了高效硅太陽電池的研究。其中，以發(fā)展背表面場（ 背表面反射器（ 雙層減反射膜技術(shù)為第一代高效硅太陽電池，這種類型的電池典型效率最高可以做到 15%左右，目前在軌的許多衛(wèi)星應(yīng)用的是這種類型的電池。 到了 70年代中期， 電池效率進一步提高）。但這種電池的應(yīng)用仍然受到限制 80年代中期，為解決這些問題，高效電池的制作引入了電子器件制作的一些工藝手段 倒金子塔絨面 激光刻槽埋柵 選擇性發(fā)射結(jié) 特別在解決了諸如采用帶通濾波器消除溫升效應(yīng)以后，這類電池的應(yīng)用成了空間電源的主角。 為了進一步降低電池背面復(fù)合影響，背面結(jié)構(gòu)則采用背面鈍化后開孔形成點接觸，即局部背場。 到了上世紀 90年代中期，空間電源工程人員發(fā)現(xiàn)，雖然這種類型電池的初期效率比較高，但電池的末期效率比初期效率下降 25%左右，限制了電池的進一步應(yīng)用，空間電源的成本仍然不能很好地降低。 科學總是在一個接一個難題中發(fā)展的 為了改變這種情況，以 種電池的出現(xiàn)有效地提高了電池的末期效率，并在 俄羅斯在研究高效硅電池初期就側(cè)重于提高電池的末期效率為主，在結(jié)合電池陣研究方面提出了雙面電池的構(gòu)想并獲得了成功，真正做到了高效長壽命和低成本。 但非常遺憾的是，由于成本高等一系列原因，硅太陽能電池仍然不能廣泛用于發(fā)電，更不用說替代如今的常規(guī)能源，人們的設(shè)想還是需要等待 閃 2001 所以，新型太陽能電池應(yīng)運而生，其中薄膜電池最具潛力 開發(fā)研究廉價、高效、穩(wěn)定的 硒銦銅 薄膜太陽電池 研究機構(gòu) 面積 【 開路電壓 【 V】 轉(zhuǎn)換率 【 %】 小面積單體電池 池組件 830 100 1）成本低 （ 2）先電轉(zhuǎn)換效率高 （ 3）性能穩(wěn)定 （ 4）抗輻射能力強 襯底使用玻璃或其它廉價材料，薄膜厚度僅為 2用大面積連續(xù)化制造成膜工藝，生產(chǎn)量為 1 5 ，能量償還時間在一年之內(nèi)，比晶體硅電池的 45年大大地縮短了時間 最近美國國家可再生能源實驗室（ 制的 8 8%，已接近多晶硅太陽電池最好水平；西門子公司（ 造的大面積組件（ 3850率為 11 2（輸出 43 1是薄膜太陽電池的最高記錄 電池不存在光致衰退問題早已被證實。西門子公司制備的 年其原有性能沒有任何衰減 美國 子等輻照試驗，溫度交變試驗，振動、加速試驗等，經(jīng)過地面考核試驗的同類電池裝在 但證明抗輻照性能好，而且穩(wěn)定性也好，很有希望作為下一代空間電源的后選者。 收層 池性能對材料結(jié)構(gòu)缺陷過于敏感，致使 并網(wǎng)發(fā)電單晶硅 ,硒銦銅系薄膜 ,選擇磁控濺射法更適合于工業(yè)化生產(chǎn)。 （ 1）根據(jù)濺射速率和時間的控制，可以比較可靠地調(diào)節(jié)各元素的化學配比，有利于提高重復(fù)性。 （ 2）薄膜的致密性高，附著力是蒸發(fā)膜的數(shù)倍。 （ 3）提高原材料的利用率，不需要沉積薄膜的地方加以屏蔽，減少對真空室的污染。 （ 4）由于濺射沉積的薄膜均勻度較好，因而有益于制造大面積 （ 5）濺射靶材可連續(xù)使用較長時間，原料不用經(jīng)常增添，生產(chǎn)效率較高。 （ 6）大面積磁控濺射成膜技術(shù)國內(nèi)比較 成熟，將來成果向工業(yè)界轉(zhuǎn)移技術(shù)風險小。 可是目前此技術(shù)還未成熟， 技術(shù)條件還不過關(guān)， 接下來的事需要我們?nèi)ネ瓿?主要參考資料 百度知道 太陽能電池