太阳能电池研究进展新

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太阳能电池技术的现状与进展

太阳能电池技术的现状与进展

太阳能电池技术的现状与进展随着环保意识的不断加强,太阳能电池作为一种绿色能源朝着更加普及和成熟的方向发展。

太阳能电池作为一种利用太阳光能转换成电能的设备,利用了太阳能源的本质,具有非常大的应用前景。

但目前太阳能电池技术也面临着一些瓶颈,比如转换效率低、生产成本高等问题。

本文将从太阳能电池技术的现状与进展两个方面进行介绍。

太阳能电池技术的现状目前应用最广泛的三种太阳能电池是:硅晶太阳能电池、薄膜太阳能电池和钙钛矿太阳能电池。

其中硅晶太阳能电池是占据市场主导地位的,其转化效率可以达到20%以上,但由于制作成本较高,价格也较昂贵。

而薄膜太阳能电池和钙钛矿太阳能电池是相对较新、成本较低的太阳能电池技术,但在转化效率方面还不如硅晶太阳能电池。

这三种太阳能电池各有优缺点,目前市场上多以硅晶太阳能电池为主,但随着钙钛矿太阳能电池技术的不断发展,未来或许会有所改变。

此外,随着太阳能技术进一步普及,一些企业也在太阳能电池领域进行探索,开发出了太阳能光伏发电、太阳能高效储能系统等新技术,使得太阳能电池应用范围更加广泛,成为了一种可以替代传统能源的绿色能源。

太阳能电池技术的进展随着科学技术的不断发展,太阳能电池技术也在不断进步和改进。

在硅晶太阳能电池领域,科学家们不断钻研新的制造工艺和材料,提高太阳能电池的转化效率和减少生产成本。

例如利用纳米结构和多晶硅技术等,可以大幅提高太阳能电池的效率,同时降低生产成本。

此外,一些科学家还在研究太阳能电池领域的新材料,例如有机光伏材料和钙钛矿材料等,这些新材料可以使得太阳能电池更加轻薄、柔性、成本更低。

在钙钛矿太阳能电池领域,近年来这种新型太阳能电池技术备受关注,其具有高转化效率、制造成本低、可以适应不同类型的光源等优点,因此这种技术被认为是太阳能电池技术研究领域的一个重要方向。

近年来钙钛矿太阳能电池的研究成果也颇为突出,其转化效率已经超过了20%,并且在应用领域也有了广泛的展示。

钙钛矿太阳能电池研究进展

钙钛矿太阳能电池研究进展

钙钛矿太阳能电池研究进展一、本文概述随着全球对可再生能源需求的日益增长,钙钛矿太阳能电池作为一种新兴的光伏技术,近年来受到了广泛关注。

钙钛矿材料因其独特的光电性质和可调带隙结构,在太阳能电池领域展现出了巨大的应用潜力。

本文旨在全面综述钙钛矿太阳能电池的研究进展,从材料设计、电池结构、制备工艺到性能优化等方面进行深入探讨。

我们将首先回顾钙钛矿太阳能电池的发展历程,然后重点介绍其基本原理、关键材料和最新研究成果。

本文还将讨论钙钛矿太阳能电池当前面临的挑战,如稳定性、可重复性和大面积制备等问题,并展望未来的发展方向。

通过本文的综述,我们期望能为读者提供一个全面而深入的了解钙钛矿太阳能电池的研究进展和前景的视角。

二、钙钛矿太阳能电池的发展历程钙钛矿太阳能电池的发展历程可以追溯到21世纪初。

在2009年,日本科学家Miyasaka首次将钙钛矿材料应用于染料敏化太阳能电池中,实现了约8%的光电转换效率,这一开创性的研究为钙钛矿太阳能电池的发展奠定了基础。

然而,初期的钙钛矿太阳能电池效率较低,稳定性差,难以应用于实际生产中。

随后,科研人员通过不断改进材料组成、优化电池结构、提高制备工艺等方法,逐步提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性。

2012年,韩国科学家Park和Grätzel等人成功制备出了光电转换效率超过9%的钙钛矿太阳能电池,这一突破性的成果引起了全球科研人员的广泛关注。

进入21世纪10年代后期,钙钛矿太阳能电池的研究进入了快速发展阶段。

科研人员通过深入研究钙钛矿材料的物理化学性质、界面工程、载流子传输机制等方面,不断优化电池性能。

随着制备技术的不断进步,钙钛矿太阳能电池的尺寸逐渐增大,从最初的微米级发展到厘米级,甚至更大面积的柔性电池,使得钙钛矿太阳能电池在商业化应用中展现出巨大的潜力。

目前,钙钛矿太阳能电池的最高光电转换效率已经超过25%,并且在大面积模块制备、稳定性提升等方面也取得了显著进展。

有机太阳能电池的研究进展

有机太阳能电池的研究进展

有机太阳能电池的研究进展太阳能作为一种可再生的清洁能源,一直被广泛研究与应用。

传统的硅基太阳能电池在效率和成本等方面存在着一些限制,而有机太阳能电池作为一种新兴的太阳能转换技术,正逐渐引起人们的关注和研究。

有机太阳能电池采用有机材料作为光吸收层和电子传输层,能够将太阳光转化为电能,并具有低成本、柔性和可打印性等优势。

近年来,各国科学家们在有机太阳能电池领域取得了一系列突破性的研究进展。

首先,有机太阳能电池的效率不断提高。

2019年,美国国家可再生能源实验室(NREL)与华盛顿大学合作,在全新的有机太阳能电池体系中实现了高达17.3%的电能转换效率。

与此同时,许多新型的有机材料也不断被发现,如聚合物、小分子有机化合物和混合有机物等,这些新材料更具有光电转换效率高和稳定性好的特点,为有机太阳能电池的进一步提升提供了新的可能。

其次,有机太阳能电池的稳定性得到了显著改善。

有机材料本身的稳定性相对较差,容易受到氧化、光照和湿度等环境因素的影响。

为了提高有机太阳能电池的稳定性,科学家们进行了大量的研究工作。

他们通过改良有机材料的结构、加入稳定剂和光稳定剂等方法,使得有机太阳能电池的使用寿命得到了显著延长。

例如,研究人员在电池的前后电极之间加入了抗氧化剂,有效减少了电池的降解速度,使其在长时间使用中仍然能够保持较高的转换效率。

第三,有机太阳能电池的成本不断下降。

相比于传统的硅基太阳能电池,有机太阳能电池在生产工艺上更加简单,且使用的材料成本更低。

此外,由于有机太阳能电池具有柔性和可打印性的特点,可以在柔性基底上制备,因此降低了制造成本。

近年来,有机太阳能电池的制造工艺也取得了一系列的改进,如一步法浸渍法和喷墨打印法等,这些新的制备工艺使得有机太阳能电池的制造成本进一步降低。

最后,有机太阳能电池在应用领域也获得了广泛的关注。

由于其可弯曲性和可透明性,有机太阳能电池可以应用于建筑物的外墙、车辆的外壳和电子产品的外壳等领域,实现能源的自给自足。

染料敏化太阳能电池的研究进展及发展趋势

染料敏化太阳能电池的研究进展及发展趋势

染料敏化太阳能电池的研究进展及发展趋势染料敏化太阳能电池(DSSC)是一种新型的太阳能电池,其性能不仅可以与传统的硅太阳能电池相媲美,而且具有制造成本低、工艺简单、颜色可控等优点,在可再生能源领域具有广泛的应用前景。

该文将从DSSC的基本原理、研究进展及发展趋势三个方面进行分析。

一、DSSC的基本原理DSSC是一种基于电荷转移机制的太阳能电池,其组成由导电玻璃/氧化物电极、染料敏化剂、电解质以及对电子收集和传输的层等组件构成。

当太阳光照射到电极上的染料敏化剂时,其分子吸收太阳光能并将其转化成电能,产生电子-空穴对。

电解质负责将产生的电子传递到导电玻璃/氧化物电极上,从而实现电荷的分离和传输。

对电子收集和传输的层则负责将电子从导电玻璃/氧化物电极转移到电池外部,实现电能的输出。

二、DSSC的研究进展近年来,DSSC研究领域一直处于快速发展阶段,涉及到染料敏化剂、电解质、对电子收集和传输的层等方面的研究。

其中,染料敏化剂的设计和合成是DSSC研究中的关键问题之一。

早期的染料敏化剂是基于天然染料的,但其吸光光谱窄、稳定性较差等问题限制了其应用。

近年来,人们借鉴复杂有机分子或金属有机框架材料等方法,逐渐开发出吸光光谱宽、光稳定性好的新型染料敏化剂,如卟吩骨架材料、钴金属染料等。

另外,电解质的研究也取得了长足的进展。

传统的电解质为液态电解质,但其稳定性较差、易挥发等问题限制其应用。

因此,人们逐渐开发出了固态电解质、有机-无机混合电解质等替代电解质,并取得了良好的效果。

三、DSSC的发展趋势未来,DSSC的研究方向将主要集中在提高其效能和稳定性以及降低制造成本等方面。

首先,提高效能将是DSSC研究的主要方向之一。

研究人员可以通过改变电极、染料敏化剂等方面,进一步提高DSSC的光电转化效率。

特别是在染料敏化剂方面,新型高效染料敏化剂的研发将提升DSSC的效能。

其次,提高稳定性也是DSSC研究的重要方向之一。

目前,DSSC在长时间运作中会出现染料流失、电解质分解、对电子收集和传输的层老化等问题,必须寻求有效的解决方法。

新能源电池技术的研究现状与进展

新能源电池技术的研究现状与进展

新能源电池技术的研究现状与进展随着人类社会的飞速发展,能源问题也越来越受到各国政府和科学工作者的关注。

传统能源的开采和利用对环境产生了很大的污染和破坏,因此越来越多的学者开始研究新型能源的开发和利用。

其中,电池技术作为一种重要的新能源形式,得到了广泛的关注。

本文将探讨新能源电池技术的研究现状与进展。

一、新能源电池技术的概述电池技术是将能量转化为电能的一种技术,广泛应用于各个领域。

随着环保意识的增强,新能源电池技术的研究也取得了很大的进展。

新能源电池技术包括太阳能电池、燃料电池、锂离子电池、铅蓄电池、锌锰电池等多种类型。

其中,锂离子电池因其高性能、高能量密度等优点而备受瞩目。

二、锂离子电池技术的研究现状锂离子电池是一种能量密度高、重量轻、使用寿命长、环保、无污染的新能源电池,已广泛应用于手机、平板电脑、电动车等领域。

目前,我国在锂离子电池技术研究方面取得了一些成果,但还存在一些问题。

1. 高性能阳极材料的研究不断突破阳极材料是锂离子电池中的关键组成部分之一。

高性能阳极材料的研究是锂离子电池技术研究的重点。

目前,国内外的科研机构在这方面进行了很多深入的研究。

例如,近年来,以硅、锡、石墨烯等为主的一系列新型阳极材料已经不断涌现,这些新材料能够提高锂离子电池的能量密度和循环性能,在锂离子电池的商业应用中表现出了极大的潜力。

2. 电解液重要性愈发凸显电解液是锂离子电池中另一个重要的组成部分。

在研究与生产中,电解液的优化和改良已成为锂离子电池领域的研究热点。

目前,已经研制出多种新型有机电解液和离子液体电解质,这些电解液提高了锂离子电池的循环性能和热稳定性。

3. 锂离子电池模型的完善模型是锂离子电池研究的基础。

完善可靠的模型对于提升锂离子电池的性能和使用寿命至关重要。

当前,国内外的科研人员已经开展了很多针对锂离子电池模型的研究,为锂离子电池的优化设计提供了强有力的理论支持。

三、锂离子电池技术的进展随着科学技术的不断进步,锂离子电池技术的研究成果也不断取得突破性的进展。

太阳能电池的研究进展

太阳能电池的研究进展

太阳能电池的研究进展太阳能电池是一种将太阳能直接转化为电能的光伏发电装置。

它以太阳能为能源,不产生二氧化碳等有害物质,不污染环境,具有高效、可靠、可再生等优点,因此被广泛应用于太阳能发电、宇宙航天、电子产品等领域。

近年来,太阳能电池的研究进展有以下几个方面:1. 提高太阳能转换效率太阳能电池转换效率是衡量其性能的重要指标,一直是科学家们研究太阳能电池的重要方向。

近年来,通过改进太阳能电池的结构、材料及工艺等方法,不断提高太阳能电池的转换效率。

比如,第三代太阳能电池(DSSC)采用锗、锗硒合金等新型材料,有效提高了光电转换效率;钙钛矿太阳能电池的研究也在不断提高运用效率,如2019年4月中山大学研究团队报道的钙钛矿太阳能电池实现了21.4%的转换效率,创造了新的世界纪录。

2. 开发新型材料太阳能电池的性能与材料密切相关,科学家们不断开发新型太阳能电池材料。

锗、钒氧化物、钙钛矿、有机物等材料都被应用于太阳能电池的研究中。

近年来,钙钛矿太阳能电池受到了广泛关注,因其具有较高的转换效率、优异的光吸收性能和材料丰富性等优点,这也促进了钙钛矿太阳能电池的发展。

目前,已有一些大规模应用的企业开始推广使用钙钛矿太阳能电池。

3. 制备低成本且高效率太阳能电池目前,太阳能电池的制备成本较高,主要集中在材料、工艺和设备等方面。

科学家近年来致力于研究低成本的太阳能电池材料和制备工艺,例如由有机半导体材料制造的薄膜太阳能电池,价格低廉、重量轻,可以实现柔性化制备;太阳能电池的制造工艺采用印刷、溶液法等技术也在不断提高,这使制造成本有望降低。

比如,德国汉堡大学的科学家们近期成功制造了一种采用印刷技术制备的钙钛矿太阳能电池,该太阳能电池仅用了2美分左右的成本,低成本高效率是其最大的特点。

总之,太阳能电池在能源领域的应用有着广阔的前景,科学家们的不断研究和创新促使太阳能电池的性能得到不断提高,制造成本逐渐降低,助力于实现可持续发展和环境友好。

太阳能电池的研究现状及发展前景

太阳能电池的研究现状及发展前景

太阳能电池的研究现状及发展前景太阳能电池是一种将太阳光能直接转化为电能的器件。

它是现代清洁能源领域中备受瞩目的技术之一。

随着对环境污染和非可再生能源的担忧日益增加,太阳能电池作为一种可持续发展和环保的选择,正变得越来越热门。

本文将介绍太阳能电池的研究现状及发展前景。

一、太阳能电池的研究现状太阳能电池是利用半导体材料制成的电池,其工作原理是将光子能量转化为电子能量。

现在最常用的太阳能电池是硅基太阳能电池。

硅基太阳能电池已发展了几十年,其效率已经逐渐接近极限。

然而,硅基太阳能电池的成本仍然比较高,对大规模应用来说仍然不够经济实惠。

为了降低成本同时提高太阳能电池的效率,研究人员正在寻找替代性材料。

一些新兴材料被广泛研究,如钙钛矿、有机太阳能电池和复合太阳能电池等。

其中,钙钛矿太阳能电池由于其高效率和低成本而备受关注。

与硅基太阳能电池相比,钙钛矿太阳能电池不但具有更高效率,而且材料成本也更便宜。

因此,钙钛矿太阳能电池被认为是一种有望在未来大规模应用的技术。

二、太阳能电池的发展前景随着对环境污染和非可再生能源的担忧日益增加,太阳能电池作为一种可持续发展和环保的选择越来越受到重视。

据国际能源机构预测,到2030年,太阳能电力将成为全球电力消费量中最大的单一来源之一。

在未来几年中,太阳能电池技术将继续发展,效率将逐步提高,成本也将进一步下降。

此外,在不断涌现的新材料和新技术的推动下,太阳能电池将不断完善,性能将不断提升。

总的来说,太阳能电池是一种前景广阔的清洁能源技术。

它可以为世界各地的人们提供可靠、廉价的电力,同时帮助我们减少对环境的破坏,降低对化石燃料的依赖。

因此,在国际上,太阳能电池技术被认为是实现可持续发展的关键技术之一。

三、结语太阳能电池作为一种可持续发展和环保的技术,已经成为了清洁能源领域中备受瞩目的一种技术。

虽然目前太阳能电池的研究仍在进行之中,但已经取得了很大的进展。

未来,随着新材料和新技术的涌现,太阳能电池将变得更加高效、便宜和可靠,同时也将为我们提供更多的清洁能源选择。

太阳能电池技术的新进展和未来发展趋势

太阳能电池技术的新进展和未来发展趋势

太阳能电池技术的新进展和未来发展趋势太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的设备,被广泛应用于领域如太阳能发电、户外装备以及移动设备等。

近年来,太阳能电池技术取得了显著的进展,不断推动了清洁能源的发展。

本文将探讨太阳能电池技术的新进展以及未来的发展趋势。

首先,太阳能电池技术的新进展之一是多晶硅电池和单晶硅电池的技术改进。

多晶硅电池是目前最常用的太阳能电池类型,其成本相对较低,但效率相对较低。

通过引入新的工艺和材料,研究人员成功地提高了多晶硅电池的效率。

而单晶硅电池则以其更高的效率和较低的光衰减而备受瞩目。

近年来,单晶硅电池的制造成本也在逐渐降低,使其更具竞争力。

其次,新兴的太阳能电池技术也在不断涌现。

其中一种重要的技术是钙钛矿太阳能电池。

钙钛矿太阳能电池具有高效率、低成本、可调制颜色和柔性等优点,被认为是下一代太阳能电池的候选。

目前,钙钛矿太阳能电池的效率已经超过了多晶硅电池,但其稳定性和寿命仍需要进一步提高。

研究人员正在不断改进材料和工艺,以解决这些问题。

另一个新兴技术是有机太阳能电池。

有机太阳能电池采用有机半导体材料,具有较低的成本、柔性和颜色可调性等特点。

然而,目前有机太阳能电池的效率还相对较低,且稳定性较差。

研究人员正在致力于提高有机太阳能电池的效率和稳定性,同时降低其制造成本,以便实现大规模商业化应用。

除了技术改进,太阳能电池的未来发展趋势还体现在材料研究和工艺创新方面。

随着对可持续发展的需求增加,研究人员正在寻找更环保和可再生的材料用于太阳能电池的制造。

例如,钙钛矿材料是一种丰富、廉价的材料,具有很高的光吸收系数,因此备受关注。

此外,新型材料如钙钛矿材料的研究也为太阳能电池提供了更多的选择。

与此同时,工艺创新也在推动太阳能电池技术的发展。

通过引入新的制造工艺和设备,生产商能够降低成本、提高效率,并实现太阳能电池的大规模生产。

例如,近几年来,有机太阳能电池中的印刷技术和喷墨打印技术等新的制造工艺得到了广泛应用,大大降低了制造成本。

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可再生能源: 风能;水能;地热;潮汐;太阳能等
✓ 资源丰富: 40分钟照射地能量需求
✓洁净能源: 与 石 油、煤炭等矿物燃料不同,不会
导致“温室效应”,也不会造成环境污染
✓ 使用方便: 同水能、风能等新能源相比,不受地域
的限制,利用成本低。
太阳能利用的重要途径之一是研制太阳能电池!
光子入射:造成跃迁产 生空穴-电子对。
光电池:空穴、电子通 过外电路复合,在电路 中产生电流。
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半导体中可以利用各种势垒如pn结、肖特基势垒、异 质结等形成光伏效应。
当太阳能电池受到阳光照射时,光与半导体相互作用 可以产生光生载流子,所产生的电子-空穴对靠半导 体内形成的势垒分开到两极,正负电荷分别被上下电 极收集。由电荷聚集所形成的电流通过金属导线流向 电负载。
煤废料的处理仍是问题
煤炭开发利用过程中产生的大量的矸石、腐蚀性水、煤泥、灰渣和飞
灰等,已构成对工农业生产和生态环境的危害,成为制约所在地区可持
续发展的一个制约因素
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石油短缺,对外依存度加大
1993年我国成为石油净进口国,2001年进口依存度
已经达到34%,随着国民经济的持续增长,石油进口量占 整体石油需求量中的份额进一步增长,预计到2020年将达 到50%。太阳能风能属于本地资源,通过一定的工艺技术, 不仅可转换为电力,还可以直接、间接地转换为液体燃料, 如乙醇燃料、生物柴油和氢燃料,为各种移动设备提供能 源。
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池太 意结阳 图构能
示电
转换效率(h)=
负载中消耗的功率 入射在电池表面的阳光的功率
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太阳能电池材料
主 要 材 料
要 求
的 基 本
对 材 料
半导体 单晶硅、多晶硅非晶硅、GaAs有机半导体
表面涂层 金属氧化物、导电聚合物
电极
金属导体
封装
玻璃、有机玻璃
①能充分利用太阳能辐射,即半导体的禁带不能 太宽; ②有较高的光电转换效率; ③材料本身对环境不造成污染; ④材料便于工业化生产,材料的性能稳定且经济
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太阳能电池已成为各国实施可持续发展的重要选择
日本----93年实施“新阳光计划”,涵盖74年的“阳光计 划”、78年的“月光计划”和89年的“地球环境技术 开发计划” ;97年宣布7万太阳能光伏屋顶计划,计 划到2010年安装7600MWp太阳能电池
日本利用其电子技术优势,大力发展光伏发电产品, 其产量已经相当于全球产量的50%以上。英、荷、日、 美等国企业基本垄断了全球的光伏发电产品市场,其 出口额占世界的贸易额的80%以上。
美国百万屋顶计划的内容与目标
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太阳能电池的发展
1954年美国贝尔实验室制成了世界上第一个实用的太阳 能电池,效率为4%,于1958年应用到美国的先锋1号人 造卫星上。
由于材料、结构、工艺等方面的不断改进,太阳能电池逐 渐由航天等特殊的用电场合进入到地面应用中。现在太阳 能电池的价格不到20世纪70年代的1%。预期10年内太阳 能电池能源在美国、日本和欧洲的发电成本将可与火力发 电竞争。目前,年均增长率35%,是能源技术领域发展最 快的行业。
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无机太阳能电池的性能及应用
名称 单晶硅 多晶硅 非晶硅 复合型 CdTe CuInSe2 GaAs InP
禁带宽度(eV) 1.12 1.12
1.5~2.0
1.44 1.04 1.42 1.35
转换效率 24.4 18 13 17.3 15 17 37.4 19.1
应用实况 用于空间及地面太阳电池 与单晶硅占市场 70~80% 占市场 10~20%消费电子,能源 已商业化 与 CdS 结合构成的太阳电池已商业化 探索大面积应用批量生产技术 已开始用于空间太阳电池 耐辐射性能优异,处于研究开发阶段
能源枯竭的威胁可能来的更早
人口多,人均资源占有量仅及世界的一半,石油和天然气资源仅占
世界人均量的17.1%和13.2% ;加之能源利用技术落后,效率低下,能
耗高,枯竭速度可能会比国外更加迅速,能源匮乏的威胁可能来的更早
能源供需缺口将越来越大
2020年全国需求量27亿吨TOE,尚缺4.8亿吨标煤;2050年一次需
求量达到40亿吨标煤,缺口达10亿吨标煤,短缺25%以上
过度依赖煤炭,环境影响更加严重
煤炭几乎满足了我国一次能源需求的70%,66%的城市大气颗粒物
的含量和22%的城市的二氧化硫含量均超过国家空气质量二级标准,在
冬季这些污染物的浓度更大,通常为夏季的2倍。环境专家估计,大气中
90%的二氧化硫和70%的烟尘来自于燃煤
全球气候变暖;空气中大量二氧化碳,粉尘含量己严重 影响人们的身体健康和人类赖以生存的自然环境。
CxHy + O2
H2O + CO2 + SO2 + NOx
中华人民共和国 国家发展和改革委员会 《太中阳国能新电能池源研与究可进再展生新能源发展规划1999白皮书》
同国外相比,我国的能源系统更加不具备可持续发展特点
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美国----提出了逐步提高绿色电力的发展 计划。主要是通过风力发电、光伏发电、 生物质能源发电等来达到目标,其中太阳 光伏发电预计到2020年将占美国届时发电 装机增量的15%左右,累计安装量达到 36GW,保持美国在光伏发电技术开发、制 造水平的世界领先地位。
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太阳能屋顶系统
办公楼与玻璃幕墙一体化的PV
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无机太阳能电池
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光生伏特效应
电荷运 动 的势垒 : p-n 结 区内形成的内建电场。阻 碍电子从n区向p区运动, 空穴从p区向n区运动。
太阳能电池材料的研究进展
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中国和世界的能源结构
中国

75%
其 石油
其他
17%
天然气
2% 6%

40%
石 油
其他 其 世界
24%
天然气
26%
10%
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能源枯竭 石油:42年,天然气:67年,煤:200年 。
环境污染 每年排放的二氧化碳达210万吨,并呈上升趋势,造成
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