新能源材料太阳能电池

美国能源部Office of Science报告 。
光伏发电未来的主导地位
太阳能电池类型
单晶硅太阳能电池 多晶硅太阳能电池 非晶硅太阳能电池 铜铟镓硒太阳能电池 碲化镉太阳能电池 砷化镓太阳能电池 有机太阳能电池 染料敏化太阳能电池
单晶硅太阳能电池
1839年，第一次观察到光伏效应。 1954年贝尔实验室开发出效率为6％单晶硅太阳能电池。 1958年首先在航天器上得到应用。 随着集成电路的发展，此类型一直是市场的主角，其市占
非晶硅具有高的光吸收能力，层厚度通常只有0.2-0.5μm。 其吸光频率范围约1.1-1.7eV，不同于晶硅的1.1eV。
非晶硅太阳能电池有极大潜力，但由于材料多缺陷，稳定 性不高，直接影响实际应用。
铜铟镓硒太阳能电池
有两种：一种含铜铟硒三元素（简称CIS），一种含铜铟镓硒四元素 （简称CIGS）。Cu1nSe2半导体材料，77K时的带隙为Eg=1.04eV， 300K时Eg=1.02eV，其带隙对温度的变化不敏感。
太阳能电池
世界和中国主要常规能源储量预测
太阳能概况
普遍性:阳光普照大地,无论陆地和海洋, 高山和岛屿, 到处均 有,可以直接开发和利用,无需采掘和运输。
长久性:据目前太阳产生的能量速率计算,太阳的生命可以延 续几十亿年。对于地球上的人类来说,太阳的能量是取之不尽 用之不竭。
数量大:从太阳表面所放射出来的能量，穿过大气层到达地球 的表面约有1.8x1014 kW，这个值大约为全球平均电力的十万 倍。给地面照射１５分钟的能量，足够全世界使用1年。
铜铟镓硒电池具有生产成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等显 著特点，光电转换效率接近于晶体硅太阳电池，而成本只是它的三 分之一 。
率从未低于80﹪。 硅主要存在于石英和砂子中。制备主要是在电弧炉中用碳
还原石英砂。该过程能量消耗很高，约为14kwh／kg。 单晶硅材料制造过程：石英砂一冶金级硅一提纯精炼一沉
积多晶硅锭一单晶硅一硅片切割。 单晶硅大阳能电池转换效率最高，技术最成熟。
多晶硅太阳能电池
由于硅材料占硅太阳电池成本中的绝大部分，降低硅材料 的成本是光伏应用的关键。
不连续: 只有在白昼才能接受到太阳辐射能。
太阳能是各种可再生能源中的基本能源。风 能、生物质能、海洋能、水能等都来自太阳能。
利用太阳能的三个途径
光热转换：靠各种集热器把太阳能收集起来,利用 收集到的热能.
光化转换：先将太阳能转换成化学能,再转换为电 能等其他能量.
光电转换：将太阳能转换成电能,利用太阳能电池 的光电效应,将太阳能直接转变为电能.
世界能耗与可再生能源(TW=109kW)
2004世界实际能耗 2050世界预测能耗 2100世界预测能耗 未开发水力 海洋能（潮汐、海浪等）
地热能 可利用风力 全球总太阳能
13 TW 30 TW 46 TW < 0.5 TW < 2 TW
12 TW 2-4 TW 120,000 TW 经济可开发 600 TW
洁净性: 开发利用太阳能不会给环境造成污染,是最清洁的能 源之一。
太阳能概况
强度弱: 能流密度小,实际投射到地球表面的太阳辐射功率, 晴天时也仅为500-1000瓦/米2，要有收集转换设备。设备必 须具有相当大的面积，才能收集到足够的功率。但是，面积 大，造价就高。
不稳定：随季节、气候、时间变化，受到天气状况的影响 大。必须有贮存装置，不仅增加了技术困难，也使造价增加。
浇铸多晶硅技术是降低成本的重要途径之一，该技术省去 了昂贵的单晶拉制过程，也能用较低纯度的硅作投炉料， 材料及电能消耗方面都较省。
制备多晶硅电池多采用低压化学气相沉积（LPCVD）和等 离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺。此外，液相外延 法（LPPE）和溅射沉积法也用来制备多晶硅电池。
多晶硅材料制作成本低于单晶硅材料，多晶硅组件比单晶 硅组件具有更大的降低成本的潜力。
太图阳11：能太光阳能伏光伏发发电电了了解解程度程度
Байду номын сангаас1% 38%
很了比较解了解 听听说说过过一些
61%
第一一点次不听了解说
至 2 0 0
中国光伏产业发展研究报告 2008.５
至2007(GWp) 累计生产12.64 累计安装12.0
世界2006和2007年安装量
ROW UK 13 Switzerland 12 Portugal 11 Australia 10 China 9 India 8 France 7 South Korea 5 Italy 5 USA 4
145 190 287 230 425
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450
最近10年平均年增长率为41.3%， 最近5年的年平均增长率为49.5％， 2007年比2006年增长率56.2%。 世界光伏产业持续快速、增速发展。 光伏市场仍然是需要政策驱动的市场。
非晶硅太阳能电池
非晶硅太阳能电池成本低，便于大规模生产，受到人们的 重视并得到迅速发展。
制备非晶硅太阳能电池多采用反应溅射法、PECVD法、 LPCVD法等。反应原料气体为H2稀释的SiH4，衬底主要为 玻璃及不锈钢片，低温工艺（100一300°C），耗电量小。 制成的非晶硅薄膜可分别制得单结电池和叠层电池。
3,4 3,4 2,5 7,1 2
14,5 9,7
20 12
20 12
20 10,9
45 21
50 12,5
50
Japan 3
Spain 2
60,5
Germany 1
170 230
黄色2006,橙色2007 德国2006: 850MWp 德国2007: 1100MWp 世界2006: 1600MWp 世界2007: 2400MWp From Frank Haugwitz
（1）光伏电池产量份额
（2）光伏市场份额
2007年主要国家和地区光伏电池和光伏市场份额
未来太阳能光伏发电的替代趋势
可持续发展所要求的可再生能源替代比例
时间 2010 2020 2030 2040 2050 2100
替代比 （％）
～10
～20
～30
～40
>50
>80
—太阳能光伏发电量（TWh），—世界总发电量（TWh）