太阳能电池原理及工艺课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
l发展太阳电池的意义
存在问题——能源危机 进入21世纪，人类在享用现代科技带来的丰富的物质文明
的同时，却不得不面对经济发展造成的对资源的巨大消耗，特 别是作为社会经济发展命脉的能源资源日益枯竭，使人类面临 着能源短缺的危险！
Page 2
存在问题——环境污染
气候变暖、南极空洞、生态失衡、环境恶化……过度排放的废 水、废气、废渣让我们的地球不堪重负。全球变暖是一个毋庸置 疑的事实，而且正在加速变暖。研究发现，全球平均温度已升高 0.3～0.6摄氏度，其中11个最暖的年份发生在80年代中期以后。 全球变暖已经带来冰川消退、海平面上升、荒漠化等等非常严重 的后果，还给生态和农业带来严重影响。
效率相对较低， 大规模 原料成本较高
效率相对较低 中小规模
光吸收率高，原料需求少，可廉价衬底， 成本低，适宜大规模生产
带宽大，长波不 敏感，效率难提 高，光致衰退
中小规模
铜铟硒类 12-15 19.5±0.5
直接带隙，带宽小，大范围光谱响应，性 In稀有金属 能稳定
实验室中试阶 段
碲化镉
9-11 16.5±0.5 光谱响应好，性能稳定
Page 8
第四阶段（1992-2000）
由于大量燃烧矿物能源，造成了全球性的环境污染和生态破坏，对人 类的生存和发展构成威胁。在这样的背景下，1992年联合国在巴西召 开“世界环境和发展大会”，会议通过了《里约热内卢环境与发展宣 言》、《21世纪议程》和《联合国气候变化框架条约》等一系列重要 文件，把环境与发展纳入统一的框架，确立了可持续发展的模式。这 次会议之后，世界各国加强了清洁能源技术的开发，将利用太阳能和 环境保护结合在一起，国际太阳能领域的合作更加活跃，规模扩大， 使世界太阳能技术进入了一个新的发展时期。这个阶段的标志性事件 有：1993年，日本重新制定“阳光计划”；1997年，美国提出“克 林顿总统百万太阳能屋顶计划”。在1998年，澳大利亚新南威尔士大 学创造了单晶硅太阳电池效率25%的世界效率。
Page 12
按用途分为 空间太阳电池、地面太阳电池、光伏传感器等。
按电池结构分为 同质结太阳电池、异质结太阳电池、肖特基结太阳电
池、复合结太阳电池、液结太阳电池等。 按所用材料分为
硅基太阳电池、化合物太阳电池、功能高分子材料太 阳电池、纳米晶太阳电池等。 按工作方式分为
平板太阳电池、 聚光太阳电池
镉有毒，污染较 大规模 大
砷化镓
1973年爆发了中东战争，引起了第一次石油危机，从而使许多国家， 特别是工业发达国家，加强了太阳能及其它可再生能源技术发展的支 持，在世界上再次兴起了开发利用太阳能热潮。1973年，美国制定了 政府级阳光发电计划，太阳能研究经费大幅度增长，而且成立了太阳 能开发银行，促进太阳能产品的商业化。于1978年美国建成了 100kW太阳地面光伏电站。日本1974年公布了政府制定的“阳光计 划”。
Page 10
第六阶段（2011-）
国外金融经济危机+光伏企业无限制增长导致光伏组件价 格大跌，企业倒闭、裁员。整合阶段。
黎明前的黑暗
Page 11
太阳电池的分类
按太阳电池发展阶段分为三代 第一代：晶体硅太阳电池（单晶硅、多晶硅）
第二代：薄膜太阳电池（非晶硅、多晶硅、微晶硅、碲化镉等）
第三代：新概念太阳电池
Page 3
来自百度文库画：明天我们去哪里？
Page 4
太阳能被认为是21世纪最重要的新能源
太阳能将成为未来主要的能源方式 “低碳经济”是以低能耗低 污染为基础的经济。在全球气候变化的背景下，“低碳经济”日益受 到世界各国的关注。随着中国经济的快速增长，能源、资源、环境已 成为未来发展严重的制约因素。发展低碳经济，推动节能减排，成了 当务之急。 太阳能光伏发电以其清洁、源源不断、安全等显著优势， 已成为保障我国能源供应战略安全，大幅减少排放和保证可持续发展 的重大战略举措。可再生能源、绿色能源是人类最为理想的选择，太 阳能将成为未来的主要能源方式。据EPIA（欧洲光伏工业协会）预测 至2050年光伏发电将会满足世界上21％的电力需求。
Page 7
第三阶段（1980-1992）
进入20世纪80年代，世界石油价格大幅回落，而太阳能产 品价格居高不下，缺乏竞争力，太阳能技术没有重大突破， 提高效率和降低成本的目标的实现，以致动摇了一些人开 发利用太阳能的信心。这个时期，太阳能利用进入了低谷， 世界上很多国家相继大幅消减太阳能研究经费，其中美国 最为突出。
Page 5
太阳电池发展简史
第一阶段（1954-1973）
l 1954年恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用 的单晶硅太阳电池，效率为6%。同年，威克尔首次发现 了砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成 了第一块太阳电池。太阳电池开始了缓慢的发展。
Page 6
第二阶段（1973-1980）
Page 9
第五阶段（2000-2010）
进入21新世纪，原油也进入了疯狂上涨的阶段，从2000年的不足30 美元/桶，暴涨到2008年7月时接近150美元/桶，这样世界各国再次认 识到不可再生能源的稀缺性，加强了人们发展新能源的欲望。此一阶 段，太阳能产业也得到了轰轰烈烈的发展，许多发达国家加强了政府 对新能源发展的支持补贴力度，太阳能发电装机容量得到了迅猛的增 长。受益于太阳能发电需要的猛烈增长，中国在2007年一跃成为世界 第一太阳电池生产大国。在光伏电池转换效率方面，多晶硅太阳电池 最高转换效率达到了20.3%。2009年，美国Spectrolab公司最新研制 的GaAs多结聚光太阳电池转换效率达到了41.6%，这是迄今为止所 有类型太阳电池最高的实验室效率。
Page 13
种类 单晶硅
几类太阳电池性能比较
转化效率（%） 优点
缺点
商业化 实验室
17-19 24.7±0.5 技术成熟，转换效率高，性能稳定
成本高
产业化阶段 大规模
多晶硅
15-17 20.3±0.5
多晶硅薄 10-12 16.6±0.4 膜
非晶硅薄 5-7 膜
9.5±0.3
比单晶硅成本低 廉价衬底可以制备，成本低于晶体硅
存在问题——能源危机 进入21世纪，人类在享用现代科技带来的丰富的物质文明
的同时，却不得不面对经济发展造成的对资源的巨大消耗，特 别是作为社会经济发展命脉的能源资源日益枯竭，使人类面临 着能源短缺的危险！
Page 2
存在问题——环境污染
气候变暖、南极空洞、生态失衡、环境恶化……过度排放的废 水、废气、废渣让我们的地球不堪重负。全球变暖是一个毋庸置 疑的事实，而且正在加速变暖。研究发现，全球平均温度已升高 0.3～0.6摄氏度，其中11个最暖的年份发生在80年代中期以后。 全球变暖已经带来冰川消退、海平面上升、荒漠化等等非常严重 的后果，还给生态和农业带来严重影响。
效率相对较低， 大规模 原料成本较高
效率相对较低 中小规模
光吸收率高，原料需求少，可廉价衬底， 成本低，适宜大规模生产
带宽大，长波不 敏感，效率难提 高，光致衰退
中小规模
铜铟硒类 12-15 19.5±0.5
直接带隙，带宽小，大范围光谱响应，性 In稀有金属 能稳定
实验室中试阶 段
碲化镉
9-11 16.5±0.5 光谱响应好，性能稳定
Page 8
第四阶段（1992-2000）
由于大量燃烧矿物能源，造成了全球性的环境污染和生态破坏，对人 类的生存和发展构成威胁。在这样的背景下，1992年联合国在巴西召 开“世界环境和发展大会”，会议通过了《里约热内卢环境与发展宣 言》、《21世纪议程》和《联合国气候变化框架条约》等一系列重要 文件，把环境与发展纳入统一的框架，确立了可持续发展的模式。这 次会议之后，世界各国加强了清洁能源技术的开发，将利用太阳能和 环境保护结合在一起，国际太阳能领域的合作更加活跃，规模扩大， 使世界太阳能技术进入了一个新的发展时期。这个阶段的标志性事件 有：1993年，日本重新制定“阳光计划”；1997年，美国提出“克 林顿总统百万太阳能屋顶计划”。在1998年，澳大利亚新南威尔士大 学创造了单晶硅太阳电池效率25%的世界效率。
Page 12
按用途分为 空间太阳电池、地面太阳电池、光伏传感器等。
按电池结构分为 同质结太阳电池、异质结太阳电池、肖特基结太阳电
池、复合结太阳电池、液结太阳电池等。 按所用材料分为
硅基太阳电池、化合物太阳电池、功能高分子材料太 阳电池、纳米晶太阳电池等。 按工作方式分为
平板太阳电池、 聚光太阳电池
镉有毒，污染较 大规模 大
砷化镓
1973年爆发了中东战争，引起了第一次石油危机，从而使许多国家， 特别是工业发达国家，加强了太阳能及其它可再生能源技术发展的支 持，在世界上再次兴起了开发利用太阳能热潮。1973年，美国制定了 政府级阳光发电计划，太阳能研究经费大幅度增长，而且成立了太阳 能开发银行，促进太阳能产品的商业化。于1978年美国建成了 100kW太阳地面光伏电站。日本1974年公布了政府制定的“阳光计 划”。
Page 10
第六阶段（2011-）
国外金融经济危机+光伏企业无限制增长导致光伏组件价 格大跌，企业倒闭、裁员。整合阶段。
黎明前的黑暗
Page 11
太阳电池的分类
按太阳电池发展阶段分为三代 第一代：晶体硅太阳电池（单晶硅、多晶硅）
第二代：薄膜太阳电池（非晶硅、多晶硅、微晶硅、碲化镉等）
第三代：新概念太阳电池
Page 3
来自百度文库画：明天我们去哪里？
Page 4
太阳能被认为是21世纪最重要的新能源
太阳能将成为未来主要的能源方式 “低碳经济”是以低能耗低 污染为基础的经济。在全球气候变化的背景下，“低碳经济”日益受 到世界各国的关注。随着中国经济的快速增长，能源、资源、环境已 成为未来发展严重的制约因素。发展低碳经济，推动节能减排，成了 当务之急。 太阳能光伏发电以其清洁、源源不断、安全等显著优势， 已成为保障我国能源供应战略安全，大幅减少排放和保证可持续发展 的重大战略举措。可再生能源、绿色能源是人类最为理想的选择，太 阳能将成为未来的主要能源方式。据EPIA（欧洲光伏工业协会）预测 至2050年光伏发电将会满足世界上21％的电力需求。
Page 7
第三阶段（1980-1992）
进入20世纪80年代，世界石油价格大幅回落，而太阳能产 品价格居高不下，缺乏竞争力，太阳能技术没有重大突破， 提高效率和降低成本的目标的实现，以致动摇了一些人开 发利用太阳能的信心。这个时期，太阳能利用进入了低谷， 世界上很多国家相继大幅消减太阳能研究经费，其中美国 最为突出。
Page 5
太阳电池发展简史
第一阶段（1954-1973）
l 1954年恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用 的单晶硅太阳电池，效率为6%。同年，威克尔首次发现 了砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成 了第一块太阳电池。太阳电池开始了缓慢的发展。
Page 6
第二阶段（1973-1980）
Page 9
第五阶段（2000-2010）
进入21新世纪，原油也进入了疯狂上涨的阶段，从2000年的不足30 美元/桶，暴涨到2008年7月时接近150美元/桶，这样世界各国再次认 识到不可再生能源的稀缺性，加强了人们发展新能源的欲望。此一阶 段，太阳能产业也得到了轰轰烈烈的发展，许多发达国家加强了政府 对新能源发展的支持补贴力度，太阳能发电装机容量得到了迅猛的增 长。受益于太阳能发电需要的猛烈增长，中国在2007年一跃成为世界 第一太阳电池生产大国。在光伏电池转换效率方面，多晶硅太阳电池 最高转换效率达到了20.3%。2009年，美国Spectrolab公司最新研制 的GaAs多结聚光太阳电池转换效率达到了41.6%，这是迄今为止所 有类型太阳电池最高的实验室效率。
Page 13
种类 单晶硅
几类太阳电池性能比较
转化效率（%） 优点
缺点
商业化 实验室
17-19 24.7±0.5 技术成熟，转换效率高，性能稳定
成本高
产业化阶段 大规模
多晶硅
15-17 20.3±0.5
多晶硅薄 10-12 16.6±0.4 膜
非晶硅薄 5-7 膜
9.5±0.3
比单晶硅成本低 廉价衬底可以制备，成本低于晶体硅