有机光伏电池的研究现状
<有机化学进展>结课论文
题目:有机光伏电池的研究现状
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有机光伏电池的研究现状
摘要：本文对有机电致发光显示器件的发展历史，器件结构、工作特征、发光器件（OLED）的优点、发展现状和趋势等都做了简要的概括。详细介绍了有机发光材料的研究状况，包括小分子发光材料、高分子(聚合物)发光材料，以及新材料的开发。最后总结了国内外OLED 技术的发展状况。
关键词：有机光伏材料
Research and development
of Organic photovoltaic cells
Abstract Organic light-emitting diodes (OLEDs), having excellent properties of low driving voltage and brightemission, have been extensively studied due to their possible applications for flat panel color displays.At the same time, or-ganic electroluminescent materials have been made with an outstanding progress.And thestatus of organic electrolumi-nescent materials(including evaporated molecules and polymers)were reported in this paper.
Key words OLED, organic luminescent materials, evaporated molecules and polymers
光伏作用（Photovoltaic effect）光照在不均匀的半导体或半导体与金属结合的不同部位而在其之间产生电位差的现象。（光子→电子；光能→电能）
一、发展历史
术语“光生伏打”（Photovoltaics）来源于希腊语，意思是光、伏特和电气的，来源于意大利物理学家亚历山德罗·伏特的名字，在亚历山德罗·伏特以后“伏特”便作为电压的单位使用。以太阳能发展的历史来说，光照射到材料上所引起的“光起电力”行为，早在19世纪的时候就已经发现了。1849年术语“光－伏”(photo-voltaic)才出现在英语中，意指由光产生电动势，即光产生伏特。1839年，光生伏特效应第一次由法国物理学家A.E.Becquerel发现。1883年第一块太阳电池由Charles Fritts制备成功。Charles用硒半导体上覆上一层极薄的金层形成半导体金属结，器件只有1%的效率。到了1930年代，照相机的曝
光计广泛地使用光起电力行为原理。1946年Russell Ohl申请了现代太阳电池的制造专利。
到了1950年代，随着半导体物理性质的逐渐了解，以及加工技术的进步，1954年当美国的贝尔实验室在用半导体做实验发现在硅中掺入一定量的杂质后对光更加敏感这一现象后，第一个有实际应用价值的太阳能电池于1954年诞生在贝尔实验室。太阳电池技术的时代终于到来。1960年代开始，美国发射的人造卫星就已经利用太阳能电池做为能量的来源。1970年代能源危机时，让世界各国察觉到能源开发的重要性。1973年发生了石油危机，人们开始把太阳能电池的应用转移到一般的民生用途上。
在美国、日本和以色列等国家，已经大量使用太阳能装置，更朝商业化的目标前进。
二、有机光伏电池应用情况
基于化石能源的有限性和不可再生的特点，寻找替代能源，成为维系全球经济可持续发展的一个重要环节。光伏发电直接利用太阳能转换成电能，是目前为止具有较高商业开发价值的绿色可再生能源，甚至在本世纪末有望成为主力能源之一。随着光伏电池制造技术的不断完善，生产成本不断降低，此外，化石能源价格持续走高，在内因和外因的共同推动下，光伏发电产业已经步入了快速发展阶段。来自IMS Research的报告显示，2010年新增光伏发电装机容量增长了130%，达到17.5GW。
光伏发电产业的发展前景也越来越被国际社会看好。国际能源署（IEA）在2010年5月发表的太阳能光伏路线图中表示，光伏发电是能商用的可靠技术，在世界几乎所有地区都具有长期增长的巨大潜力。该路线图中预测：从2010年开始，光伏发电占全球总电力的比例将不断上升。2020年达到1.3%，2030年升至4.6%。目前，我国光伏发电的应用市场处于起步阶段。2010年，我国新增光伏发电装机约500MW，累计达800MW。但与我国飞速发展的光伏制造业相比，在光伏应用领域的前进步伐明显滞后于我国光伏制造业。2000年，我国太阳能电池产量仅为3MW，到2007年年底达到1088MW，超过欧洲（1062.8MW）和日本（920MW），跃居世界第一位。2010年，我国太阳能电池产量达到8GW，约占全球光伏电池产量的一半。
三、为什么会促生有机光伏材料
传统的光子材料为无机半导体材料如Si、Ge 、GaAs 、GaP、GaN和SiC 等。但由于这类无机材料制作太阳电池存在生产工艺复杂、成本高、难设计、不透明和制作过程耗能高等不足，同时，其成熟技术的转换效率己基本达到极限值，使进一步改进受到相当大程度的限制。近年来，导电聚合物的快速发展使得研究开发低成本太阳电池成为可能。共轭导电高分子材料由于在一定程度上同时具有聚合物的柔韧性和可加工性、以及无机半导体特性或金属导电性，因而具有巨大的潜在商业应用价值。随着有机聚合物研究向广度与深度的不断发展许多在传统材料中发现的光子现象在有机半导体聚合物中也同样被观测到。用这类聚合物制作的高性能光子器件包括发光二极管、发光电化学电池、光伏电池、光探测及光电耦等这些器件的很多性能都已达到或超过相应的无机材料器件。而有机聚合物光伏电池以其低成本、可弯曲和大面积的优点倍受学术界和工业部门的关注。有机光伏材料区别于无机材料的特点是:(1)光生激子是强烈地束缚在一起的，它们一般不会自动地分离成单独的电荷;(2)电荷是以跳跃方式在定域状态形式的分子间传输的，而不是在带内传输，所以具有低的迁移率; (3) 相对于太阳光谱来讲，它们的吸收光波长范围很窄，但光吸收系数高(~105cm?1)，100nm 左右的薄膜就可以得到较高的光密度;(4)这些材料在有氧和水存在的条件下往往是不稳定的;(5)作为一维半导体，它们的电和光性能具有较高的各向异性，而这对于器件设计来讲具有潜在的应用价值。
四、有机光伏电池的基本原理
有机光伏电池的基本原理与无机太阳电池类似:(1)一定光照射到有机光伏器件后，具有能量hν>E的光子被有机半导体层吸收，就会激发一个电子从价带跃迁到导带，而在价带处留出空位，这一空位被称为空穴，空穴带有正电荷; (2) 在传统的半导体中，被激发的电子和形成的空穴会自由地向相反电极方向移动。而在导电聚合物中，受入射光子激发而形成的电子和空穴则会以束缚的形式存在;成为激子;(3) 通常这些电子空穴是在光子激发时形成的，如果在电场或在界面处，这些电子空穴对就会分离成电子和空穴，也就是所谓的带电载流子,它们的迁移就形成了光电流(见图1) 。
五、有机光伏电池材料的分类
按照机械性和加工性可分为不溶的、可溶的及液晶材料等。通常包括小分子或低聚体、高聚物及液晶分子。能够吸收可见光的低聚体或单体称作发色团，其中具有溶解性的称作染料，而不具溶解性的则称为颜料。通常有机光伏电池的制作工艺取决于激活层材料的溶解性。对于不溶的颜料分子采用高真空气相沉积法成膜;晶体颜料分子可以使用物理蒸发生长成膜;染料和可溶性聚合物可通过溶液旋转涂膜、刮涂成膜、丝网印刷、层压旋转涂膜或电化学等方法成膜。
目前用于光伏器件研究的聚合物材料主要包括聚噻吩(PTH)衍生物、聚苯乙炔(PPV) 衍生物、聚对苯(PPP) 衍生物、聚苯胺(PANI)、聚(2，5-吡啶)乙炔(P2VP)以及其它类高分子材料。
目前有机光伏材料发展面临的问题：有机聚合物光伏电池的开路电压通常为几百毫伏最高可超过一千毫伏。而其短路电流一般都很低，为毫安级，填充因子也较低(<0.5)。因此，提高光子的收集效率、激子和自由载流子的界面分离、降低光电池的内阻和增加短路电流等成为有机聚合物光伏电池研究的重点和难点。目前光伏器件的结构种类一般有四种。单层器件、双层或多层器件、复合层器件、层压结构器件。
考虑减弱光伏器件之间电荷复合以提高器件工作效率，需先知目前将施主受主分子结合制作光电池的方法主要有三种: ( 1) 将施主和受主分子分别涂敷在导体表面形成单异质结; (2) 将施主和受主分子混合在一起，在整个器件内形成一个异质结体系; ( 3) 在施主和受主分子层之间插入一层激子中间层，使产生的电子和空穴载流子向受主和施主层迁移形成双异质结，目前研究较多的是将施主和受主分子混合在一起，在整个器件内形成一个异质结体系，这种结构的优点可以使激活层厚度增加超过了激子扩散范围的两倍。而难点问题是如何形成给体受体分子相的互穿导电网络而不是混杂的复合体，这就要求在给体-受体相中每一个点都应该通过各自的材料与相反的电极接触，而给体材料或受体材料中的"孤岛"都应该具有光活性且电绝缘性的。如能达到这种效果的话，就会大大提高光伏电池的效率。
六、有机光伏电池的优点
相对于无机太阳能电池，有机太阳能电池具有如下优点：
（1）与无机太阳能电池使用的材料相比，有机半导体材料的原料来源广泛易得、廉价，环境稳定性高，有良好的光伏效应、材料质量轻、较高的吸收系数（通常>105cm-1）、有机化合物结构可设计且制备提纯加工简便、加工性能好，易进行物理改性等。
（2）有机太阳能电池制备工艺更加灵活简单，可采用真空蒸镀或涂敷的办法制备成膜，还可采用印刷或喷涂等方式，生产中的能耗较无机材料更低，生产过程对环境无污染，且可在柔性或非柔性衬底上加工，具有制造面积大、超薄、廉价、简易、良好柔韧性等特点。
（3）有机太阳能电池产品是半透明的，便于装饰和应用，色彩可选。
七、有机光伏电池的缺点
目前有机太阳电池的转换效率较低且寿命短，尚未进入使用阶段，存在着载流子迁移率低、结构无序、高的体电阻以及电池的耐久性差等问题，造成有机太阳能电池性能低下的原因主要有：
（1）由于有机材料分子间相互作用力很弱，大都为无定型，即使有结晶度，也是无定型与结晶形态的混合，光照射后生成的光生载流子主要在分子内的共轭价键上运动，电荷的传输是通过载流子在相邻的分子态之间进行跳跃实现的，导致了有机材料的载流子迁移率一般都很低，与无机材料相比要低若干个量级，这对有机半导体器件的效率有较大影响；
（2）有机半导体材料吸收太阳光波段不宽，绝大部分材料最大吸收波段在350nm～650nm，而地球表面可吸收的太阳光的能量主要分布在600nm～800nm，因此吸收光谱与太阳光光谱不匹配，导致光电转换效率低；如果通过增加激活层的厚度来提高光的吸收，但同时也会使器件的串联电阻增大激子和载流子的迁移距离增加，短路电流减小，从而导致光电转换效率较低；
（3）有机半导体在吸收太阳光后会产生束缚的空穴-电子对——“激子”，激子的分离与迁移并非全部有效，首先其扩散距离短，通常仅约为10nm，其次激子分离后产生的电子和空穴在一般有机材料中的传输速率不高，传输的过程中往往会受到电子和空穴复合的影响，并且电子和空穴传输到电极表面进入电极时通常要克服一个势垒，这样激子在半导体薄膜的迁移过程中就不可避免的存在着激子复合的损失，一般仅离边界或结点最近的激子才会产生光伏电流，使得有机太阳能电池实际转化效率低下；
（4）有机半导体材料在有氧和水存在的条件下往往是不稳定的。
八、有机光伏材料研究方向
有机光伏电池的研究成果是喜人的获得了较高的开路电压但是短路电流和填充因子要比无机光伏电池低的多。较低的光电流是由于较低的光吸收以及光电流产生和传输中的较大损耗造成的，而填充肉子则是由于低的电荷传输和高的复合所致。目前研究大多数集中在:(1) 改善光吸收，主要是使用具有红外吸收的聚合物和共辄结晶染料;(2)改善光电流的产生，使用具有高流动性的聚合物及高有序相液晶材料;(3)器件制备过程的优化与稳定性; (4) 对有机光伏器件物理理论及实验技术的理解。高效有机光伏器件具备的两个基本元素就是光诱导电荷
产生及分离(电子传输效率)和产生的电荷传输到电极(电荷载流子迁移率) ，这两个不同的过程要同时在同一材料中完成。
如何有效的完成这一过程是决定有机光伏器件效率的关键一个可能的方法就是通过器件中单独的组分来分别完成电荷传输和电荷产生这对有机光伏材料和器件研究提出了新的挑战。
具有多功能光电特性的有机光伏材料应该通过分子设计朝如下方向发展: (1) 具有可调的电、光特性，如:带隙、电子亲合能及传输特性;(2)加工简单，可制成大面积薄膜并厚度可控;(3)与其它有机材料相溶好，可制成内部微结构均一的复合体; (4) 材料器件方面应该进入器件优化阶段:(1)要优化金属电极使之达到欧姆接触，从而有效地收集光生载流子;(2)优化D/A对匹配的同时要调整共辄聚合物的带隙以更好地吸收太阳光;(3)优化相分离复合材料的网络微结构来提高载流子的产生和传输效率同时要求电荷载流子在复合体异质结的不同组分中吸收和迁移达到最大。和技术成本要低。
九、结论
目前光伏电池研究的方向是开发高效低成本的电池材料和制造技术。
有机聚合物光伏电池采用共轭聚合物作为光伏材料，制作工艺简单、成本低廉，可大面积制造，这使得有机聚合物光伏电池的研究越来越受到重视。虽然聚合物光伏电池的研究在最近几年取得了显著的发展，但其光电转换效率仍很低，只有得到高效率、性能稳定的光伏电池，才能实现聚合物光伏电池的商业化。对于有机聚合物光伏电池效率的提高可以通过材料的选择和器件结构的优化来实现。另外从理论上就器件中激活层的厚度、给体受体所形成的微观结构对光电流、激子分裂效率的影响，电池的串、并联电阻对电池的伏安特性的影响等进行模拟分析，也为获得高转换效率的有机光伏电池提供了一个重要途径。
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太阳能光伏发电技术现状及改进措施 发表时间：2019-04-29T17:17:47.357Z 来源：《基层建设》2019年第6期作者：张立 [导读] 摘要：在环境污染变得日益严重以及化石燃料资源逐渐枯竭的今天，新能源以其开发潜力大和无污染性成为化石能源的理想替代品。 中国石油天然气股份有限公司云南销售分公司 摘要：在环境污染变得日益严重以及化石燃料资源逐渐枯竭的今天，新能源以其开发潜力大和无污染性成为化石能源的理想替代品。太阳能就是一种理想的替代品，主要是太阳能的可再生性和无污染性是应对当今社会环境问题的有效解决途径。因此许多国家都加大了对太阳能光伏发电技术的研究，并出台相关鼓励政策来促进太阳能产业的发展，太阳能光伏发电在此背景下发展迅速。基于此，文章针对太阳能光伏发电技术现状及改进措施进行了分析，以供参考。 关键词：太阳能光伏发电技术；现状；改进措施 1导言 太阳能是洁净、可再生能源，是传统化石能源最为重要的替代能源之一。随着我国各项技术的不断进步以及政府扶持力度的增大，我国光伏产业将迎来飞速发展新时期。相信不久的将来，随着科技的进一步发展，太阳能光伏发电系统能像网络一样，走进千家万户，成为我国电力供应不可或缺的重要部分。 2太阳能光伏发电系统的特点与内涵 太阳能光伏发电系统是指运用系统论的基本思想方法，把光伏发电系统视为一个复杂多变的系统，此系统具有的特点是太阳能光伏发电是一种清洁高效的发电方式，具有不受地面布局和高度落差等地理因素的影响，电能转换过程简单，无废弃污染物排放的特点，应用广泛，是传统化石能源的理性替代品。在这里我们将光伏发电系统按照产生电能的流程划分为：太阳能电池板采光、光生伏打效应变光，最大功率点跟踪系统用光，电能经逆变器馈入电网等四大子系统，通过四大子系统的相互作用及有机运行，实现对太阳能的高效利用。 3太阳能光伏发电技术现状 太阳能电池的低转化率是国内外普遍存在的问题，目前最高转化率是31．1%，而且也是在试验阶段；多晶硅原料冶金硅80%产自我国，但我国的国内消耗量只占冶金硅开采中的一小部分，其余全部出口，这也与我国没有自主核心技术，无法消耗如此大产量，而且制造的产品的质量也得不到保证；现阶段我国太阳能光伏产业发展迅速，但始终存在“两头在外”的畸形产业机构。也就是我国生产的太阳能电池组件大部分用于出口国外，这些出口于国外的太阳能电池组件正好也是我国国内紧缺的资源，这就意味着我国在消耗大量能源资源且污染环境的同时却给国外输送绿色无污染的能源；在太阳能光伏发电中，功率输出的大小至关重要，但我国光伏发电产业对最大功率点跟踪系统的技术应用还存在不足；光伏发电所产生电能馈入电网时造成稳定性问题。由于光伏发电属于分布式电源的一种，随机性和扰动性大的特点导致其馈入电网会造成系统的稳定性降低，从而影响整个电网的可靠性。 4太阳能光伏发电技术改进措施 4.1利用高功率密度逆变升压设备，减少设备和材料的使用量 从光伏发电站工作的经验中来看，增加逆变器的效率提高和功率的增大，这两个方面的增加在度电成本方面就会有着下降，最高能够下降到3%到5%，形成这种效果的主要原因中主要是使用了大功率的逆变器，这种设备的使用引起相应关联材料配置发生变化。比如，在逆变器的前端，不管是增大输入的电流还是提升输入的电压，在汇流设备和电缆中都会降低电量；在逆变器的后端，不断地增大变压器的功率密度。这样的变化就会引起很大的连锁反应，在高压电缆使用电量中、监控点数中、发电单元站房数量中、高压开关设备数量中、土建工程量中，都会有着减少，这种减少就会降低度电的成本。因此在选择的逆变器中，需要选择一些有着优质质量的产品，这样它的优势就更加地突显。在现在的研究中主要是对安全可靠的大功率逆变器进行研究，在未来的研究中主要的发展方向就是高功率密度逆变器升压器。 4.2构建准确稳定的最大功率点跟踪系统用光子系统 在太阳能光伏发电系统的体系中，光伏阵列的输出功率尤为重要，但输出功率不仅与光伏阵列的内部性能有关，还与外界环境如环境的温度和太阳光照的强度等主要干扰因素呈现非线性关系。而使光伏阵列无论外界条件怎样变化，都能始终工作在最大功率附近的过程就叫做最大功率点跟踪。因此，必须要建立准确且稳定的最大功率点跟踪系统用光子系统，进而实现综合性的光伏发电系统的信息传送、交流、反馈和控制平台，增强信息传递效率和质量，确保光伏发电控制系统第一时间掌握最新的变化信息，并第一时间作出相应的处置，从而实现准确且稳定地追踪最大功率点。 4.3利用科学技术对板阵直流集电线路优化，减少线缆用量和线路的损耗 光伏的组件在光伏发电系统中，这个部分是主要的部件，光伏发电站要想实现发电的功能，就需要一定量的光伏组件来实现，光伏组件在设计安装的过程中，需要根据不同的要求进行并联和串联，这些排列实现发电的功能，在现在的新建光伏发电站中，随着建造的规模越来越大，核心部件中的电池组串也在不断的增加，就需要更多的支架来安装这些电池组串。这样就形成了不同板阵的电池组串，这些组串都需要和汇流箱连接在一起，连接需要使用导线，导线使用的量和组串的引出方式有着关联，还和汇流箱安置的地方有着直接的关系。工作中获得经验证明，在使用的导线越短，产生的损耗越少，度电的成本就会更低。但是，从实际的工作经验来看，线缆最短的组串引出方式可能并不适合整体的汇流方案，也就是说实际所需要线缆可能更长，因为发电单元中逆变升压设备的安装位置同样会对线缆长度造成影响，并且汇流的支路也不宜过多，受多方面因素的影响，很难通过简单的判断和计算来确定最佳的方案。 汇流的支路也不是越多越好，在安装的过程中还需要综合的考虑发电单元中逆变升压设备的位置，只是简单的计算和判断是无法获得最佳的方案。为了获得优化的规划布局方案，就需要使用现在的科学技术，使用电脑的仿真模仿技术进行设计，根据出线的规划和设定的汇流方案，使用电脑对各种方案中的损耗和电缆的长度实行模拟计算，要求设计的方案要尽可能的多，这样选出方案才有着最优性。使用电脑的仿真设计技术，可以有效地解决好因为人工设计中出现的偏差问题，而且使用电脑设计，在人工成本设计中就会减少，还有就是在线缆的使用率中获得了节约，把线路的损耗降到了最低。 5结论 总之，在太阳能光伏发电中，需要使用好光能，把它有效的转换为电力提供给人们使用。因此在对发电站的设备中，就需要采用一些
中国光伏发电的现状和展望
中国光伏发电的现状和展望 一、中国光伏发电的战略地位 1.1 中国的能源资源和可再生能源现状和预测； 无论从世界还是从中国来看，常规能源都是很有限的，中国的一次能源储量远远低于世界的平均水平，大约只有世界总储量的10％。图一给出了世界和中国主要常规能源储量预测。 从长远来看，可再生能源将是未来人类的主要能源来源，因此世界上多数发达国家和部分发展中国家都十分重视可再生能源对未来能源供应的重要作用。在新的可再生能源中，光伏发电和风力发电是发展最快的,世界各国
都把太阳能光伏发电的商业化开发和利用作为重要的发展方向。根据欧洲JRC 的预测，到2030年太阳能发电将在世界电力的供应中显现其重要作用，达到10%以上，可再生能源在总能源结构中占到30％；2050 年太阳能发电将占总能耗的20%，可再生能源占到50％以上，到本世纪末太阳能发电将在能源结构中起到主导作用。图二是欧洲JRC 的预测。 中国是一个能源生产大国，也是一个能源消费大国。2003 年能源消费总量约为16.8 亿吨，比2002 年增长13%，其中：煤炭占67.1%、石油占22.7%、天然气占2.8%、水电等占7.3%，石油进口达到9700 万吨。由于能源需求的强劲增长，煤炭在能源消费结构中的比例有所提高，比2002 年提高1 个百分点。图三给出了我国2003 年一次能源消费构成。
我国政府重视可再生能源技术的发展，主要有水能、风能、生物质能、太阳能、地热能和海洋能等。我国目前可再生能源的发展现状如下： 水能：我国经济可开发的水能资源量为3.9 亿千瓦，年发电量1.7 万亿千瓦时，其中5 万千瓦及以下的小水电资源量为1.25 亿千瓦。到2003 年底，我国已建成水电发电装机容量9000 万千瓦，其中小水电容量3000 万千瓦。 风能：我国濒临太平洋，季风强盛，海岸线长达18000 多公里，内陆还有许多山系，改变了气压的分布，形成了分布很广的风能资源。根据全国气象台风能资料估算，我国陆地可开发装机容量约2.5 亿千瓦，海上风能资源量更大，可开发装机容量在7.5 亿千瓦,总共可开发装机容量10 亿千瓦。目前全国已建成并网风力发电装机容量57 万千瓦，此外，还有边远地区农牧民使用的小型风力发电机约18 万台，总容量约3.5 万千瓦。
太阳能光伏发电的现状与前景
太阳能光伏发电的现状与前景.txt心脏是一座有两间卧室的房子，一间住着痛苦，一间住着快乐。人不能笑得太响，否则会吵醒隔壁的痛苦。本文由haitaohuahua贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 太阳能光伏发电研究现状与发展前景探讨 可再生能源,包括太阳能、风能、生物质能、水能、地热能、海洋能等,是取之不尽、用之不竭、清洁环保、免费使用的能源,也是世界上最终可依赖的初级 [1] 能源。太阳能是一种清洁的可再生能源。太阳能开发利用的巨大潜力推动着太阳能光伏发电技术不断向前发展。 1893 年,法国科学家贝克勒尔发现“光生伏打效应” , 即“光伏效应”。1930 年,朗格首次提出用“光伏效应”制造“太阳能电池”,使太阳能变成电能。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太阳能电池。同年,韦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 1 块薄膜太阳能电池。随着世界经济的不断发展,全球能源短缺、环境污染等问题日益严重,可再生能源的应用受到了各国的普遍关注。太阳能光伏发电作为可再生能源利用的重要组成部分,得到了众多国家政府的大力扶持。20 世纪 70 年代以来,美国、德国、日本等国政府陆续出台相关政策,加大太阳能光伏发电产业的发展力度,使得世界光伏发电产业高速发展。 1997—2007 年,太阳能电池的产量由 125.8MW(该功率为峰值功率,下同)增加到 4 000. 05MW,年平均增长率高达 41.3%。根据欧盟联合研究中心的预测,到 2030 年太阳能光伏发电在世界总电力供应中将达到 10%以上, 到 2040 年这一比例将达到 20%以上,在不远的未来将成为世界能源供应的主体。 [2] 1 太阳能光伏产业的发展现状 在技术进步和相关鼓励政策的双重推动下,太阳能光伏产业自 20 世纪 90 年代后期进入了快速发展时期。截止 2007 年底,世界累计生产了 12. 64GW 太阳能 [3] 电池,由此推断,光伏发电的实际总装机应该接近 12GW 。欧洲光伏市场是世界最大的光伏市场,而且在持续增长。其中,德国光伏市场份额全球最大, 2006 年占 51. 0%, 2007 年占 46. 99%。亚洲光伏市场近几年有所萎缩(主要由于亚洲拥有最大光伏市场的日本结束了光伏补贴政策,导致市场发展滞后),我国光伏市场份额更小。2006 年、2007 年亚洲太阳能电池产量约占世界电池产量的 65%。由此可见,亚洲是太阳能电池的主要生产和输出地区。亚洲的太阳电池生产主要集中在中国大陆、中国台湾和日本。2007 年中国大陆太阳能电池产量达到 1 088MW,占全世界太阳能电池产量的 27. 2%。从产量看,我国已经成为太阳能电池的第一生产国。 2 太阳能光伏发电的原理 光伏发电的基本原理如图 l 所示。半导体材料组成的 PN 结两侧因多数载流子(N 区中的电子和 P 区中的空穴)向对方的扩散而形成宽度很窄的空间电荷区 w, 建立自建电场 Ei。它对两边多数载流子是势垒,阻挡其继续向对方扩散,但它对两边的少数载流子(N 区中的空穴和 P 区中的电子)却有牵引作用,能把它们迅速拉到对方区域。稳定平衡时,少数载流子极少,难以构成电流和输出电能。但是, 当太阳光照射到 PN 结时,如图 l(a)、(b)所示,以光子的形式与组成 PN 结的原子价电子碰撞,产生大量处于非平衡状态的电子-空穴对,其中的光生非平衡少数载流子在内建电场Ei 的作用下,将 P 区中的非平衡电子驱向 N 区,N 区中的非平衡空穴驱向 P 区,从而使得N 区有过剩的电子,P 区有过剩的空穴。这样在 PN 结附近就形成与内建电场方向相反的光生电场 Eph。光生电场除一部分抵消内建电场外,还使 P 型层带正电,N 型层带负电,在 N 区和 P 区之间的薄层产生光生电动势。当接通外部电路时,就会产生电流,输出电能。当把众多这样小的太阳能光伏电池单元通过串并联的方式组合在一起构成光伏阵列,就会在太阳能作用下输出足够 [4] 大的电能。 3 太阳能光伏发电的几个关键问题
有机太阳能电池研究进展(1)
专题介绍 有机太阳能电池研究进展 X 林 鹏,张志峰,熊德平,张梦欣,王 丽 (北京交通大学光电子技术研究所,信息存储、显示与材料开放实验室,北京,100044) 摘 要:有机太阳能电池与无机太阳能电池相比,还存在许多关键性问题。为了改善有机太阳能电池的性能,各种研究工作正在进行,这些研究主要是为了寻找新的材料,优化器件结构。对电池原理、部分表征方法、效率损失机制、典型器件结构、最近的发展、以及未来的发展趋势作了简要描述。 关键词:有机太阳能电池;器件结构;给体;受体;转换效率 中图分类号:T N 383 文献标识码:A 文章编号:1005-488X(2004)01-0055-06 Progres s in Study of Organic Sola r Ce ll LIN Peng ,ZHANG Zhi -feng ,XIONG De -ping ,ZHANG Meng -xin ,WANG Li (I nstitute of O p toelectronics T echnology ,Beij ing J iaotong University ,Beijing ,100044,China )Abstr act :Compaer ed with inorganic solar cells ,organic solar cells still have many critical pr oblems.In order to improve the properties of organic solar cells,a lot of different studies have been carried on.T he main purposes of these studies are to seek new mater ials and new device structure.A brief review of the theory of photovoltaic cells,along with some aspects of their characterization ,the basic efficiency loss mechanism ,typical device structures ,and the trends in research will be presented. Key wor ds :organic photovoltaic cell;device structure;donor;acceptor ;conversion effi-ciency 前 言 进入21世纪以来,由于煤、石油、天然气等自然资源有限,已经不能满足人类发展的需要。环境污染也已经成为亟待解决的严重问题。同使用矿物燃料发电相比,太阳能发电有着不可比拟的优点。 太阳能取之不尽,太阳几分钟射向地球的能量相当 于人类一年所耗用的能量。太阳能的利用已经开始逐年增长。但目前使用的硅等太阳能电池材料,因成本太高,只能在一些特殊的场合如卫星供电、边远地区通信塔等使用。目前太阳能发电量只相当于全球总发电量的0.04%。要使太阳能发电得到大规模推广,就必须降低太阳能电池材料的成本,或 第24卷第1期2004年3月 光 电 子 技 术OPT OELECT RONIC T ECHNOLOGY Vol.24No.1 Mar.2004 X 收稿日期:2003-11-17 作者简介:林 鹏(1978-),男,硕士生。主要从事光电子技术研究。 张志峰(1977-),男,硕士生。主要从事有机电致发光(OLED)的研究工作。熊德平(1975-),男,硕士生。主要从事无机半导体材料方面的研究工作。
太阳能电池片技术发展的现状和趋势
太阳能电池片生产技术的发展和趋势 LED光伏电子项目部 2009/2/22
1太阳能电池片的生产工艺 1.1太阳能电池的工作原理 典型的太阳电池本质上是一个大面积半导体二极管，它利用光伏效应原理把太阳辐射能转换成电能。当太阳光照射到太阳电池上并被吸收时,其中能量大于禁带宽度Eg的光子能把价带中电子激发到导带上去，形成自由电子,价带中留下带正电的自由空穴，即电子-空穴对，通常称它们为光生载流子。自由电子和空穴在不停的运动中扩散到pn结的空间电荷区,被该区的内建电场分离电子被扫 到电池的n型一侧，空穴被扫到电池的p型一侧，从而在电池上下两面(两极)分别形成了正负电荷积累，产生“光生电压”,即“光伏效应”（photovoltaic effect）若在电池两侧引出电极并接上负载,负载中就有“光生电流”通过，得到可利用的电能,这就是太阳电池的工作原理，如图1所示。 图1太阳电池的工作原理 光伏效应是1839年法国Becqueral第一次在化学电池中观察到的。1876年在固态硒(Se)的系统中也观察到了光伏效应,随后开发出Se/CuO光电池。硅光电池的报道出现于1941年1954年，贝尔实验室Chapin等人开发出效率为6%的单晶硅光电池，为太阳能光伏发电奠定了技术基础，成为现代太阳电池时代的划时代标志。作为能源,硅太阳电池于1958年首先在航天器上得到应用。在随后10。多年里,硅太阳电池在空间应用中不断扩大，工艺不断改进,电池设计逐步定型。70 年代初，许多新技术引入电池制造工艺,转换效率有了很大提高。与此同时,硅太阳电池开始引入地面应用，70年代末，地面太阳电池产量已经超过了空间电池产量,促使成本不断降低。80年代初，硅太阳电池发展进入快速发展时期，技术进步和研究开发使太阳电池效率进一步提高，商业化生产成本持续降低，应用不断扩大。在太阳电池的整个发展历程中,先后开发出各种不同结构的电池，如肖特基(MS)电池、MIS电池、MINP电池、异质结电池等，其中同质p2n结电池自始至终占着主导地位，其他结构电池对太阳电池的发展也产生了重要影响。在材料方面,有晶硅电池、非晶硅薄膜电池、铜铟硒(CIS)薄膜电池、碲化镉(CdTe)薄膜电池、砷化镓薄膜电池等，由于薄膜电池被认为是未来大幅度降低成本的根本出路,因此成为太阳电池研发的重点方向和主流，在技术上得到快速发展,并逐步向商业化生产过渡，多晶硅薄膜电池和Gratzel电池在90年代中后期开始成为薄膜电池的研发热点,技术发展比较迅速。 1.2太阳能电池的生产工艺
试分析我国光伏发电的现状和未来前景
试分析我国光伏发电的现状和未来前景 摘要：当今时代，人们的日常生产生活离不开电力的支持。而电力的来源目前 大多是依靠煤炭等资源进行火力发电，随着人们思想认识的层次逐渐升高，人们 开始认为通过这些不可再生能源进行发电已不是长久之计，不仅会消耗大量的地 球资源，也会产生巨大的环境破坏效果，所以运用太阳能等新型清洁资源就成为 了未来电力发展的主要依靠手段。目前的太阳能光伏发电站正在不断地发展壮大，光伏并网发电必定在未来的电力发展中占据主导位置。本文主要针对太阳能如何 进行光伏发电进行了说明，并且讨论了现阶段我国以及世界的光伏电站工作状态，最后根据光伏发电站的发展趋势对未来进行了展望。希望太阳能光伏发电系统将 为世界带来更大的福祉。 关键词：电力；太阳能；光伏发电； 相对来说，太阳是一个热量大、寿命长，对于地球有着重要影响的星体。光 伏电站正是利用了太阳传递到地球的光辐射而收集太阳能，进而转变为电能，主 要优点包括资源储量庞大、资源易获取、污染小、施工简单、光伏发电系统比较 稳定等。作为一种可再生的清洁能源，太阳能发电将会随着科学技术的发展变得 越来越普及，可以缓解巨大的能源短缺问题，改变社会的能源结构，为整个人类 社会甚至自然环境带来更加积极地变化，实现社会的可持续发展。 1太阳能光伏电站的工作方式 光伏发电是通过各种元器件的相互作用而形成的能量转化系统。其中太阳能 光伏发电主要的工作元件就是太阳能电池板，通过接收辐射到地球表面的太阳光，经过太阳能电池板半导体界面的光生伏特效应进而把太阳能转化为电能。通常情 况下，只要可以接收到太阳的光辐射就可以源源不断地产生电压和电流。此外， 相对于一些传统的发电方式，光伏电站不需要机械传动部件，可以直接实现太阳 能到电能的转换，并且太阳能电池更加便于安装和运输，为光伏电站的建立提供 了很强的灵活性。只要光伏电站的施工符合科学标准，也可以延长蓄电池和晶体 硅太阳能的使用寿命，为整个光伏电站的长久稳定提供了必要条件。 1.1太阳能光伏发电站基本组成部分 光伏电站的发电系统一般是由几个部分元器件组成的，其中主要包括： ①太阳能电池方阵：太阳能电池是光伏发电系统基本构成单位，通过收集太 阳光辐射在太阳能电池的两端分别产生异号电荷，从而产生电动势，获得电压， 实现了太阳能到电能的转化。通过太阳能电池的群组方阵可以产生足够量的电能，进而传递到蓄电池部分储存电能，以供发电站完成日常工作。 ②蓄电池组：蓄电池组存在的目的在于储存太阳能电池产生的电能，通常情 况下，蓄电池组要在光伏发电站需要的情况下随时供给电能。 ③太阳能控制设备：作为光伏电站发电系统的核心控制枢纽，需要对蓄电池 接收太阳能电池组的充电以及蓄电池对于逆变器的供电进行实时监控。 ④逆变器：主要是将太阳能电池转化的直流电再次转变为人们生产生活可用 的交流电。 1.2当前太阳能光伏发电不同的供电方式 随着太阳能光伏发电系统的进步，现今阶段大致可以将其分为独立光伏系统 和并网光伏系统。 通常情况下，对于独立光伏系统来说，应用在不能进行并网光伏发电的区域
国内外光伏发电发展现状及前景
研究光伏发电发展现状及前景 摘要 2000年以来，全球光伏产业连续6年以30%~~60%以上的速度增长，2002年全球光伏电池产量为560MW/a，到2003年已高达750MW/a,增长了34%。2004年开始，德国对可再生能源法进行了修订，新的补贴法案促成了德国光伏市场随后的爆发，随之而来的是发达国家间新一轮的政策热潮和全球光伏市场的更高速膨胀。随着全球经济化和世界人口的发展要求更多的能源来满足经济和人口发展的需要。但石油、煤炭等不可再生能源储量的不断减少，新能源还在探索阶段，同时对太阳能电池板生产工艺和太阳能组件的加工流程进行描述，并对未来我国太阳能发电进行了展望。 关键词：能源危机，光伏发电，单晶硅，太阳能电池板 英文题目
The current situation and the future photovoltaic power generation Every revolution in the world are closely related with energy. As the global economic and the world population development requires more energy to meet the needs of the development of economy and population. But oil, coal and other non-renewable energy reserves, new energy is dwindling in exploration stage, plus fossil energy exploitation improper, will cause the energy crisis. This paper summarizes the current status quo, the global energy for power and solar power, and in recent years the ease of solar photovoltaic power generation of state strongly support, showed the importance of photovoltaic power generation with good prospect, introduces in detail the monocrystalline silicon solar energy cell production process and production process, discusses the nanometric simultaneously on the solar panels production process and solar energy components processing flow description, and the future was prospected in solar power. KEY WORDS:The energy crisis, photovoltaic energy, monocrystalline silicon, solar panels 目录 一、国内能源危机……………………………………………… 二、光伏发电对能源的缓解……………………………………. 三、国内太阳能的发展……………………………………….. 四、世界光伏发电的高速发展主要表现………………………
太阳能电池发展现状及存在的主要问题
太阳能电池发展现状及存在的主要问题 晨怡热管2008-10-17 23:05:45 一、2005年国际太阳能电池产业发展情况 2005年，世界太阳能电池总产量1656MW，其中日本仍居首位，762M W，占世界总产量的46％，欧洲为464M W，占总产量的28％，美国156M W，占总产量的9％，其他274MW，占总产量的17％。 2004年全球前14位太阳能电池公司总产量达到1055MW，占当年世界总产量的88.3％，近五年来，日本Sharp公司一直领先，2004年产量达到324MW，见表1。
以2004年数据分析，各种太阳能电池中硅基太阳能电池占总产量的98％，晶体硅太阳能电池占总产量的84.6％，多晶硅太阳能电池占总量的56％，见表2。
2005年，世界光伏市场安装量1460M W，比2004年增长34％，其中德国安装最多，为837MW，比2004年增长53％，占世界总安装量的57％；欧洲为920MW，占总世界安装量的63％，日本安装量292M W，增幅为14％，占世界总安装量的20％；美国安装量为102MW，占世界总安装量的7％，其他安装量为146M W，占世界总安装量的10％。
至2005年全世界光伏系统累计安装量已超过5GW，2005年一年内投资太阳能电池制造业的资金超过10亿美元。现在，一个世界性的问题是制造太阳能的电池的硅原材料紧缺，尽管2005年全世界硅原材料供应增长了12％，但仍然供不应求，国际上长期供货合同抬价25％。持续的硅材料紧缺将对2006年太阳能电池生产产生较大的影响，预计2006年世界太阳能电池产量的增幅将不限制在10％左右。要解决硅材料的紧缺问题预计将需要5年以上的时间。 根据光伏市场需求预测，到2010年，全世界光伏市场年安装量将在3.2G到3.9GW之间，而光伏工业年收入将达到186美元到231亿美元。 日本和欧美各国都提出了各自的中长期PV发展路线图。 按日本的PV路线图（TV Roadmap 2030），到2030年PV电力将达到居民电力消耗的50％（累计安装容量约为100GW），具体的发展目标见表3和表4。
光伏发电技术现状_存在问题及对策_史冬云
光伏发电技术现状、存在问题及对策 Phot ovolt aic Pow er GenerationT echnology and Its Current St at us, Problems and Count er -measurements 史冬云1,刘劲松2,白晓威 3 (1.吉林省电力有限公司电力科学研究院,长春 130021;2.大唐长山热电厂,吉林 松原 131109; 3.国电吉林龙华吉林热电厂,吉林 吉林 132021) 摘 要:根据“十二五”规划纲要提出发展新兴战略产业布局,新能源作为七大新兴战略产业之一,其中的太阳能开发利用最具发展潜力,国内太阳能发电产业发展规划显得尤为重要。在介绍光伏发电和光热发电的基本原理,以及国内光伏发电现状的基础上,指出目前国内光伏发电产业存在的资本大量涌入,产能迅速提高并趋于过剩的问题,提出应采取宏观调控、政策引导、重点扶持等相应对策。关键词:光伏发电;光热发电;太阳能发电 Abstract :Ba sed o n the str ategy ar rang ement fo r a rising indust ries based on the 12th five-year plan outline,so lar energ y is the most potentia l one fo r developing and utilizatio n s one o f t he seven new ener g y .T he planning of do mestic solar ener gy industr y is mor e impor tant.T his pa per intr oduces the basic pr inciples and pr esent st atus of pho to voltaic po wer gener atio n and solar ther mal pow er g enerat ion .It is point ed out that w ith the cr ow ding into of for eig n capitals,,the pr oduct ion ca pacit y fast incr eases and may cause surplus.Cor r espo nding counter -measurements including macro adjustment and contr ol ,policy guidance and giv ing specia l suppo rt s have been pro po sed . Key words :pho tov oltaic pow er gener atio n ;solar t her mal po w er g ener ation ;so lar energ y g ener ation 中图分类号:T M 615 文献标志码:A 文章编号:1009-5306(2011)06-0024-03 收稿日期:2011-10-15 作者简介:史冬云(1969-),女,高级工程师,从事电力行业科技信息工作。 随着煤、石油等化石燃料资源的逐渐枯竭,传统发电方式需要新的绿色能源来代替。2011年3月日本大地震造成的核电危机,迫使世界各有核电国家不得不重新审视其核电发展战略;水力发电由于受到资源和季节性限制,一定程度上制约了进一步发展;而风力发电存在并网接入稳定性差等问题,短期内也很难形成一定的规模。在这种情况下,太阳能发电越来越受到重视。 中国太阳能资源非常丰富,理论储量达年1.7×1012 t 标准煤,太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。南北和东西距离均在5000km 以上,大多数地区年平均日辐射量在4(kW ?h)/m 2 以上,西藏日辐射量最高达7(kW ?h)/m 2 ,年日照时间大于2000h 。与同纬度的其他国家相比,与美国接近,比欧洲、日本优越得多,拥有巨大的开发潜能,具有得天独厚的自然条件。太阳能发电分为光伏发电和光 热发电。通常太阳能发电多指太阳能光伏发电。 1 太阳能发电技术 1.1 光伏发电技术1.1.1 基本原理 光伏电池由Si 等半导体材料制成。当太阳光照射电池时,有一部分光会被半导体材料吸收,吸收的光能将传给半导体导致电子逸出并自由流动。同时施加一个或多个电场,可以迫使由光吸收并释放的电子以一定方向流动形成电流,通过在光伏电池的顶部和底部安放金属触点,可以将电流引出以供 使用。 1.1.2 系统组成 光伏发电系统由太阳能电池方阵、蓄电池组、充放电控制器、逆变器、交流配电柜和太阳跟踪控制系 ? 24?
“农光互补”光伏项目发展现状及未来趋势
“农光互补”光伏项目发展现状及未来趋势 一、光伏与“农业”的背景 随着农业生产条件的改善，农业技术的推广应用，以及惠农政策的实施，农民的种植意识大大改善。二十一世纪的农业，将是绿色农业的革命，食品的安全性越来越受到政府和百姓的关注，社会在倡导绿色农业、绿色无公害产品之时最需要关注的应该是其根本。生态农业是指在保护、改善农业生态环境的前提下，遵循生态学、生态经济学规律，运用系统工程方法和现代科学技术，集约化经营的农业发展模式。生态农业是一个农业生态经济复合系统，将农业生态系统同农业经济系统综合统一起来，以取得最大的生态经济整体效益。它也是农、林、牧、副、渔各业综合起来的大农业，又是农业生产、加工、销售综合起来，适应市场经济发展的现代农业。 农光互补也称光伏农业，是利用太阳能光伏发电无污染零排放的特点，既具有发电能力，又能为农作物、食用菌及畜牧养殖提供适宜的生长环境。 二、“农光互补”顺势发展的原因 1、满足农作物生长需要 农作物生长需要的光与光伏发电需要不同的光波，光伏日光温室能够实现发电种植两不误。由于太阳能电池组件会造成一定的遮光，每个大棚可根据不同农作物对光的需求，采用不同的装机容量设计，满足植物光合作用对光的需求。 太阳能电池组件还能阻隔部分紫外线，反射昆虫繁殖需要的蓝紫光，可有效减少种植作物病虫害，减少农药使用量，提高种植作物品质和产量，是利用高新科技打造绿色生态农业的新模式。 2、提高土地利用率，降低光伏产业成本的需要 传统方式建设光伏电站，一般为工业用地，成本高且不符合政府合理利用资源的方针。而利用农“农光互补”项目，提高了土地利用率，符合国家倡导的绿色环保农业趋势。目前，国家大力支持发 页脚内容1
中国光伏发电的发展现状及趋势知识讲解
中国光伏发电的发展现状及趋势
中国光伏发电的发展现状及趋势 苏青峰上海联孚新能源科技有限公司 太阳能作为一种可永续利用、可再生的清洁能源，有着巨大的开发应用潜力。太阳每秒钟放射的能量大约是1.6×1023kW，其中到达地球的能量高达8×1013kW，相当于6×109t标准煤。太阳30分钟辐照地球的能量就够全世界1年的能源消耗。人类赖以生存的自然资源几乎全部转换自太阳能，人类利用太阳能的历史更是可以追溯到人类起源时代。太阳能是人类得以生存和发展所需的最基础的能源形式，从现代科技的发展来看，太阳能开发利用技术的进步有可能决定着人类未来的生活方式。 据IEA发布预测：2006年至2030年世界一次能源需求从117.3亿吨油当量增长了170.1多亿吨油当量，平均年增长45%。石油将在50年左右枯竭，天然气将在57~65年内枯竭，煤还可以供应169年。能源消耗远大于能源的供给，能源天平严重失衡，严峻的能源形势已摆在世人面前，人类正面临前所未有的能源危机。 目前，全球二氧化碳的排放量已达到300亿吨。如不加控制，将在2030年达到400亿吨，人类的生存环境面临着前所未有的挑战和危机。在已知的新能源形式中，太阳能肯定能够满足人类发展的能量需求。太阳能光伏发电的应用将能够有效降低环境污染，改善全球能源紧缺状况。当今，国家已把“节能减排、安全环保”作为“十一五”期间能源利用与发展的重点方向和目标，并列入了国家发改委“十六个重大专项”。
太阳能光伏发电技术的开发始于20世纪50年代。随着全球能源形势趋紧，太阳能光伏发电作为一种可持续的能源替代方式，于近年得到迅速发展。随着全球经济和科学技术的飞速发展，世界许多国家将光伏发电作为发展的重点，光伏产业的技术进步已经使太阳能应用成为可能，并首先在太阳能资源丰富的国家，如德国和日本，得到了大面积的推广和应用。在国际市场和国内政策的拉动下，中国的光伏产业逐渐兴起，并迅速成为后起之秀，涌现出无锡尚德、南京中电、江苏林洋、常州天合和天威英利等一大批优秀的光伏企业，带动了上下游企业的发展，中国光伏发电产业链正在形成。 随着传统能源的日益枯竭和石油价格的不断上升，以及人们对自身生存环境要求的不断提升，积极寻找新的替代能源已刻不容缓，作为无污染的清洁能源，太阳电池必将会得到迅速的发展。虽然太阳能光伏发电成本较高，但是从长远看，随着技术的进步，以及其他能源利用形式的逐渐饱和，太阳能可以在2015年之后成为主流能源利用形式，有着不可估量的发展潜力。国际经验表明，政策扶持是光伏产业发展的最主要驱动力，政府的政策导向将决定光伏产业的发展水准和市场需求，太阳能产业的发展对我们国家能源的开发和利用具有极其深远的意义。 光伏产业市场现状 在全球气候变暖、人类生态环境恶化、常规能源资源短缺并造成环境污染的形势下，太阳能光伏发电技术普遍得到各国政府的重