光电功能材料分类和工作原理

我国已决定发展核电，在未来十几年内将兴建约40个百万千 瓦级核电组，如果2020年我国电力装机总量达到9亿千瓦， 则核电只占总装机容量的几个百分点，但是ຫໍສະໝຸດ Baidu计我国在按照 目前的耗能情况比例上升，到2020年全国消耗常规能源为60 亿吨，所排放的CO2将高达200亿吨以上，对人类的生存环境 将造成严重的影响。我国天然铀资源短缺，大力进口天然铀， 将会遇到更为严重的困难，人们还寄托希望于钍，如果钍能 发电，那将提供我国上千年的能源需求，但是钍能否实现象 铀一样的发电，目前尚无结论。我国东海、南海的能源开发 有待积极进行国际协作开发，其储量尚未可知。常规能源的 消耗量不可逆转的，也是有尽时的。
采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型 半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上,在 它们的交界面就形成空间电荷区称PN结。
P型半导体（P指positive，带正电的）：由单晶硅通过 特殊工艺掺入少量的三价元素组成，会在半导体内部形 成带正电的空穴； N型半导体（N指negative，带负电的）：由单晶硅通过 特殊工艺掺入少量的五价元素组成，会在半导体内部形 成带负电的自由电子；
世界的能源结构
世界和中国主要常规能源储量预测
二、太阳能电池简介
1、太阳光能转换成电能的装置，采用半 导体产生PN结来获得电位。
2、太阳能电池是物理电池之一。
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。
能源状况
传统矿石能源→ 不可再生、环境污染、能源枯竭
能源结构调整
每年排放的二氧化碳达210万吨 矿石能源开采高峰2020~2030年
可再生能源：风能、地热能、水能、潮汐能、太阳能等
40%
石
天然气 24%
↓
油
资源丰富、利用方便、洁净无污染
煤 其他 10%
26%
太阳能利用的重要途径之一是研制太阳能电池！
太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽
管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射
能量（约为3.75×1026W）的22亿分之一，但
已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射
到地球上的能量就相当于500万吨煤
它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以 下特点：
①无枯竭危险；②绝对干净；③不受资源分布 地域的限制；④可在用电处就近发电；⑤能源 质量高；⑥获取能源花费的时间短。
光电功能材料分类和 工作原理
目录
3. 光功能材料 3.1. 激光材料 3.2．非线性光学材料 3.3. 光纤材料 3.4. 光电显示材料 3.5. 光伏材料及太阳能电池 3.6. 纳米材料 3.7. 液晶材料与LCD
内容
❖ 序言 ❖ 太阳能电池简介 ❖ 太阳能电池工作原理 ❖ 太阳能电池分类 ❖ 太阳能电池对材料的要求 ❖ 各类太阳能电池的制造方法及研究状况 ❖ 利用太阳能电池发电的优缺点 ❖ 太阳能电池的展望
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。一个4KW的屋顶家用光伏系统可以满足普通家庭的 用电需要，每年少排放的CO2的数量相当于一辆家庭轿车 的年排放量。
由于材料、结构、工艺等方面的不断改进，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。
太阳能就是无污染的巨大能源，太阳实时给予地球 的能量是人类每天所消耗的能量的上万倍，其中70%以 上的能量是给予了大海，陆地的降雨量、沿海的台风、 飓风都是太阳能转化的表现形式。据专家计算，我国陆 地每年接受太阳辐射的能量约为24000亿吨标准煤，这 是取之不尽、用之不竭的绿色能源。问题是应该尽快地 研制出价格低廉、转换效率较高的光伏电池。目前的太 阳能电池每三千瓦约需一万美元，价格十分昂贵，远远 地超过我们的国家和人民所能承受的极限。研制廉价和 转化效率高的太阳能电池的历史使命就责无旁贷地落在 光电子科技工作者的肩上。
三、太阳能电池工作原理
光伏效应
太阳光谱图
UV Visible Infrared
48%
▪太阳能电池的发电原理是基于光伏效应(Photovoltaic Effect) 由太阳光与材料相互作用而产生电势。
太阳能电池利用原理
太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应， 一般的半导体主要结构如下：
图中，正电荷表示硅原子， 负电荷表示围绕在硅原 子旁边的四个电子。
一、序言
1、地球每天接收的太阳能，相当于整个世界一年 所消耗的总能量的200倍。太阳每秒发出的能量 就大约相当于1.3亿亿吨标准煤完全燃烧时所释 放出的全部热量。
2、太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生清洁 能源。
太阳能电池是太阳能利用的重要途径之一
二十一世纪将是能源危机和能源革命的世纪。众所周 知，世界上已探明的石油存储量只能供应40至50年，世界 上石油储量67%在中东，我国2004年进口原油1.2亿吨和成 品油4000万吨。我国已探明煤炭储存量约8200亿吨标准煤， 利用目前的工艺技术，可以安全开采的总储量约1500亿吨 标准煤，2004年我国煤炭能源消耗为19.6亿吨标准煤，按 照目前能源消耗增长的速率来计算的话，则我国的煤炭仅 能够满足30～40年的使用。常规能源是地球46亿年形成过 程中，太阳给予地球能源的储存，可是在我们几代人的发 展过程中，就将这种常规能源消耗殆尽，这不仅危及到我 国的持续发展，而且也是危及到中华民族的能否继续生存 发展的大事。
太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生 的能量。地球轨道上的平均太阳辐射强度为 1367kw/m2。地球赤道的周长为40000km， 从而可计算出，地球获得的能量可达
173,000TW（1tw=10^12w） 。在海平面上
的标准峰值强度为1kw/m2，地球表面某一点 24h的年平均辐射强度为0.20kw/m2，相当于 有102,000TW 的能量，人类依赖这些能量维持 生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地热 能资源除外）虽然太阳能资源总量相当于现在人类 所利用的能源的一万多倍，但太阳能的能量密度低， 而且它因地而异，因时而变，这是开发利用太阳能 面临的主要问题。太阳能的这些特点会使它在整个 综合能源体系中的作用受到一定的限制。