太阳能电池调研报告

一、太阳能概述

随着人类社会的发展，人们对能源的需求也越来越大。目前全世界每年的能源消耗已经达到了4.1 × 1020焦耳，等价于13TW。预计到2050年，世界能源需求将超过现在的两倍，达到30TW；而到本世纪末，需求将达到46TW[1]。相比之下，常规能源的储备已经日益减少，现有常规能源已经完全不能满足人们对能源的需求，如石油只够再用五十年，而煤也只有两百年，新能源的开发已经迫在眉睫。与此同时，化石燃料的使用使得全球环境污染和气候变化问题越来越严重。作为世界上最大的煤炭消耗国，我国的环境污染问题和生态恶化现象都非常严重，所以更需要开发出清洁的可再生能源以缓解这一矛盾。新型能源包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能等一次能源以及氢能、用于核能发电的核燃料等二次能源[2]。由于新能源的能量密度较小、或品位较低、或有间歇性，按已有的技术条件转换利用的经济性尚差，还处于研究、发展阶段,只能因地制宜地开发和利用;但新能源大多数是再生能源。资源丰富，分布广阔，是未来的主要能源之一。目前世界各国都在加紧新能源的开发和利用。

和其他新能源相比，太阳能具有总量大、分布广泛、使用时间长、无污染、取之不尽的优点。首先，太阳能的总量十分巨大，仅辐射到地球表面上的就有120,000TW，远远超过人类目前的能源需求（13TW）。据估算，只要地球上0.16%的陆地都铺上效率为10%的太阳能转换系统，就能提供约20TW的能源[1]；其次，太阳能分布极其广泛，处处都有太阳能，可以就地利用，仅我国而言，2/3的地区年辐射总量大于5020MJ/m2、年日照时数在2200小时以上，其中青藏高原多年辐射总量更是高达6670～8374 MJ/m2；从太阳的“寿命”看，再过50亿年太阳才演变为红巨星，可以说太阳能是取之不尽，用之不竭的；此外，太阳能电池可以一次投资而长期使用。最后，相比火力发电、核能发电，太阳能的利用不会产生污染。

当然，太阳能也有它自身的缺点。太阳能虽然总量大，能流密度却比较小，1m2面积所能接收到的能量平均只有1kW左右，这就需要比较大的面积来收集太阳能；太阳能的地域分布不均匀，不同海拔、不同纬度的地区接收到的太阳辐射是不一样的；此外，由于昼夜的更替、季节的循环，以及各种天气的变化，太阳能的供应是不稳定的[2]。

太阳能的利用方式主要有三种：光电、光热和光化学。光电直接转换方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，其基本装置就是太阳能电池——光电二极管。当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流；光热转换方式是利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程；后一个过程是热—电转换过程，与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高；而光化学主要指太阳燃料，即利用生物技术和工程，设计出高效的能量转换的植物和生物质，以及合成具有光合作用的

分子体系用来制造H

2、CH

等化学燃料[1]。

二、太阳能电池原理

如图1所示，太阳光照在半导体p-n结上，能量高于半导体禁带宽度的光子会被吸收，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理，只要有光的情况下，就会源源不断地产生电流。理想情况下，开路电压是由n区和p区的费米能级决定[1]

图一无机太阳能电池的能级原理图[1]

三、太阳能电池分类

太阳能电池可以分为无机太阳能电池（Inorganic Solar Cell）、有机太阳能电池（Organic Solar Cell）和光电化学太阳能电池（Photoelectrochemical Solar Cell）。其中，无机太阳能电池又包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、GaSe、、CIGS等太阳能电池。

CdTe、CuInSe

1、硅系太阳能电池。

a、单晶硅太阳能电池

单结太阳能电池中，单晶硅太阳能电池的转换效率最高，技术也最为成熟。由于硅是间接带隙半导体，对光的吸收弱，至少需要200多微米才能有效吸收入射的太阳光。单晶硅太阳能电池一般是在200~500微米厚的p型硅表面通过扩散形成0.25微米左右的n型半导体层，构成p-n结。为了减少反射，一般表面会腐蚀成倒金字塔型绒面；还有通过厚的氧化物钝化层和减反射涂层来减少反射。目前，单晶硅电池最高转换效率达24.7%，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难。为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池的替代产品就成了一种有效

的策略。

b、多晶硅太阳能电池。

制备多晶硅，目前采用的技术主要有固相结晶法和中区熔再结晶法。其它制作工艺与单晶硅太阳能电池相同。多晶硅太阳能电池一般比相同工艺制作的单晶硅太阳能电池效率低，但由于多晶硅的制备对原材料的纯度要求不高，材料的损耗少，相对的耗能少，因此其成本比单晶硅太阳能电池低。2006年，单晶硅太阳能电池的市场份额为38%，多晶硅太阳能电池的市场份额为46%，高于单晶硅太阳能电池。但是，目前相对于常规发电，单晶硅和多晶

硅太阳能电池成本仍然较高。

c、非晶硅太阳能电池

非晶硅中，电子跃迁不必受动量守恒的限制，对光的吸收比晶体硅更有效率，仅数微米的材料就能吸收大部分的入射光。非晶硅太阳能电池一般采用p-i-n结构。非晶硅太阳能电池成本低，便于大面积制备，且可以沉积在

柔性衬底（金属薄片和塑料等）上，因此受到人们重视并迅速发展；但其光电效率会随着光照时间的延续而衰减，强光更是如此，使得电池性能不稳定，限制了非晶硅太阳能电池的应用。解决问题的途径就是制备叠层太阳能电池。目前，非晶硅电池最高转换效率达到13%。如何解决稳定性问题及进一步提

高转换效率成为继续研究的关键[3]。

2、多元化合物薄膜电池

多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓III-V族

化合物、碲化镉（CdTe）、硫化镉（CdS）及铜铟硒（CIS）薄膜电池等[3]

a、III-V族化合物薄膜太阳能电池。

砷化镓（GaAs）III-V化合物电池的转换效率可达28%，III-V族化合物

化合物材料都是直接带隙半导体，具有较高的光学吸收系数、十分理想的光学带隙、良好的少数载流子寿命和迁移率。抗辐照能力强,对热不敏感，适

合于制造高效单结电池。，目前，世界上转换效率最高的太阳能电池就是GaInP/GaInAs/Ge三结太阳能电池，高倍聚光条件下，转换效率高达40.7%[4]。但是GaAs材料的价格不菲,因而在很大程度上限制了用GaAs电池的普及，现

在主要用于空间利用。

b、CdTe、CIS薄膜太阳能电池。

硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。

铜铟硒薄膜电池（简称CIS）适合光电转换，不存在光致衰退问题，转

换效率和多晶硅一样。掺Ga能改变其带隙，使材料光吸收与太阳光谱更好的匹配，铜铟镓硒简称CIGS。具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向。唯一的问题是材料的来源，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展又必然受到限制。

3、聚合物有机太阳能电池

由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本底等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。有机太阳能电池和无机太阳能电池的最大区别就是，有机材料受到光激发产生的是束缚的电子-空

穴对，即激子。首先要将激子分离，激子一般在材料的界面处发生电荷分离。但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电

池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研究探索。

4、燃料敏化太阳能电池

1991年，瑞士科学家Michael Gr?tzel等人在Nature上报道了他们制作

膜的光化学太阳能电池(Dye Sensitized Solar 的基于染料敏化纳米晶TiO

Cell, DSSC)，其能量转换效率达到7.1%~7.9%，在散射光的条件下更是达到了12%，从此开辟了染料敏化太阳能电池这一新领域，并迅速在世界范围内掀起一股染料电池的研究热潮。该种类型的电池优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。目前，其光电转换效率超过11%[5]。DSSC的制作成本只有硅太阳能电池的1/5～1/10，寿命能达到2O年以上。但由于此类电池的研究和开发刚刚起步，估计不久的将来会逐步走上市场。

四、太阳能电池新模型

制约太阳能电池效率的因素有以下几点：

1、能量低于半导体带隙的光子不能被吸收产生电子-空穴对，

2、能量高于半导体带隙的光子激发出一对高能电子-空穴对，它们会与晶

格相互作用，很快分别驰豫到导带底和价带顶，高于带隙的那部分能

量以热的形式散发出去；

针对以上两点因素，人们从拓展电池对入射光的吸收以及利用高于半导体尽带宽度的光子能量两方面入手，提出了一些新的太阳能电池模型。

1、叠层太阳能电池。

叠层太阳能电池就是把不同带隙的子电池堆垛在一起，其中窄带隙的在下，宽带隙的在上。当光向下辐射时，高能光子先被宽带隙子电池吸收，激发出电子和空穴，而低能光子穿过上面的电池被下面的窄带隙子电池吸收、激发[1]。这样就把宽的太阳光谱分割成不同部分吸收，最大限度地利用了不同能量的太阳光，提高了转换效率。同时电池的总电压是各级子电池的电压之和，增加了电池的输出电压值。

2、光谱转移：上转换和下转换

光谱频移的办法，即利用上转换（up-conversion）和下转换（down-conversion）将太阳的宽波段光谱转换成窄波段的光谱，如图2所示

[1]。这样，只要选取合适的半导体材料，就能吸收几乎所有的光，激发出更

多的电子和空穴，提高转换效率。

针对上转换和下转换，人们分别作了理论和实验方面的研究。经过理论计算人们发现，用上转换器的太阳能电池，其最高理论转换效率在光聚焦下可达63.2%，而在不聚焦时为47.6%；相比之下，采用下转换器的带隙为1.1eV 的太阳能电池，其最高理论转换效率在6000K的黑体辐射光谱下可达39.3%。

然而，实验上的进展还很缓慢，还没有利用上转换和下转换的太阳能电池的报道。

图二光谱平移示意图

3、可调制的吸收光谱。

量子点是指直径在几个纳米，通常包含几十甚至上百个原子的晶体颗粒。

量子点的带宽随尺寸的变化而变化，这样就可以通过控制量子点的尺寸来调控它对于太阳光不同波段的吸收，由此就可以利用不同尺寸和不同材料的量子点来设计全波段吸收的太阳能电池。

4、中间带和量子阱太阳能电池

其基本原理是通过添加中间带或量子阱在电池的导带和价带间增加能级，从而使不同能量的光子都能有效地吸收，激发出更多的电子和空穴。其中，量子阱给电池提供了定域化得能级，而中间带给电池提供了连续的小的能带[1]。

五、太阳能电池发展现状

自从1954年第一个可实用性的硅半导体太阳能电池在Bell实验室问世[1]，

太阳能电池就在世界范围内日益发展起来。据Dataquest的统计资料显示,目前全世界共有136 个国家投入普及应用太阳能电池的热潮中,其中有95 个国家正在

大规模地进行太阳能电池的研制开发,积极生产各种相关的节能新产品。图三显示的是1990年到2006年世界太阳能电池生产量的发展情况，2006年已经达到

2500MWp的产量[6]。另外，据有关机构统计，2008年，世界太阳能电池产量已达5456MW，组件产量已达6791MW。可以看出目前太阳能电池的发展越来越快。

图三世界太阳能电池历年生产量[6]

目前,许多国家正在制订中长期太阳能开发计划, 美国能源部推出国家光伏计划, 计划在单晶硅和高级器件、薄膜光伏技术、PVMaT、光伏组件以及系统性能和工程、光伏应用和市场开发等5个领域开展研究工作。另外美国还推出了"太阳能路灯计划",旨在让美国一部分城市的路灯都改为由太阳能供电,根据计划,每盏路灯每年可节电 800 度。日本也正在实施太阳能“7万套工程计划”，一个标准家庭可安装一部发电3000瓦的系统，主要是装设在住宅屋顶上的太阳能电池发电设备,家庭用剩余的电量还可以卖给电力公司。欧洲则将研究开发太阳能电池列入著名的"尤里卡"高科技计划，推出了“10万套工程计划”。此外，日本、韩国以及欧洲地区总共8个国家携手合作,在亚洲内陆及非洲沙漠地区建设世界上规模最大的太阳能发电站,他们的目标是将占全球陆地面积约1/4的沙漠地区的长时间日照资源有效地利用起来,为30万用户提供100万千瓦的电能。20世纪90年代以来,全球太阳能电池行业以每年15%的增幅持续不断地发展。

到目前为止，以功率成本($/Wp)划分，太阳能电池已经发展到了第三代，如图四所示。第一代太阳能电池（I）是单晶硅半导体太阳能电池，采用的单晶硅材料是间接带隙半导体，对光的吸收较差，需要数百微米的厚度才能完全吸收太阳光中能量大于其禁带宽度的光波，而且制造太阳能电池需要高纯度的完美晶体材料，其制作工艺相当复杂。目前单晶硅电池的造价为$250/m2，发电成本为$3.5/Wp，已生产出来的产品效率可以达到13%～16%，高效电池可达20%[3]；第二

、代太阳能电池（II）主要是利用半导体薄膜（非晶硅、微晶硅、GaSe、CdTe、CuInSe

2 CIGS等），只要几微米厚的材料就可以满足要求，且可以大面积制备，生产成本较单晶硅低。现有的薄膜电池的发电成本已经降到了约$1/Wp。然而由于光激发部分的成本限制，使得整个光电模块的成本增加，且光电转换效率还需提高，这些都限制了它的应用；第三代太阳能电池（III）就是目前正在研究和开发的先进结构光伏电池，它是通过一些先进的结构，尽可能地提高电池效率和降低电池成本（预计制造成本控制在$100/m2，发电成本控制在$0.20/W，转换效率要达到20%以上），是目前太阳能电池研究中的一个重点和热点方向。[1]

图四光伏电池的功率成本($/Wp)作为模块效率和面积成本的函数[1]

要方向。不同类型的电池研究重点不同，例如对于单晶硅和多晶硅系列电池，进一步提高电池效率比较困难，应考虑降低其成本，而对于新出现的有机电池染料电池，可以进一步优化其结构以提升电池本身效率。

六、展望

目前,太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以在边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用，以节省造价很贵的输电线路。但是在目前阶段，它的成本还很高，发出1kW电需要投资上万美元，因此大规模使用仍然受到经济上的限制。

但是，从长远来看，随着太阳能电池制造技术的改进、各种新型材料的引进以及新颖构造的提出，太阳能电池必将朝着高效率、低成本的方向迈进，再加上其本身丰富的资源，无污染的优良特性，未来必将被人类广泛利用，顶替现金的常规能源。

参考文献：

[1] Renée M. Nault, Argonne National Laboratory. “Basic Research Needs for Solar Energy Utilization”. Report on the Basic Energy Sciences Workshop on Solar Energy Utilization, April 18-21, 2005

[2] 罗运俊，何梓年，王长贵. 太阳能利用技术/21世纪可持续能源丛书. 北京：化学工业出版社，2005年1月

[3] 杨德仁. 太阳电池材料. 北京：化学工业出版社，2007年1月

[4] R. R. King, D. C. Law, K. M. Edmondson, C. M. Fetzer, G. S. Kinsey,

H. Yoon, R. A. Sherif, and N. H. Karam. “40% efficient metamorphic GaInP/GaInAs/Ge multijunction solar cells”. Appl. Phys. Lett., 2007, 90(183516)：1~3

[5] Gr?tzel M. “Photoelectrochemical cells”. Nature, 2001, 414, 338-344

[6] 李俊峰，王斯成，张敏吉，马玲娟等. 2007中国光伏发展报告. 中国环境科学出版社

[7] Robert W. Miles, Guillaume Zoppi, and Ian Forbes. “Inorganic photovoltaic cells”. Materialstoday, 2007, 10(11)：20～27

非晶硅太阳能电池研究毕业论文

非晶硅太阳能电池赵准（吉首大学物理与机电工程学院，湖南吉首 416000）摘要：随着煤炭、石油等现有能源的频频告急和生态环境的恶化．使得人类不得不尽快寻找新的清洁能源和可再生资源。其中包括水能、风能和太阳能，而太阳能以其储量巨大、安全、清洁等优势使其必将成为21世纪的最主要能源之一。太阳是一个巨大的能源，其辐射出来的功率约为其中有被地球截取，这部分能量约有的能量闯过大气层到达地面，在正对太阳的每一平方米地球表面上能接受到1kw左右的能量。目前分为光热发电和光伏发电两种形式。太阳能热发电是利用聚光集热器把太阳能聚集起来，将一定的工质加热到较高的温度（通常为几百摄氏度到上千摄氏度），然后通过常规的热机动发电机发电或通过其他发电技术将其转换成电能。光伏发电是利用界面的而将光能直接转变为电能的一种技术。目前光—电转换器有两种：一种是光—伽伐尼电池，另一种是光伏效应。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件，将光伏组件串联起来再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。因为光伏发电规模大小随意、能独立发电、建设时间短、维护起来也简单．所以从70年代开始光伏发电技术得到迅速发展，日本、德国、美国都大力发展光伏产业，他们走在了世界的前列，我国在光伏研究和产业方面也奋起直追，现在以每年20％的速度迅速发展。关键词：光伏发电；太阳能电池；硅基太阳能电池；非晶硅太阳能电池

1.引言 1976年卡尔松和路昂斯基报告了无定形硅（简称a一Si）薄膜太阳电他的诞生。当时、面积样品的光电转换效率为2．4％。时隔20多年，a一Si太阳电池现在已发展成为最实用廉价的太阳电池品种之一。非晶硅科技已转化为一个大规模的产业，世界上总组件生产能力每年在50MW以上，组件及相关产品销售额在10亿美元以上。应用范围小到手表、计算器电源大到10Mw级的独立电站。涉及诸多品种的电子消费品、照明和家用电源、农牧业抽水、广播通讯台站电源及中小型联网电站等。a一Si太阳电池成了光伏能源中的一支生力军，对整个洁净可再生能源发展起了巨大的推动作用。非晶硅太阳电他的诞生、发展过程是生动、复杂和曲折的，全面总结其中的经验教训对于进一步推动薄膜非晶硅太阳电池领域的科技进步和相关高新技术产业的发展有着重要意义。况且，由于从非晶硅材料及其太阳电池研究到有关新兴产业的发展是科学技术转化为生产力的典型事例，其中的规律性对其它新兴科技领域和相关产业的发展也会有有益的启示。本文将追述非晶硅太阳电他的诞生、发展过程，简要评述其中的关键之点，指出进一步发展的方向。 2.太阳能电池概述 .太阳能电池原理太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应把光能转化成电能的装置。太阳能电池以光电效应工作的结晶体太阳能电池和薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。所谓光生伏特效应就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。为了理解太阳能电池的运做，我们需要考虑材料的属性并且同时考虑太阳光的属性。太阳能电池包括两种类型材料，通常意义上的P型硅和N型硅。在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体掺杂了能俘获电子的硼、铝、镓、铟等杂质元素，那么就构成P型半导体。如果在硅晶体面中掺入能够释放电子的磷、砷、锑等杂质元素，那么就构成了N型半导体。若把这两种半导体结合在一起，由于电子和空穴的扩散，在交接面处便会形成PN结，并在结的两边形成内建电场。太阳光照在半导体 p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n 区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应，也是太阳能电池的工作原理。太阳能电池种类太阳能电池的种类有很多，按材料来分，有硅基太阳能电池（单晶，多晶，非晶），化合物半导体太阳能电池（砷化镓（GaAs），磷化铟（InP），碲化镉（CdTe）, 铜铟镓硒（CIGS）），有机聚合物太阳能电池(酞青，聚乙炔)，染料敏化太阳能电池，纳米晶太阳能电池；按结构来分，有体结晶型太阳能电池和薄膜太阳能电池。

太阳能电池的发展历史

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/976192732.html, 太阳能电池的发展历史作者：张金晶来源：《商情》2016年第26期【摘要】相对于风能、地热能、生物能和潮汐能等新能源，太阳能以污染小、可利用率高、资源分布广泛和使用安全可靠等优点，成为最具有发展前景的能源之一。目前，随着太阳能电池制备技术的不断完善，其技术的开发应用已经走向商业化、大众化，特别是一些小功率、小器件的太阳能电池在一些地区都已经大量生产而且广泛使用。所以谁先开发光电转换效率高、制备成本低的太阳能电池就能在将来的市场抢占先机。【关键词】太阳能单晶硅薄膜电池引言：随着社会的飞速发展，能源是影响当今社会进步的重要因素，但是现阶段人类社会发展大部分还是依靠化石能源提供能量。可是化石能源分布极不均衡，并且不可再生，而且燃烧化石能源带来的环境污染、雾霾气候和温室效应严重影响到了人类社会的可持续发展。然而太阳能是一种可再生清洁能源，可以提供充足的能量供人类使用，因此开发新能源，是人类社会薪火相传，世代相传的重要保证。此外，不可再生能源的过快消耗对当今的环境形势提出了新的挑战。例如如何解决温室效应，臭氧空洞等问题。有限的化石能源以及在开发利用不可再生能源的过程中出现的负面影响，不仅阻碍了人类经济的飞速发展，而且还严重影响到社会的可持续发展。因此，发展一种新型能源已然成为世界各国提升自己综合国力和倡导能源发展的一个重要手段。 1. 第一代太阳能电池第一代太阳能电池是发展时间最久，制备工艺最为成熟的一代电池，一般按照研究对象我们将其可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅电池。按照应用程度来说前两者单晶硅与多晶硅在市场所占份额最多，商业前景最好。单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池。从单晶硅太阳能电池发明开始到现在，尽管硅材料有各种问题，但仍然是目前太阳能电池的主要材料，其比例约占整个太阳电池产量的90%以上。我国北京市太阳能研究所从20世纪90年代起开始进行高效电池研究，采用倒金字塔表面织构化、发射区钝化、背场等技术，使单晶硅太阳能电池的效率达到了19.8%。多晶硅太阳能电池的研究开发成本较低，稳定性也比较好，这两大优势引起了科研工作者的注意。其光电转换效率随着制备工艺的成熟不断提高，它达到的最高的光电转换效率为21.9%，但是它的电池效率在目前的太阳能电池中仍处于一般水平。 2.第二代太阳能电池

光电池的应用设计论文

第一部分摘要引言一、摘要光电传感器作为“为机器安装眼睛与大脑工程”的重要环节,目前已深入到国民经济各个部门，成为跨行业应用的器件。本文根据传感器原理不同，从工作原理、结构及基本特性参数介绍了几种光电传感器，并以光电池为例介绍了和分析了两种实用电路，最后介绍了光电池电路的拓展功能以及光电传感器的应用前景。关键词：光电传感器光电池光控换向二、引言目前，光电传感器已经深入到国民经济各个部门，成为跨行业应用的器件，它被广泛应用到工业生产的许多方面，凡是需要观察和检测的场所都有应用的可能。它的非接触性、无损害、不受电磁干扰、能远距离传送信息以及远距离操纵控制等优点是得到广泛应用的保障。它在航天、航空、石油、化工、国防、安全、旅游、交通、城市建设和农业生产等领域都得到广泛的应用。光电传感器使人类有效地扩展了自身的视觉能力，使视觉的长波限延伸到亚毫米波（THz波），短波限延伸到紫外线、X射线、Y射线，乃至高能粒子，响应速度达到纳秒级，能够到人们无法达到的场所，将那里发生的瞬间变化过程与长时间历史经历过程记录下来，供人们使用。

第二部分设计目的课程设计目的传感器技术课程设计的目的是使学生能够将《传感器技术》课程的内容与实际应用有机的联系起来，形成测量控制系统的概念，掌握智能检测（或仪表）系统设计的基本思想和方法。培养学生综合运用基础及专业知识的能力，提高解决实际工程技术问题的能力；加强查阅相关图书资料、产品手册和各种工具书的能力；提高书写技术报告和编制技术资料的能力。第三部设计过程一、光电池简介 1、概述光电池是一种用途很广的光敏器件，其优点是体积小、重量轻、寿命长、性能稳定、光照灵敏度较高、光谱响应频带较宽且本身不耗能，是小型化、微功耗仪器中常见的换能器件。当光电池受到光照时不需要外加其他形式的能量即可产生电流输出，电流大小反映了光照强度大小。 2、光电池原理与结构光电池是利用光生伏特效应吧光能直接转变成电能的光电器件。由于它能够把太阳能直接转变为电能，因此又称为太阳电池，其实质就是一个电压源。光电池的种类有硒光电池、氧化亚铜光电池、砷化镓光电池、硅光电池（本次设计所使用到的光电池传感器）、硫化铊光电池等。目前应用最广、最有发展前途的是硅光电池和硒光电池。硅光电池价格便宜，转化效率高，寿命长，适合于接受红外光，硒光电池的光电转换效率低。寿命短，适合接受可见光。 2.1 相关元件；感光元件，LED指示灯，电容，电阻，二极管等 3、硅光电池的基本结构按硅光电池衬底材料不同科分为2DR型和2CR型。如图a所示为2DR型硅光电池，它是以P型硅材料为衬底（即在本征型硅材料中渗入三价元素或镓等）然后再衬底上扩散而形成N型层并将其作为受光面。硅光电池的受光面的输出电极多做成如图b所示为硅光电池的外形，图所示的梳齿状或“E”字型电极，其目的是减小硅光电池的内阻。

基于单片机的太阳能充电器的设计毕业设计(论文)

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太阳能电池发展现状综述

太阳能电池发展现状综述摘要：随着社会的发展，传统能源消耗殆尽,能源越来越收到重视。其中发展前景最为广阔的莫过于太阳能。太阳能绿色环保，因此逐渐受到了人们的普遍重视。太阳能已成为新能源领域最具活力的部分，世界各国都致力于发展太阳能。本文主要阐述了太阳能电池的发展历程，太阳能电池的种类，太阳能电池的现状以及发展前景. 关键词：太阳能电池；太阳能电池种类；发展现状； Narration on the Current Situation of Solar Battery Abstract:With the development of society, traditional energy will be used up in a short time.Eneygy are being payed more and more attention.And the solar energy is the most promising.Because of its’environmental protection,it gets widespread attention. Solar energy has become the most vibrant part among the new energy field,and all countrise tried their best to develop solar energy.This article mainly explains the development of solar battery,the types of solar battery,curent situation of solar battery and its’ prospect. Key Words:solar battery; types of solar battery; curent situation of solar battery 1引言随着经济的发展，能源的重要性日趋凸显。但是石油、煤等不可生起源消耗殆尽，人们开始探索新的能源。太阳能取之不尽用之不竭，因此受到了人们的亲睐。在太阳能电池领域中，太阳能的光电利用是近些年来发展最快、最具活力的研究领域[1]．太阳能电池的研制和开发日益得到重视．制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础．其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生的光电子转化反应。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：①硅太阳能电池；②以无机盐如砷化镓Ⅲ一V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；③纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：①半导体材料的禁带不能太宽；②要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且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料[2]．这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因. 本文简要地综述了太阳能电池发展进程，太阳能电池的种类，以及发展现状，并讨论了太阳能电池的发展趋势。 2太阳能电池现状及其前景

太阳能电池论文薄膜太阳能电池论文

太阳能电池论文薄膜太阳能电池论文论太阳能电池片(晶体硅\非晶硅)在建筑幕墙上的发展趋势摘要:目前用于建筑幕墙上的太阳能电池主要有两种:晶体硅和非晶硅,它们都有各自的优缺点,如何区别选择应用到建筑幕墙上,既能够获得在最小面积具有最大发电量,又能满足建筑幕墙的装饰效果和建筑功能的需要。关键词:建筑幕墙:太阳能光伏组件:发电量:装饰效果:建筑功能 1 前言建筑耗能占全部能耗领域在三分之一以上,如何降低建筑物能耗指标成为节能减排和可再生能源的重要课题,而将节能减排和可再生能源两者结合一起应用到建筑物上当数建筑幕墙是最恰当的选择。建筑幕墙是建筑物外围护体之一,是建筑物室内与室外的屏障,它的保温性能好坏,是整个建筑物的关键,做好了它的保温隔热工作,是做好了节能的重要组成部分:建筑幕墙因完全暴露阳光下,接受太阳光的直射,因此如何利用建筑采集太阳能发电,是可再生能源在建筑物外墙利用的重要课题之一,随着中国的建筑幕墙由90年代年产量500.600万m2,迅速增长到现在5000-6000万m2,目前还在以10-20%速度增长,如果我国能够在这个数量基础上推广使用10%左右光电幕墙,全国每年大约将有500-600万m2光电幕墙产生,年产电能约50-70亿KWH,相当于5-10座中型火力发电站,可以减排Co2约30万t,按此推算,如果国家按十一五计划发展太阳能产业,它将在我国的绿色、环

保、节能方面产生巨大的社会效益。还有在建筑幕墙推广太阳能发电是充分利用立体空间,建筑外壳能为光伏发电提供足够的面积,不需要占用昂贵的土地资源,不需要专项投资电厂(如火力发电站),可在原地发电、原地使用,减少电力输送的线路损耗及线路架设成本等。怎样让光电幕墙在建筑物上真正做到清洁、完美、使人赏心悦目,容易被专业建筑师、用户和公众接受,真正实现大面积推广光伏发电与建筑一体化工程,也就是本篇文章所要讨论的重点。 2 光伏组件在建筑物应用的现状 2.1 太阳能电池的分类和性能。太阳能电池片经过加工后的产品就是光伏组件,太阳能电池按基本材料分为:晶体硅太阳能电池,非晶硅太阳能电池,微晶硅太阳能电池。硒光电池,化合物太阳能电池,有机半导体太阳能电池等,目前在建筑物使用的主要是晶体硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池,晶体硅电池又分为单晶硅和多晶硅电池, 非晶硅电池又分为单结、双结和多结电池。性能方面晶体硅电池电能转换率可达12-17%,但品种和颜色单一,可加工性差,弱光下不能发电,低纬度地区不适宜选择:非晶硅电池转换率较差,只有7-10%,但可加工性好,对弱光和散射光适应度高,适宜在低纬度地区和阴湿天气较多地区选用(如湖南、湖北、江西等地区)。晶体硅太阳能电池与非晶硅太阳能电池的性能比较如表1。非晶硅电池主要特点如下:

光伏毕业论文参考

目录摘要1 ABSTRACT 2 1 绪论3 2 太阳能光伏电源系统的原理及组成4 2.1 太阳能电池方阵4 2.1.1 太阳能电池的工作原理5 2.1.2 太阳能电池的种类及区别5 2.1.3 太阳能电池组件5 2.2 充放电控制器6 2.2.1 充放电控制器的功能7 2.2.2 充放电控制器的分类7 2.2.3 充放电控制器的工作原理8 2.3 蓄电池组9 2.3.1 太阳能光伏电源系统对蓄电池组的要求9 2.3.2 铅酸蓄电池组的结构10 2.3.3 铅酸蓄电池组的工作原理10 2.4 直流-交流逆变器11 2.4.1 逆变器的分类11 2.4.2 太阳能光伏电源系统对逆变器的要求12 2.4.3 逆变器的主要性能指标12 2.4.4 逆变器的功率转换电路的比较14 3 太阳能光伏电源系统的设计原理及其影响因素16 3.1 太阳能光伏电源系统的设计原理17 3.1.1 太阳能光伏电源系统的软件设计17 3.1.2 太阳能光伏电源系统的硬件设计19 3.2 太阳能光伏电源系统的影响因素20 4 总结21 致谢参考文献摘要光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上蓄电池组，充放电控制器，逆变器等部件就形成了光伏发电装置。本文首先介绍了太阳能光伏电源系统的原理及其组成，初步了解了光生伏打效应原理及其模块组成，然后进一步研究各功能模块的工作原理及其在系统中的作用，最后根据理论研究成果，利用硬件和软件相结合的方法设计出太阳能光伏电源系统，以及研究系统的影响因素。关键词：光生伏特效应；太阳能电池组件；蓄电池组；充放电控制器；逆变器

浅谈太阳能电池的发展与应用

浅谈太阳能电池的基本原理与应用摘要：人类面临着有限常规能源和环境破坏严重的双重压力。特别是煤、石油、天然气等不可再生能源的逐渐枯竭，能源问题已经成为制约社会经济发展的重大问题，研究新能源的开发利用已是当务之急。太阳能作为一种清洁、高效、取用不尽的能源已有尽半个世纪的发展历程。并成为当前各国争相开发利用的一种新能源。太阳能光伏发电的最核心的器件是太阳能电池，太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。为全面的了解太阳能电池的相关知识，本文通过查阅大量资料与新闻信息，综述太阳能电池的发展历程与当前应用情况。重点研究太阳能电池的工作原理，基本结构，主要类型，发展现状及趋势。关键词：太阳能电池;基本原理;材料; 晶体硅;薄膜太阳能电池;转换效率引言：由于人类对可再生能源的不断需求。促使人们致力于开发新型能源。太阳在40min内照射带地球表面的能量可供全球目前能源消费的速度使用1年。合理的利用好太阳能将是人类解决能源问题的长期发展战略，是其中最受瞩目的研究热点之一。在太阳能的有效利用中, 太阳能的光电利用是近些年来发展最快、最具活力的研究领域. 太阳能电池的研制和开发日益得到重视. 太阳能电池是利用光电材料吸收光能后发生的光电子转移反应而进行工作的. 根据所用材料的不同, 太阳能电池主要可分为四种类型: ( 1) 硅太阳能电池; ( 2) 多元化合物薄膜太阳能电池; ( 3) 有机物太阳能电池; ( 4) 纳米晶太阳能电池.太阳能电池以硅材料为主的主要原因是其对电池材料的要求: ( 1) 半导体材料的禁带宽度不能太宽; ( 2) 要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且材料性能稳定. 随着新材料的不断开发和相关技术的发展, 以其他材料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景. 本文简要地综述了太阳能电池的原理、种类及其研究现状, 并讨论了太阳能电池的发展趋势. 1 基本原理太阳能（Solar Energy），一般是指太阳光的辐射能量。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。 1.1 半导体的简单介绍半导体材料指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料，这种材料在某个温度范围内随温度升高而增加电荷载流子的浓度，电阻率下降。半导体材料很多，按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。锗和硅是最常用的元素半导体；化合物半导体包括Ⅲ-Ⅴ族化合物（砷化镓、磷化镓等）、Ⅱ-Ⅵ族化合物( 硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体（镓铝砷、镓砷磷等）。除上述晶态半导体外，还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素，导电性能具有可控性。在光照和热辐射条件下，其导电性有明显的变化。 1.1.1关于半导体的基本概念共价键结构：相邻的两个原子的一对最外层电子（即价电子）不但各自围绕自身所属的原子核运动，而且出现在相邻原子所属的轨道上，成为共用电子，构成共价键。自由电子的形成：在常温下，少数的价电子由于热运动获得足够的能量，挣脱共价键的束缚变成为自由电子。空穴：价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。载流子：运载电荷的粒子称为载流子，包括电子与空穴。杂质半导体：通过扩散工艺，在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素，可得到杂质半导体。 P型半导体：在纯净的硅晶体中掺入三

太阳能电池的论文

太阳能电池的论文 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020

太阳能电池班级：2012级化学姓名：张芳华学号： 23 摘要：本文详细阐述了主要几类太阳能电池的原理及发展现状，从材料、工艺与转换效率等方面讨论了它们的优势和不足之处，并对太阳能电池的发展趋势进行了预测。关键词：太阳能电池；转换效率；材料人类面临着有限常规能源和环境破坏严重的双重压力，已经成为越来越值得关注的社会与环境问题。合理的利用好太阳能将是人类解决能源问题的长期发展战略，是其中最受瞩目的研究热点之一。近年来，太阳能电池快速发展并取得了可喜的成就。太阳能电池，可视为迄今为止最美妙、最长寿和最可靠的发电技术。 1、太阳能电池的原理。所谓太阳能电池是指由光电效应或光化学效应直接把光能转化为电能的装置。太阳光照在半导体P-N结上，形成新的空穴电子对，在P-N结电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就形成了电流，这就是光电效应太阳能电池的工作原理。 2太阳能电池的优缺点太阳能的优点。太阳能作为一种新能源，它与常规能源相比有三大特点：第一：它是人类可以利用的最丰富的能源。据估计，在过去漫的11亿年中，太阳消耗了它本身能量的2%。今后足以供给

地球人类，使用几十亿年，真是取之不尽，用之不竭。第二：地球上，无论何处都有太阳能就可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对交通欠发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值。第三：太阳能是一种洁净的能源。在开发利用时，不会产生废渣、废水、废气、也没有噪音，更不会影响生态平衡。绝对不会造成污染和公害。太阳能的缺点。第一：能量密度较低，日照较好时，地面上1平方米的面积所接受的能量只有千瓦左右。往往需要相当大的采光集热面才能满足使用要求，从而使装置占地面积大、用料多，成本增加。第二：天气影响较大，到达某一地面的太阳辐射强度，因受地区、气候、季节和昼夜变化等因素影响，时强时弱，时有时无给使用带来不少困难。 4．各类太阳能电池的发展状况太阳能电池类型（按材料分）包括[1]：硅系太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极性电池、纳米经化学太阳能电池。下面将分别对这4 类电池从其结构特性、生产应用等方面加以叙述。硅系太阳能电池[3]单晶硅太阳能电池是当前开发的最快的一种太阳能电池，以高纯的单晶硅棒为原料。其结构工艺已基本定型，产品已广泛应用与空间和地面。在实验室里最高的转换效率是% 是印度物理研究所开发的一种依据内部光陷作用的高效硅太阳电池。

2021年太阳能电池原理开题报告

太阳能电池原理开题报告由于现在社会一直提倡环保节能，那些煤炭、石油、天然气等有污染的资源渐渐被太阳能所替代，每个国家都在尽力研究太阳能这一天然资源，所研究的程度和利用价值，成为了国家发展的代表。目前全世界共有136 个国家投入普及应用太阳能电池的热潮中,其中有95 个国家正在大规模地进行太阳能电池的研制 ___,积极生产各种相关的节能新产品。多国家正在制订中 ___太阳能 ___计划,准备在21世纪大规模 ___太阳能，美国能源部推出的是国家光伏计划, ___推出的是阳光计划。我国对太阳能电池的研究 ___工作高度重视,早在七五期间,非晶硅半导体的研究工作已经列入国家重大课题;八五和九五期间,我国把研究 ___的重点放在大 ___太阳能电池等方面。太阳能现如今被广大的社会所重视。目前,太阳能电池的应用已从军事领域、 ___领域进入工业、商业、农业、通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、岛屿和农村使用，以节省造价很贵的输电线路。现如今我们的生活已经离不开这一天然环保的能源，我将利用所学知识，对太阳能电池原理进行分析，使自己更加了解这一热门资源的基本原理、利用价值、发展情况等。这次项目对我的应用能力

也是一次检验和训练；同时可以提高自己实际分析问题和解决问题的能力；加强自己在高速发展的信息社会里的竞争能力。通过去图书馆和网上查找关于太阳能方面的资料，主要关于太阳能的历史、基本原理、发展情况和现如今社会对太阳能的.的利用发范围等进行阅读，并对有关的重要材料进行研究、分析和归纳，根据自己对太阳能电池的理解和归纳进行进一步研究。针对这次的题目，首先我将对太阳能的原理进行深入地分析，只有了解了其基本原理，才能让我进行下一步研究，我们太阳能电池的各部分的原理，以及太阳能 ___历史和前景。从以前少数国家 ___到受到全球人民 ___的这一演变过程，应用的范围等。首先寻找重要资料，找到自己所需要的，利用一个月的时间，将大纲拟定出来，绕后围绕着自己的提纲进行撰写，大概需要两至三个月的时间，在四月中旬定稿，并且修补自己的不足，最终定稿。光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电。光—电直接转换方式该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能。薄膜式太阳能电池的原理等。

单晶硅的制备及其太阳能电池中的运用本科毕业论文

2015届毕业论文（设计）论文（设计）题目单晶硅的制备及其在太阳能电池中的运用子课题题目无所属院系物理科学与技术系专业年级物理学2班 2015年5月

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：日期：

学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日

太阳能电池的发展与应用

太阳能电池的发展与应用目前国际上大量使用的电池为单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池三种，这三种电池约各占1/3的市场，我国目前有7个太阳电池生产线，主要是生产单晶硅及非晶硅太阳电池，多晶硅太阳电池也有少量生产。我国生产单晶硅太阳电池的效率在12-13%，多晶硅太阳电池在10%，非晶硅太阳电池在5-6%。晶体硅太阳电池在研究上是朝着高效率化、薄片化、大面积化的方向发展。1995年我国晶体硅太阳电池组件的参考价格为45元/瓦，非晶硅太阳电池组件为25元/瓦，仍为常规能源的几倍，但在无电地区及拉线不方便的地方，已产生了良好的经济效益。太阳能蓄电池又称光伏电池，是一种能有效地吸收太阳辐射能，并使之转变成电能的半导体器件。它可单独地作为光探测元件，例如在照像机中使用，主要是经过串联和并联，以获得所需的电压及电流来作为供电电源使用。太阳电池的外观就如一张薄的卡片或一片薄的玻璃片一样，与普通电池外观不同，它自身也不能储存电能，即没以有光时就不发电，如果晚上要用它，就要与蓄电池配合使用。太阳电池的面积每100㎝2在强阳光下约产生1瓦的电，我们常说的1度电是1千瓦小时，也就是1千瓦这样的电池工作1小时才能产生1度电。太阳能光伏发电，可视为迄今为止最美妙、最长寿和最可靠的发电技术。与太阳能发电相比，它另涉及半导体器件，既无运动部件，又无流动工质，因此，避免了机械维修和工质腐蚀的问题,是可再生能源和可持续发展的可靠能源。硅太阳电池的发展，始于1954年在,美国贝尔研究所试制成功，次年便被用做电信装置的电源，1958年又被美国首次应用和于"先锋1号"人造卫星。宇宙开发极大地促进了太阳电池的开发。与此同时，地面用太阳电池的研究也在不断开展，特别是1973年的能源危机，又大大加速了地面太阳电池的发展。许多国家为开发、利用太阳能蓄电池，为阳光发电的研究投入了相当数量的资金。迄今为止翱翔于太空的成千个飞行器中，大多数都配备了太阳能蓄电池系统。第一颗人造卫星上天，是光伏技术开发利用的起点，经过近五十年的发展，它已形成一门新的光伏科学与光伏工程。无论是在宇宙飞行中的应用，还是作为地面发电系统的应用，从开发速度、技术成熟性和应用领域来看，光伏技术都是新能源中的佼佼者。太阳电池作为有潜力的可再生能源，在地面上逐渐得到推广。太阳电池的成本及售价也在逐年下降，多年来太阳电池的产量一直以10-25%的增长率在增加。1990年世界太阳能蓄电池组件的产量70MW(兆瓦)，我国为1.2MW，主要是用在太阳光照好的边远地区。到2001年全世界太阳电池的产量达到350MW，我国太阳能蓄电池的实际产量已达到4.5MW，累计安装量已超过20MW。我国是个发展中国家，地域辽阔，有许多边远省份和经济欠发达地区。据统计目前我国尚有700万户(2800万人口)，还没有用上电，60%的有电县严重缺电。这些地区在短期内不可能靠常规电力解决用电问题，光伏发电则是解决分散农、牧民用电的理想途径，市场潜力非常巨大。

硅基太阳能电池的发展及应用

.. 硅基太阳能电池的发展及应用摘要：太阳能电池是缓解环境危机和能源危机一条新的出路，本文介绍了硅基太阳能电池的原理，综述了硅基太阳电池的优点与不足，以及硅基太阳能电池和其他太阳能电池的横向比较，硅基太阳能电池在光伏产业中的地位，并展望了发展趋势及应用前景等。关键词：硅基太阳能电池转换效率 1引言二十一世纪以来，全球经济增长所引发的能源消耗达到了空前的程度。传统的化石能源是人类赖以生存的保障，可是如今化石能源不仅在满足人类日常生活需要方面捉襟见肘，而且其燃烧所排放的温室气体更是全球变暖的罪魁祸首。随着如今全球人口突破70亿，能源的需求也在过去30年间增加了一倍。特别是电力能源从上世纪开始，在总能源需求中的比重增长迅速。中国政府己宣布了其在哥本哈根协议下得承诺，至2020年全国单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40% --45%，非化石能源占一次能源消费的比重提高至少15%左右【6】。目前太阳能电池主要有以下几种：硅太阳能电池，聚光太阳能电池，无机化合物薄膜太阳能电池，有机化合物薄膜太阳能电池，纳米晶薄膜太阳能电池，叠层薄膜太阳能电池等，其材料主要包括产生光伏效应的半导体材料，薄膜衬底材料，减反射膜材料等【5】。

（图1：太阳能电池的种类）太阳电池的基本工作原理是：在被太阳电池吸收的光子中，那些能量大于半导体禁带宽度的光子，可以使得半导体中原子的价电子受到激发，在p区、空间电荷区和n区都会产生光生电子左穴对，也称光生载流子。这样形成的光生载流子由于热运动，向各个方向迁移。光生载流子在空间电荷区中产生后，立即被内建电场分离，光生电子被推进n区，光生空穴被推进p区。因此，在p-n结两侧产生了正、负电荷的积累，形成与内建电场相反的光生电场。这个电场除了一部分要抵消内建电场以外，还使p型层带正电，n型层带负电，因此产生了光生电动势，这就是光生伏特效应(简称光伏)。

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

太阳能电池的工作原理、工作效率、制造太阳能的材料及大致构造

引言太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源．也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。为此，人们研制和开发了太阳能电池。制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3、功能高分子材料制备的大阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：1、半导体材料的禁带不能太宽；②要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且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料，这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。但随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它村料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。本文简要地综述了太阳能电池的种类及其研究现状，并讨论了太阳能电池的发展及趋势。 1 硅系太阳能电池 1.1 单晶硅太阳能电池硅系列太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成热的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅的电地工艺己近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。提高转化效率主要是*单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在此方面，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。并在表面把一13nm。厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合．通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的电池转化效率超过23%，是大值可达23．3％。Kyocera公司制备的大面积（225cm2）单电晶太阳能电池转换效率为19．44%，国内北京太阳能研究所也积极进行高效晶体硅太阳能电池的研究和开发，研制的平面高效单晶硅电池（2cm X 2cm）转换效率达到19.79%，刻槽埋栅电极晶体硅电池（5cm X 5cm）转换效率达8.6%。单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池的替代产品，现在发展了薄膜太阳能电池，其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表。 1．2 多晶硅薄膜太阳能电池通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350～450μm的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。因此实际消耗的硅材料更多。为了节省材料，人们从70年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但由于生长的硅膜晶粒大小，未能制成有价值的太阳能电池。为了获得大尺寸晶粒的薄膜，人们一直没有停止过研究，并提出了很多方法。目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积（LPCV D）和等离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺。此外，液相外延法（LPPE）和

太阳能电池论文

太阳能电池论文——浅谈太阳能发电收藏此信息打印该信息添加：不详来源：未知太阳能电池论文——浅谈太阳能发电一、太阳能发电背景能源是现代社会存在和发展的基石。随着全球经济社会的不断发展，能源消费也相应的持续增长。随着时间的推移，化石能源的稀缺性越来越明显。在化石能源供应日趋紧张的背景下，大规模的开发和利用可再生能源已成为未来各国能源战略中的重要组成部分。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。众所周知，太阳能是一种可持续利用的清洁能源，当前世界面临人口、资源、环境的挑战，在寻求人类社会可持续发展的进程中，太阳能利用日益为世界各国所重视，太阳能作为一种高效、无污染的可再生资源，目前已逐渐被各行各业所利用。这对缓解我国能源紧张状况，减少环境污染，同时提高人们的生活水平，具有非常重要的意义。地球以173×105瓦的功率接收来自太阳的辐射能，全球每年得到的太阳能相当于68万亿吨石油，其开发和利用有着极大的潜力。在人类总耗能中，建筑耗能占30％以上，在建筑用能中，空调、供暖与家用热水所消耗的能量约占家庭全部耗能量的25％一35％。基于这种情况，利用太阳能供暖和热水将是必然的趋势。二、太阳能发电技术简介太阳能一般是指太阳能的辐射能量，在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒

咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。目前太阳能发电有两种发电方法：一种是将太阳能转化为热能，然后按常规方式发电，称为太阳能热发电；另一种是利用光电器件利用光生伏达原理将太阳能直接转化为电能，称为太阳能光伏发电。太阳能热发电技术是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。采用太阳能热发电技术，避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，可以大大降低太阳能发电的成本。而且，这种形式的太阳能利用还有一个其他形式的太阳能转换所无法比拟的优势，即太阳能所烧热的水可以储存在巨大的容器中，在太阳落山后几个小时仍然能够带动汽轮发电一般来说，太阳能热发电形式有槽式，塔式，碟式三种系统。三种系统目前只有槽式线聚焦系统实现了商业化，其他两种处在示范阶段，有实现商业化的可能和前景。太阳能光伏发电是利用太阳能光伏电池的光生伏达原理吧太阳能直接转化为电能的发电形式。太阳能光伏发电系统一般由太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池组、直流-交流逆变器和交流配电设备等组成，如图1所示。太阳能电池板是太阳能光伏发电系统中的核心部分，其利用半导体的光伏效应把光能直接转化为电能，送往蓄电池中存储起来。如果太阳能发电系统与交流电网并联运行（光伏并网发电）则太阳能光伏发电系统可以省去蓄电池的部分，太阳能控制器和直流-交流逆变器合二为一，发电系统的投资最省，成本下降，同时还可以减少蓄电池对环境造成的影响。所以太阳能并网发电系统分是今后光伏发电的主要形式。