有机硅胶在太阳能中的应用

太阳能在校园应用

目录 背景资料 (1) （一）知识背景 (1) 一、利用太阳能 (1) 二、太阳能的光—电转换 (1) 三、太阳能电池 (1) 四、有关物理概念 (3) 五、结合校园科技景点 (4) （二）方法背景 (4) 1、设计理念 (4) 2、对象及用途 (4) 3、教材分析 (4) 课程目标 (5) 活动方案 (5) （一）示范性方案：太阳能电池基本性能的研究 (5) 太阳能电池性能研究实验报告记录（学生用） (7) 课余拓展实验（学生自己设计实验报告） (7) （二）指导性方案：太阳能凉帽的制作 (8) 太阳能凉帽的制作研究实验报告记录（学生用） (9) 利用太阳能作品设计申报表...........................................................................10（三）拓展性方案：太阳能电池的研究和利用...................................................1 1 课外实验研究（请你试一试） (13) 研究成果总结 (13) 校园中太阳能电池的利用——学习单 (14) 课题申请表 (14) 课题实施记录 (15) 交流汇报提纲 (15) 课题研究结题报告 (16) 课题评价 (17) 参考资料………………………………………………………………………………………。。。。。。。。18

校园中太阳能电池的利用 上海市南洋中学陆赵华 背景资料 （一）知识背景 能源是人类社会发展的物质基础，长期以来，大 量使用的煤炭、石油和天然气等化石能源不仅日益枯 竭，而且造成了严重的环境污染。面临能源和环境的双重挑战，人们不得不研究开发利用清洁和可再生的新能源（缩写为NRSE，即New and Renewable Sources of Energy），以求人类的可持续发展，这也是现代科学技术永恒的主题。很自然的想法是向太阳要电能，但怎样有效的利用太阳所恩赐的能量，使其成为本世纪的一大可利用能源，是新能源开发中的一个重要课题。我们学校设立以新能源系列为特色的科技景点，就是为了介绍和普及新能源的知识和应用，期望作为明天主人的青少年学生能够从直观上对新能源有所了解或由此产生兴趣和引起关心，也希望得到全社会的关心和扶植，使更多的有识之士立志献身于这一事业。 一、利用太阳能 太阳内部不停地进行着热核反应（氢变为氦），同时释放出巨大的能量。地球所接受的太阳能功率，平均每平方米为1353千瓦，这就是所谓的“太阳常数”。也就是说，太阳每秒钟照射到地球上的能量约为500万吨煤当量。就是这些能量比目前全世界人类的能耗量大 3.5万倍。地球每年所接收的太阳能至少有6×1017kW·h，相当于74万亿吨标准煤的能量。可见利用太阳能的潜力很大，开发利用太阳能大有可为。虽然很久以来，人们在不同程度地利用着其能量（右图是利用太阳能的主要途径）。 二、太阳能的光—电转换 太阳能的大规模利用，主要是用于发电，发电方式有两种： 光—热—电转换方式：就是利用太阳辐射热能发电，一般是由太阳能集热器将吸收的热能转换成蒸气，再驱动汽轮机发电，后一过程与火力发电一样。太阳能热发电的缺点是效率低而成本高，至少比普通火电站贵5～10倍。 光—电直接转换方式；其基本原理是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能。光—电转换的基本装置就是太阳能电池，它适用于电子仪表、光电信号器件、无人中续站、高山气象站等许多方面，尤其可以分散在边远山区、高山沙漠、海岛和农村使用，以节省一些造价很贵的输电线路。 三、太阳能电池 1、太阳能电池原理介绍

太阳能电池

太阳能电池及材料研究 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（LPCVD）和等

中国太阳能资源分布

中国气象科学研究院根据20世纪末期最新研究数据又重新计算了中国太阳能资源分布。 太阳能资源的分布具有明显的地域性。这种分布特点反映了太阳能资源受气候和地理等条件的制约。根据太阳年曝辐射量的大小，可将中国划分为4个太阳能资源带，如图所示。 这4个太阳能资源带的年曝辐射量指标： Ⅰ资源丰富带6700MJ(m2.a)* Ⅱ资源较富带5400-6700MJ/(m2.a) Ⅲ资源一般带4200-5400MJ/(m2.a) Ⅳ资源贫乏带< 4200MJ/(m2.a) 20世纪80年代中国的科研人员根据各地接受太阳总辐射量的多少，将全国划分为如下5类地区： (1)一类地区 全年日照时数为3200~3300h。在每平方米面积上一年内接受的太阳辐射总量为 6680~8400M]，相当于225~285kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括宁夏北部、甘肃北部、新疆东南部、青海西部和西藏西部等地。是中国太阳能资源最丰富的地区。 (2)二类地区 全年日照时数为3000~3200h。在每平方米面积上一年内接受的太阳能辐射总量为5852~6680 M]，相当于200~225kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地。为中国太阳能资源较丰富区。 (3)三类地区 全年日照时数为2200~3OOOh。在每平方米面积上一年接受的太阳辐射总量为 5016~5852M] ，相当于170~200kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括山东东南部、河南东南部、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、

广东南部、福建南部、江苏北部、安徽北部、天津、北京和台湾西南部等地。为中国太阳能资源的中等类型区。 (4)四类地区 全年日照时数为1400~2200h。在每平方米面积上一年内接受的太阳辐射总量为4190~5016 MJ，相当于140~170kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括湖南、湖北、广西、江西、浙江、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏南部、安徽南部以及黑龙江、台湾东北部等地。是中国太阳能资源较差地区。 (5)五类地区 全年日照时数为1000~1400h。在每平方米面积上一年内接受的太阳辐射总量为3344~4190 MJ，相当于115~140kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括四川、贵州、重庆等地。此区是中国太阳能资源最少的地区。 从两次测得的数据来看，我发现80年代到世纪末仅仅十几年我国的太阳能资源由原来的5个分区变为现在的4个分区，而且每个分区的辐射值均有降低现象。从太阳本体发射出的太阳辐射是不会减少的，造成太阳辐射量减少是因为我们的大气质量在逐渐减少，环境质量在逐渐降低。可见我们的太阳能事业还需继续发展来缓解地球的环境危机！

太阳能电池的种类特点及发展趋势

太阳能电池的种类特点及发展趋势一、种类 按照材料分类 ?硅太阳能电池：以硅为基体材料（单晶硅、多晶硅、非晶硅） ?化合物半导体太阳能电池：由两种或两种以上的元素组成具 半导体特性的化合物半导体材料制成的太阳能电池(硫化镉、 砷化稼、碲化镉、硒铟铜、磷化铟) ?有机半导体太阳能电池：用含有一定数量的碳－碳键且导电 能力介于金属和绝缘体之间的半导体材料制成的电池(分子 晶体、电荷转移络合物、高聚物) 单晶硅太阳电池 特点 硅系列太阳能电池中，单晶硅的光电转换效率最高，技术也最成熟，高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关成熟的加工工艺基础上。提高转换效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。单晶硅太阳能电池的转换效率无疑是最高的，在大规模应用和工业生产中仍旧占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本据高不下，严重影响了其广泛应用。 单晶硅太阳能电池的特点是对于大于0.7μm的红外光也有一定的灵敏度。以p 型单晶硅为衬底，其上扩散n型杂质的太阳能电池与n型单晶硅为衬底的太阳能电池相比，其光谱特性的峰值更偏向左边（短波长一方）。它对从蓝到紫色的短波长（波长小于0.5μm）的光有较高的灵敏度，但其制法复杂，成本高，仅限于空间应用。此外，带状多晶硅太阳能电池的光谱特性也接近于单晶硅太阳能电池的光谱特性。 1.多晶硅太阳电池 特点 单晶硅太阳能电池的缺点是制造过程复杂，制造电池的能耗大。为解决这些问题，用浇铸法或晶带法制造的多晶硅太阳能电池的开发取得了进展。在1976年证明用多晶硅材料制作的太阳能电池的转换效率已超过10%，对大晶粒的电池，有报道效率可达20%。这种低成本的多晶硅太阳能电池已经大量生产，目前，它在太阳能电池工业中所占的分额也相当大。 但是多晶硅材料质量比单晶硅差，有许多 晶界存在，电池效率比单晶硅低； 晶向不一致，表面织构化困难。 单晶、多晶与非晶的区别 多晶：短程有序（团体有序），成百上千个原子尺度，通常是在微米的量级； 非晶：局部有序（个体有序），微观尺度，几个原子、分子尺度，一般只有十几

纳米TiO2在太阳能电池中的应用

纳米TiO2在太阳能电池中的应用 姓名：周蕊 学号：201005010333 单位：西安建筑科技大学华清学院 材料科学与工程1003班 指导老师：杨春利 摘要:利用纳米尺度的半导体材料如TiO2、ZnO、SnO2等作为太阳能电池的光电极的研究是世界范围的研究热点，其中纳米TiO2由于光稳定、无毒成为研究光电太阳能转 在太阳能电池中的应用研究的最新进换电池使用最普遍的材料。目的：研究纳米TiO 2 在其中的应用开发提供参考和借鉴。方法展状况,为国内太阳能电池的研发与纳米TiO 2 应用以最新的文献为基础,进行归纳分析,研究其应用研究的新进展。结果：纳米TiO 2于太阳能电池,主要介绍了纳米管、线、薄膜等在染料敏化太阳能电池(DSSCs)和有机光伏太阳能电池(OPV)中的应用研究的一些最新成果。这2种太阳能电池也是新型太阳能电池研究中的2 个热点研究对象,太阳能电池作为洁净环境友好的绿色可再生能源, 在太阳能电池中的的应用,使太阳能电是未来开发与应用研究的重点。结论：纳米TiO 2 池的光电转化效率大大提高,使用寿命大为延长,但是在商业化批量生产的征途中依然有许多问题有待解决。 关键词: 纳米TiO2，太阳能电池，绿色能源，染料敏化，光电转化 1.引言 关于纳米TiO 的研究动态的文献分析已经有报道[ 1], 但是其中并未涉及具体应用例证, 2 仅仅就全球范围内进入21 世纪以来的研究文献( 包括专利文献和非专利文献) 进行了统 在电池中的应用进展进行简要概述。 计分析, 而本文是将纳米TiO 2 随着矿物燃料的枯竭和燃烧后对环境带来的负面效应( 主要是温室效应) , 使人们对环境友好型清洁能源的开发和利用越来越重视, 倡导低碳经济就是在可持续发展与环境保

太阳能电池材料的发展及应用

太阳能电池材料的发展及应用 材料研1203 Z石南起新材料（或称先进材料）是指那些新近发展或正在发展之中的具有比传统材料的性能更为优异的一类材料。新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料，具有比传统材料更为优异的性能。新材料技术则是按照人的意志，通过物理研究、材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程，创造出能满足各种需要的新型材料的技术。 随着科学技术发展，人们在传统材料的基础上，根据现代科技的研究成果，开发出新材料。新材料按组分为金属材料、无机非金属材料（如陶瓷、砷化镓半导体等）、有机高分子材料、先进复合材料四大类。按材料性能分为结构材料和功能材料。21世纪科技发展的主要方向之一是新材料的研制和应用。新材料的研究，是人类对物质性质认识和应用向更深层次的进军。 功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。 功能材料是新材料领域的核心，是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。它涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术等现代高新技术及其产业。功能材料不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，还对我国相关传统产业的改造和升级，实现跨越式发展起着重要的促进作用。 功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。世界各国均十分重视功能材料的研发与应用，它已成为世界各国新材料研究发展的热点和重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。在全球新材料研究领域中，功能材料约占85%。我国高技术 (863)计划、国家重大基础研究[973]计划、国家自然科学基金项目中均安排了许多功能材料技术项目（约占新材料领域70%比例），并取得了大量研究成果。

中国光资源分布

中国三北地区太阳能资源分布 按接受太阳能辐射量的大小，全国大致上可分为五类地区，如表1.1所示 五类地区分布图见图1.1

内蒙古太阳能资源状况： 内蒙古全区太阳能资源的分布自东部向西南增多，以巴彦淖尔市西部

及阿拉善盟最 多，太阳能总辐射量高达6490～6992兆焦耳/平方米，仅次于青藏高原，处我国的第二位。 一年之中，4～9月辐射总量与日照率都在全年的50%以上。特别是4～6月，东南季风还未推 进到内蒙古境内，所以空气干燥，阴云天气少，日照充足。内蒙古大部分年日照时数都大 于2700小时，其中： 1、巴彦淖尔市西部，日照时数为3100—3300小时。 巴彦淖尔市太阳能资源十分丰富，属我国太阳能资源富集区域。全市各地太阳年总辐 射量为198.8-208.5瓦/平方米之间，由东向西逐步增多。其中，杭锦后旗、五原为200-204 瓦/平方米之间，临河、乌中旗200瓦/平方米。各月总辐射的高值在5、6、7月，其次为8月 、4月和9月，其中5月达到极高值。5、6、7月的太阳高度角为一年中最高的时候，而5月是 降水量最少的月份，此时的云量少，晴天多，日照足，因而辐射强烈;6、7月份随云量和降 水天气的逐渐增多，总辐射量有所下降;8月为降水量多的时期，且日照时数也减少，辐射进一步减弱，其他月份由于太阳高度角低，日照时间短，比5月平均少30小时以上。

青海省位于青藏高原东北部，境内80%以上地区海拨高度3000m。大气层相对稀薄，目 光透过率高，加之气候干旱，降雨量少，无霜期长，云层遮蔽率低，故太阳能辐射资源十 分丰富。其特征为：一是年日照时间长，全省各地年日照时间达2300～3650h，年平均日照 率达60%～80%;二是光辐射强度大，省内各地的辐射总量达586×104～754×104kJ/m2·h。 三是直接辐射比例高。境内西、北部地区一般超过60%，全省直接辐射年平均值为419× 104kJ/m2·h以上。 新疆太阳能资源状况： 新疆水平表面太阳辐照度年总量为5×105～6.5×105 J / (cm2·a)，年平均值为5.8 ×105J/(cm2·a)，年总辐射量比同纬度地区高10%～15%，比长江中下游高15%～25%，仅次 于青藏高原，居全国第二位。太阳辐射峰值出现在东疆和南疆东部一带，最低值出现在博 州、阿尔泰和天山北麓部分地区，年总辐照度的区域分布大致是由东南向西北不均匀递减 。东南部太阳总辐照度多在5.8×105J/(cm2·a)以上，西北部均为5.2×105 J/(cm2·a)。

激光技术在光伏中的发展趋势

激光技术在光伏中的发展趋势 发表时间：2016-12-06T15:23:46.543Z 来源：《基层建设》2015年第35期作者：陈斅恔1 张舒明2 [导读] 摘要：激光技术作为近些年来新型的高尖端技术，其随着科学技术的不断进步正在高速发展，应用领域也越来越广泛。 天津市激光技术研究所天津南开 300193 摘要：激光技术作为近些年来新型的高尖端技术，其随着科学技术的不断进步正在高速发展，应用领域也越来越广泛。除了激光生成设备以及相关材料之外，激光技术还广泛应用于信息传输、材料切割、激光冷却以及激光加工等行业中，这些与激光的特殊性质是分不开的。本文便将对激光技术在光伏中的发展趋势进行探究，以促进激光技术在光伏产业中的应用。 关键词：激光技术；光伏产业；发展趋势 激光技术是当前最为重要的高尖端科学技术之一。一般来说，激光以单色光为主，因此其单色性能与其他光源相比更强。不仅如此，激光往往具有更好地方向性，并且亮度较强，所蕴含的能量通常较高，故其所能够应用的领域比普通光源要更加广泛。尤其是当前的军事、通讯等领域中，激光技术占据着重要地位。除此之外，由于激光的频率范围较窄，因此其能够将所蕴含的能量集中到很小的范围内，这也使得当前激光成为了一种非常重要的材料处理技术。 一、光伏发电系统 光伏也就是我们常说的光伏发电系统，比如我们在日常生活中见到的太阳能电池，实际上就属于简易的光伏发电装置。光伏发电与传统发电相比有着极为明显的优势，其无需消耗传统能源，如煤炭、石油等，而其与水力发电以及风力发电相比所需要的工作条件更为简单。同时，光伏发电系统效率相较于传统发电方式更高，这也使得光伏发电技术成为了当前全球能源短缺环境下最受人们重视的能源开发技术之一。 1、光伏发电技术 太阳能是我们所能接触到的最为重要的能源，因为地球上所有的能源归根结底都是由太阳能转化而来。比如说我们使用的煤炭与石油，是由古生物遗体经过一系列理化过程变化而来，能量的主要来源是古生物的生物质能，而古生物的生物质能又是有太阳能转化而来。由此我们可以看出太阳能对于人类生活发展的重要性。自人类社会步入电气化时代之后，电力成为了人类日常生活以及生产发展中最为重要的能源之一。在过去，人类发电往往使用火力发电，这种发电方式不但会消耗大量的木材、煤炭、石油等资源，发电效率较低，而且在焚烧过程中会对环境造成不可逆转的破坏。在科学技术经过长时间发展进步之后，人们开始尝试使用新型发电方式来代替火力发电，因而产生了风力发电、水力发电以及核发电等技术。在其中，太阳能发电技术可以说有着不可动摇的重要地位。 太阳能转化为电能主要依靠的是光伏元件，光伏元件是一种半导体元件，也是一种光敏电学元件，在受到光线照射的时候就会在元件两极产生电压，从而形成电流[1]。一般来说，光伏元件为了能够保证自身性能都会使用半导体材料制成，最常用的材料便是硅。在光伏发电的过程中，光伏元件不需要进行任何移动或是发生反应，只需要接受阳光照射便可以完成发电工作。这也使得其不会在受到损坏的情况下工作很长时间。现在，光伏发电技术已经运用到了我们的生活中，像是平时使用的太阳能手表、太阳能计算器等电子产品，都是通过光伏发电技术作为主要能量来源。而复杂一些的光伏发电元件发电量较大，可以为日常使用的建筑物提供所需电力，甚至可以直接为城市电网进行供电。 2、光伏发电技术面临的困境 光伏发电技术的核心便是光伏元件的制作，根据上文我们知道，光伏元件的制作材料以硅为主，由于硅的特殊物理性质使之在该领域占据极为重要的地位。但是，光伏发电技术属于高尖端技术，其对于光伏元件的精密程度要求极高，而传统的材料处理切割技术很难达到既定要求，这也极大程度上限制了光伏发电技术的进一步发展。若想要制作出合格的光伏元件，则需要耗费大量的人力物力，由此大大提高了光伏发电的成本，使之无法大范围推广并运用至各个领域。 二、激光技术在光伏中的发展趋势 激光以其独特的性能成为了当下光伏产业中应用最为广泛的技术之一。由于现在光伏技术的不断发展，社会生产对于光伏发电系统的需求量越来越大，这也要求光伏产业进一步提升自身的生产效率以及生产质量，同时尽可能的降低生产成本。在这个大背景下，激光技术发挥了重要作用，与传统光伏产业中应用到的技术相比占据着巨大优势。 1、激光技术的应用 激光可以将自身所蕴含的大量能量集中到横截面积很小的范围内释放，极大程度上提高了能量的利用效率，使其可以对较为坚硬的物质进行切割。在光伏元件制造过程中，往往需要使用激光对硅片进行打薄、切割、塑形等基本步骤。同时，激光的高能特性使之具有超高的温度，这可以在工作人员的精密控制下对硅片及附着物质进行灼烧，形成电池边缘掺杂或是对光伏元件表面进行镀膜[2]，提高光伏电池的发电能力与太阳能利用能力，从根本上提升光伏发电技术的效率。除此之外，传统的光伏发电技术进行发电时使用的光源都是自然光，其多由不同色光组成，波长频率跨度范围较大，能力损失也随之提高。在使用这一类光源作为电能转换来源时，发电效率普遍较低。因此可以使用激光源作为主要光源，以此来降低发电成本，提升发电效率。 2、激光技术的优点 激光技术之所以能够在光伏行业中得到广泛应用，最主要的原因是其可以在尽可能减少光伏电池制作成本的同时极大程度上提高光伏电池的发电效率。两个方面一升一降使得光伏发电的经济效益与传统发电技术相比更高。激光技术不但让光伏电池的制作更加简单，同时也在保证生产效率的同时降低了生产流程中材料的损坏率，这从另一个侧面再一次降低了光伏发电的成本。 从生产光伏元件的角度来讲，激光技术与其他生产工艺相比无疑占据了巨大优势。首先，激光的波长可以通过工作人员的调整进行相应的转变。在光伏元件中，虽然最主要的制作材料是以硅为主的半导体材料，但是仍需要部分金属材料以及其他电介质材料才能够完成制作。传统的材料处理工艺在处理不同种类型材料时有着较为明显的缺陷，往往需要临时更换设备，而激光技术则可以根据不同材料对光波的吸收特性改变激光的波长，从而简化生产步骤。其次，硅的理化性质较为稳定，但是在高温较高的情况下仍会与空气中的氧气反应生成二氧化硅；除此之外，虽然硅的硬度较高，但是脆性较大，在受到外力猛烈作用时便会碎裂。这就限制了传统材料处理工艺在光伏产业中的应用。而激光技术使用短波光源或者是脉冲光源时不会产生高热，降低了硅发生变质的概率，同时其对硅材料进行处理时不会有实体机械与硅进行接触，这样减少了硅因机械冲击而发生的损坏，保障了激光技术应用的可靠性。不仅如此，激光的单色性较强，蕴含能量也相

《太阳能电池基础与应用》太阳能电池-第四章-4

第四章
4.1 3 4.2 4.3 3 4.4 4.5 4.6
太阳电池基础
光生伏特效应 光生载流子的浓度和电流 太阳电池的伏安特性 太阳电池的性能表征 太阳电池的测试技术 太阳电池的效率分析

4.6 太阳电池效率分析-极限效率
太阳电池的理论效率
VOC I SC ? FF ?? ?100% Pin
当入射太阳光谱AM0或AM1.5确定后， 为获得较高的转换效率， 需要增加Voc、Isc和FF
填充因子FF
在理想情况下（当voc>10），填充因子FF仅是开路电压Voc的函数
Voc的函 数
voc ? ln（voc ? 0.72） q FF ? voc ? Voc , voc ? 1 kT

4.6 太阳电池效率分析-极限效率
短路电流Isc
I sc ? ? I L I L ? qAG ? Le ? W ? Lh ? ,
假设到达电池表面的每一个能量大于材料禁 带宽度Eg的光子，会产生一个电子-空穴对。 将光通量对波长进行积分，可以得到产生率G。
开路电压Voc
Voc ?
2
? kT ? I L ln ? ? 1? q ? I0 ?
? Eg ? I 0 =1.5 ? 10 exp ? ? ? kT ? ?
5
Eg ) I0∝ ni ? N C N V exp(? kT
禁带宽度Eg减小，I0增加，Voc减小

4.6 太阳电池效率分析-极限效率
最佳带隙宽度
禁带宽度Eg减小
Isc增加
Voc减小

我国太阳能资源分布概况

我国太阳能资源分布概况 北极星太阳能光伏网 我国幅员广大，有着十分丰富的太阳能资源。据估算，我国陆地表面每年接受的太阳辐射能约为50x1018kJ，全国各地太阳年辐射总量达335～837kJ/cm2·a，中值为586kJ/cm2·a。从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。尤其是青藏高原地区最大，那里平均海拔高度在4000m以上，大气层薄而清洁，透明度好，纬度低，日照时间长。例如被人们称为“日光城”的拉萨市，1961年至1970年的平均值，年平均日照时间为3005.7h，相对日照为68%，年平均晴天为108.5天，阴天为98.8天，年平均云量为4.8，太阳总辐射为816kJ/cm2·a，比全国其它省区和同纬度的地区都高。全国以四川和贵州两省的太阳年辐射总量最小，其中尤以四川盆地为最，那里雨多、雾多，晴天较少。例如素有“雾都”之称的成都市，年平均日照时数仅为1152.2h，相对日照为26%，年平均晴天为24.7天，阴天达244.6天，年平均云量高达8.4。其它地区的太阳年辐射总量居中。 我国太阳能资源分布的主要特点有：太阳能的高值中心和低值中心都处在北纬22°～35°这一带，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心;太阳年辐射总量，西部地区高于东部地区，而且除西藏和新疆两个自治区外，基本上是南部低于北部;由于南方多数地区云雾雨多，在北纬30°～40°地区，太阳能的分布情况与一般的太阳能随纬度而变化的规律相反，太阳能不是随着纬度的增加而减少，而是随着纬度的增加而增长。 按接受太阳能辐射量的大小，全国大致上可分为五类地区： 一类地区 全年日照时数为3200～330O小时，辐射量在670～837x104kJ/cm2·a。相当于225～285kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括青藏高原、甘肃北部、宁夏北部和新疆南部等地。这是我国太阳能资源最丰富的地区，与印度和巴基斯坦北部的太阳能资源相当。特别是西藏，地势高，太阳光的透明度也好，太阳辐射总量最高值达921kJ/cm2·a，仅次于撒哈拉大沙漠，居世界第二位，其中拉萨是世界著名的阳光城。 二类地区 全年日照时数为3000～3200小时，辐射量在586～670x104kJ/cm2·a，相当于200～225kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地。此区为我国太阳能资源较丰富区。 三类地区 全年日照时数为2200～3000小时，辐射量在502～586x104kJ/cm2·a，相当于170～200kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新

光电池的应用与发展

光电池的应用与发展 摘要： 光电池是利用光伏效应制成的检测光辐射的器件，主要是利用价带电子在光的照射下产生电动势。光电池也叫太阳能电池，直接把太阳光转变成电。因此光电池的特点是能够把地球从太阳辐射中吸收的大量光能转化换成电能。 光电池的种类很多，常用有硒光电池、硅光电池和硫化铊、硫化银光电池等。主要用于仪表，自动化遥测和遥控方面。有的光电池可以直接把太阳能转变为电能，这种光电池又叫太阳能电池。太阳能电池作为能源广泛应用在人造地卫星、灯塔、无人气象站等处。 随着可持续发展战略在世界范围内的实施，新能源的开发与利用显得尤为重要。在有关光电池的技术走进了我们的生活，因此这对于光电池的应用与发展方向进行的研究具有较为广泛的意义。 关键字：光电池；光伏效应；价带电子

目录 1.光电池简介 (3) 1.1光电池的定义 (3) 1.2光电池的种类 (3) 2.光电池的原理 (3) 3.光电池发展历史 (4) 4.光电池的应用与前景 (5) 4.1光电池的应用 (5) 4.1.1光电池的运用范围 (6) 4.1.2光电池家庭化的应用 (6) ①太阳能电话 (6) ②太阳能冰箱 (6) ③太阳能空调器 (7) ④太阳能电视机 (7) 4.1.3光电池的市场与应用 (7) 4.2光电池的前景 (8) 总结 (8) 参考文献 (9)

1.光电池简介 1.1光电池的定义 光电池（photovoltaic cell）是利用光伏效应（光电效应的衍生）制成的检测光辐射的器件，是一种在光的照射下产生电动势的半导体元件。可见光电池也是一种光电传感器。 光电池广泛用于把太阳能直接转换成电能，亦称太阳能电池。 1.2光电池的种类 光电池的种类很多，有硒光电池、硅光电池和硫化铊、硫化镉、砷化镓光电池等。其中硅光电池由于其转换效率高、寿命长、价格便宜而应用最为广泛。 2.光电池的原理 光电池是一种特殊的半导体二极管，能将可见光转化为直流电。有的光电池还可以将红外光和紫外光转化为直流电。 最早的光电池是用掺杂的氧化硅来制作的，掺杂的目的是为了影响电子或空穴的行为。 光伏发电是利用半导体pn结（pn junction）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(solar cell)。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（module），再配合上功率控制器等部件就形成了光

太阳能电池工作原理和应用

太阳能电池的分类简介 （1）硅太阳能电池 硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。 单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%（截止2011，为18%）。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，为了节省硅材料，发展了多晶硅 薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代 产品。 多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较，成本低 廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转 换效率为18%，工业规模生产的转换效率为10%（截 止2011，为17%）。因此，多晶硅薄膜电池不久 将会在太阳能电池市场上占据主导地位。 非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。

2）多晶体薄膜电池 多晶体薄膜电池硫化镉、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。 砷化镓（GaAs）III-V化合物电池的转换效率 可达28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光学 带隙以及较高的吸收效率，抗辐照能力强，对热 不敏感，适合于制造高效单结电池。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。 （3）有机聚合物电池 以有机聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制造的研究方向。由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本低等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。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。 （5）有机薄膜电池 有机薄膜太阳能电池，就是由有机材料构成核心部分的太阳能电池。大家对有机太阳能电池不熟悉，这是情理中的事。如今量产的太阳能电池里，95%以上是硅基的，而剩下的不到5%也是由其它无机材料制成的 6）染料敏化电池 染料敏化太阳能电池，是将一种色素附着在TiO2粒子上，然后浸泡在一种电解液中。色素受到光的照射，生成自由电子和空穴。自由电子被TiO2吸收，从电极流出进入外电路，再经过用电器，流入电解液，最后回到色素。染料敏化太阳能电池的制造成本很低，这使它具有很强的竞争力。它的能量转换效率为12%左右。 （7）塑料电池 塑料太阳能电池以可循环使用的塑料薄膜为原料，能通过“卷对卷印刷”技术大规模生产，其成本低廉、环保。但塑料太阳能电池尚不成熟，预计在未来5年到10年，基于塑料等有机材料的太阳能电池制造技术将走向成熟并大规模投入使用。 太阳能工作原理 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。太阳能发电有两种方式，一种是光一热一电转换方式，另一种是光一电直接转换方式。其中，光一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，光一电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种大有前途的新型

中国的太阳能资源分布状态

中国的太阳能资源分布状态 我国幅员广大，有着十分丰富的太阳能资源。据估算，我国陆地表面每年接受的太阳辐射能约为50x1018kJ，全国各地太阳年辐射总量达335～837kJ／cm2?a，中值为586kJ／cm2?a。从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。尤其是青藏高原地区最大，那里平均海拔高度在4000m以上，大气层薄而清洁，透明度好，纬度低，日照时间长。例如被人们称为“日光城”的拉萨市，1961年至1970年的平均值，年平均日照时间为3005.7h，相对日照为68％，年平均晴天为108.5天，阴天为98.8天，年平均云量为4.8，太阳总辐射为816kJ／cm2?a，比全国其它省区和同纬度的地区都高。全国以四川和贵州两省的太阳年辐射总量最小，其中尤以四川盆地为最，那里雨多、雾多，晴天较少。例如素有“雾都”之称的成都市，年平均日照时数仅为1152.2h，相对日照为26％，年平均晴天为24.7天，阴天达244.6天，年平均云量高达8.4。其它地区的太阳年辐射总量居中。 我国太阳能资源分布的主要特点有：太阳能的高值中心和低值中心都处在北纬22°～35°这一带，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心；太阳年辐射总量，西部地区高于东部地区，而且除西藏和新疆两个自治区外，基本上是南部低于北部；由于南方多数地区云雾雨多，在北纬30°～40°地区，太阳能的分布情况与一般的太阳能随纬度而变化的规律相反，太阳能不是随着纬度的增加而减少，而是随着纬度的增加而增长。 按接受太阳能辐射量的大小，全国大致上可分为五类地区： 一类地区 全年日照时数为3200～330O小时，辐射量在670～837x104kJ／cm2?a。相当于225～285kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括青藏高原、甘肃北部、宁

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)。

《太阳能电池基础与应用》太阳能电池-第四章-1

第四章 太阳电池基础 光生载流子的浓度和电流4.2太阳电池的测试技术4.4光生伏特效应34.1太阳电池的伏安特性34.34.5太阳电池的效率分析 太阳电池的性能表征4.6

太阳电池基本结构 以晶体硅太阳电池为例。 （1）以p型晶体硅半导体材料为衬底； （2）为了减少光的反射损失，常制作绒面减反结构（3）采用扩散法在硅衬底上制作重掺杂的n型层（4）PECVD生长SiO 减反层 2 （5）在n型层上面制作金属栅线，作为正面接触电极（6）在衬底背面制作金属膜，作为背面欧姆接触电极

半导体 吸收光子产生电子空穴对，电子空穴对在p-n结内建电场作用下分离，从而在p-n结两端产生电动势。 p-n结是太阳电池的核心 光生载流子形成一个与热平衡结电场方向相反的电场，使得势垒降低；光生电流与正向结电流相等时，pn结建立稳定的电势差，即光生电压 Electric Field

载流子运动的角度 太阳电池工作原理：当太阳光照射到太阳电池上并被吸收时，其中 的光子能把价带中电子激发到导带上去，形成 能量大于禁带宽度E g 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p-n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型一例，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”。如果在电 池的两端接上负载，在持续的太阳光照下，就会不断有电流经过负载。这就是太阳电池的基本工作原理。

能带的角度 持续光照条件下，大量的光生载流子产生，光生电子和空穴被源源不断地分别扫到n型和p型一两侧，致使n区和p区费米能级的分裂，若太阳电池断路，光生电压V即为开路电压V 。若外电路短路，pn结正向电流为 oc 零，外电路电流为短路电流，理想情况下也就是光电流。

我国太阳能资源分布概述

我国太阳能资源分布概述 编辑：sunny 作者：马月北京木联能软件技术有限公司高级工程师发表于：2014-04-09 来源：索比太阳能光伏网 摘要：根据过去一些太阳能辐射资源分布的相关研究，基于中国气象局及其下属单位、NREL和NASA 的研究成果，本文将对对我国太阳能资源分布情况进行描述。 Solarbe(索比)光伏太阳能网讯：摘要：根据过去一些太阳能辐射资源分布的相关研究，基于中国气象局及其下属单位、NREL和NASA的研究成果，本文将对对我国太阳能资源分布情况进行描述。 太阳能是一种清洁的、环保的可再生能源。太阳能发电成为目前备受关注的焦点之一。我国太阳能发电正处于蓬勃发展阶段，详细了解我国太阳能资源分布情况能够有效的指导宏观决策，对我国太阳能资源开发具有重要意义。 目前，一些机构已从事太阳辐射观测、数值模拟工作多年，并取得了重要成果。例如，中国气象局及其下属单位建立了多个太阳辐射观测站、气象站，组成了太阳能资源观测网，获取真实的观测资料，并结合气候统计和数值模拟等方法绘制我国太阳能资源气候分布图。美国可再生能源实验室（NREL）研发了太阳辐射气候模式（Climatological Solar Radiation (CSR) Model），结合云盖、水汽和示踪气体信息，并考虑气溶胶数量，计算得到分辨率为40km×40km的月平均太阳辐射数据，该数据免费对外开放。美国航空航天局（NASA）通过对卫星观测数据的反演，免费为用户提供分辨率为1°×1°的太阳辐射数据。 根据过去一些太阳能辐射资源分布的相关研究，基于中国气象局及其下属单位、NREL和NASA的研究成果，下面对我国太阳能资源分布情况进行描述。 一、我国太阳能资源分布概述 我国属太阳能资源丰富的国家之一，全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时，年辐射量在5000MJ／m2以上。据统计资料分析，中国陆地面积每年接收的太阳辐射总量为3.3×103～8.4×103MJ/m2，相当于2.4×104亿吨标准煤的储量。 根据国家气象局风能太阳能评估中心划分标准，我国太阳能资源地区分为以下四类： 一类地区（资源丰富带）：全年辐射量在6700~8370MJ/m2。相当于230kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括青藏高原、甘肃北部、宁夏北部、新疆南部、河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部等地。 二类地区（资源较富带）：全年辐射量在5400～6700MJ/m2，相当于180～230kg标准煤燃烧所发出的热量。主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏中北部和安徽北部等地。