第12章：铜铟镓硒太阳电池
纳米结构材料及其技术在太阳能电池中的应用和发展现状
纳米结构材料及其技术在太阳能电池中的应用和
发展现状
王二垒，张秀霞，杨小聪，张绍慧
（北方民族大学电信学院，宁夏银川750021）
摘要：太阳能电池的发展和利用离不开太阳能电池材料和技术的发展，文中对纳米结构材料及其技术在太阳能电池
和太阳能光电转化技术中的应用和发展现状做了简要综述。介绍了多元化合物太阳电池纳米材料、染料敏化太阳电
池纳米材料和有机聚合物太阳电池结构纳米材料的研究现状和技术创新，并指出其发展趋势。
关键词：太阳能电池；阳能电池材料；纳米结构材料；光电转化
中图分类号：O484.4文献标识码：A文章编号：1674－6236（2012）24-0184-04
ApplicationanddevelopmentofNANO-structuredmaterialsand
technologiesforsolarcells
WANGEr-lei，ZHANGXiu-xia，YANGXiao-cong，ZHANGShao-hui
（SchoolofElectronicsandInformationEngineering，NorthNationalUniversity，Yinchuan750021，China）
Abstract:Thedevelopmentanduseofsolarcellscannotbeseparatedfromthedevelopmentofsolarmaterialsand
technologies，thispapersummarizedtheapplicationanddevelopmentofNANO-structuredmaterialandtechnologiesforsolar
cellsandsolarphotoelectricconversion.Thestudystatusandtechnologyinnovationformulti-elementcompoundssolarcellsof
薄膜太阳能电池分类
薄膜太阳能电池分类
薄膜太阳能电池分类
21世纪初之前，太阳能电池主要以硅系太阳能电池为主，超过89%的光伏市场由硅系列太阳能电池所占领，但自2003年以来，晶体硅太阳能电池的主要原料多晶硅价格快速上涨，因此，业内人士自热而然将目光转向了成本较低的薄膜电池。薄膜太阳电池可以使用在价格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金属片等不同材料当基板来制造，形成可产生电压的薄膜厚度仅需数μm，目前转换效率最高可达13%以上。薄膜电池太阳电池除了平面之外，也因为具有可挠性可以制作成非平面构造其应用范围大，可与建筑物结合或是变成建筑体的一部份，应用非常广泛。
1.硅基薄膜电池
硅基薄膜电池包括非晶硅薄膜电池、微晶硅薄膜电池、多晶硅薄膜电池，而目前市场主要是非晶硅薄膜电池产品。非晶硅的禁带宽度为1.7eV，通过掺硼或磷可得到p型或n型a-Si。为了提高效率和改善稳定性，还发展了p-i-n/p-i-n双层或多层结构式的叠层电池。
2.碲化镉（CdTe）薄膜电池
碲化镉薄膜电池是最早发展的太阳电池之一，由
于其工艺过程简单，制造成本低，实验室转换效率已超过16%，大规模效率超过12%，远高于非晶硅电池。不过由于镉元素可能对环境造成污染，使用受到限制。近年来美国FirstSolar公司采取了独特的蒸气输运法沉积等特殊措施，解决了污染问题，开始大规模生产，并为德国建造世界最大的光伏电站提供40MW碲化镉太阳电池组件。
3.铜铟镓硒(CIGS)薄膜电池
铜铟镓硒薄膜电池是近年来发展起来的新型太阳电池，通过磁控溅射、真空蒸发等方法，在基底上沉积铜铟镓硒薄膜，薄膜制作方法主要有多元分布蒸发法和金属预置层后硒化法等。基底一般用玻璃，也可用不锈钢作为柔性衬底。实验室最高效率已接近20%，成品组件效率已达到13%，是目前薄膜电池中效率最高的电池之一。
4.砷化镓（GaAs）薄膜电池
砷化镓薄膜电池是在单晶硅基板上以化学气相沉积法生长GaAs薄膜所制成的薄膜太阳电池，其直接带隙1.424eV，具有30%以上的高转换效率，很早就被应用于人造卫星的太阳电池板。然而砷化镓电池价格昂贵，且砷是有毒元素，所以
50MW光伏电站方案研究及设计--毕业设计（论文）
50MW光伏电站⽅案研究及设计--毕业设计（论⽂）
青海海东市50MW并⽹光伏电站⽅案研究及设计
摘要
随着常规能源越来越少，以及其燃烧造成的环境恶化，使⼈们不得不考虑使⽤新型能源来代替常规能源。太阳光伏发电以其环
保，节能，低碳的特性成为世界各国竞相发展的产业。
本设计报告通过对青海省海东市地形地貌，⽓候环境和政策条件进⾏综合分析，包括当地太阳辐照量、全年平均⽇照时数等内
容。并根据以上数据选择海东市乐都区寿乐镇西南⽅位的弃耕地作为建站地址，并对此地址进⾏了可⾏性分析,电站占地⾯积
约为1654亩。然后选择适合当地条件的光伏发电设备，对太阳能电池组件和逆变器的电压和电流进⾏匹配，再通过计算结果
得到合适的太阳能电池组件串并联数量为18个组件串联，16个串联组件再并联。通过对太阳电池组件数量，逆变器数量，⼟
地价格等进⾏估算，得出本光伏电站建造成本约为15.19亿元。最后估算未来25年内本光伏电站发电量，结合当地的电价和政
府补贴政策，算出成本回收年限约为8~9年。
关键词：环境保护；太阳能；光伏电站；太阳电池组件；
Research and design of 50MW grid connected photovoltaic power station in Haidong City of Qinghai Province
ABSTRACT
With the reduction of conventional energy, and environmental degradation caused by burning, people have to consider the
use of new energy sources to replace conventional energy. Solar photovoltaic with that environmental protection, energy
saving, low carbon characteristics become the world's development of the industry.
掺杂改善CuInSe2薄膜光伏特性的研究进展
第２６卷第２期 山东建筑大学学报 ２０１ １年 ４月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＨＡＮＤＯＮＧ ＪＩＡＮＺＨＵ Ｖｏ１．２６ Ｎｏ．２ Ａｐｒ． ２０１１
文章编号：１６７３—７６４４【２０１１）０２－０１７０—０４
掺杂改善ＣｕＩｎＳｅ２薄膜光伏特性的研究进展
刘亚，刘科高
（山东建筑大学材料科学与工程学院，山东济南２５０１０１）
摘要：ＣｕｌｎＳｅ：薄膜太阳能电池是当前可再生能源领域的研究热点之一。掺杂在一定程度上起到提高薄膜电池
光电性能及降低薄膜电池成本的作用。从元素掺杂角度出发，对元素掺杂的种类、方式，掺杂元素在薄膜电池
光电性能和相互作用机制上的影响进行了重点综述，最后提出了当前ＣｕｌｎＳｅ：薄膜电池存在的主要问题和发展
方向。
关键词：铜铟硒；太阳电池；薄膜；掺杂
中图分类号：ＴＢ３４ 文献标识码：Ａ
Ｒｅｃｅｎｔ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ ｄｏｐｉｎｇ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＣｕＩｎＳｅ２ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ
ＬＩＵ Ｙａ，ＬＩＵ Ｋｅ—ｇａｏ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｊｉａｎｚｈｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ ２５０１０１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＣｕＩｎＳｅ，ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｏｄａｙ，Ｓ ｈｏｔ ｉｓｓｕｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｅｎ－
ｅｒｇｙ．Ｉｎ ｓｏｍｅ ｄｅｇｒｅｅ，ｄｏｐｉｎｇ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ
ｃｏｓｔ ｏｆ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｓｏｌａｒ ｃｅｌ１．Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ ｏｆ ｄｏｐｉｎｇ，ｋｉｎｄｓ ａｎｄ ｗａｙｓ ｏｆ ｄｏｐｉｎｇ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｉｔｓ
CIGS薄膜太阳能电池研究新进展
２５８ 电子工艺技术 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２０１ ３年９月第３４卷第５期
ＣＩＧＳ薄膜太阳能电池研究新进展
刘晓剑 ，王玲 ，王宏芹 ，万超
（１．哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨１５０００１； ２．中国电器科学研究院有限公司，广东广州５１０３００）
摘要：铜铟镓硒（ＣＩＧＳ）薄膜太阳能电池以其较高的转换效率、稳定的性能以及广阔的应用前景等优点 在太阳能电池领域异军突起。主要从性能、影响因素和制备方法三个方面对ＣＩＧＳ薄膜太阳能电池研究的新成果
及发展趋势进行了总结。
关键词：ＣＩＧＳ；太阳能电池；薄膜
中国分类号：ＴＫ５１文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—３４７４（２０１３）０５—０２５８—０６
Ｎｅｗ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ ＣＩＧＳ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ
ＬＩＵ Ｘｉａｏ．ｊｉａｎ’，ＷＡＮＧ Ｌｉｎｇ ．ＷＡＮＧ Ｈｏｎｇ．ｑｉｎ ，ＷＡＮ Ｃｈａｏ’
ｌ１．Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ １ ５０００ １．Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．Ｌｔｄ．．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １ ０３００．Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｏｐｐｅｒ ｉｎｄｉｕｍ ｇａｌｌｉｕｍ ｓｅｌｅｎｉｄｅ ｌＣＩＧＳ）ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｈａｖｅ ｓｐｒｕｎｇ ｕＤ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ
ｉｔｓ ｈｉｇｈ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｓｔａｂｌｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｂｒｏａｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｅｔｃ．ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｎｅｗ ｐｒｏｇｒｅｓｓ
ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ＣＩＧＳ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｆｒｏｍ ｔｈｒｅｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ．
太阳能电池分类
最早问世的太阳电池是单晶硅太阳电池。硅是地球上极丰富的一种
元素，几乎遍地都有硅的存在，可说是取之不尽。用硅来制造太阳电
池，原料可谓不缺。但是提炼它却不容易，所以人们在生产单晶硅太阳
电池的同时，又研究了多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池，至今商业规
模生产的太阳电池，还没有跳出硅的系列。其实可供制造太阳电池的半
导体材料很多，随着材料工业的发展、太阳电池的品种将越来越多。目
前已进行研究和试制的太阳电池，除硅系列外，还有硫化镉、砷化镓、
铜铟硒等许多类型的太阳电池，举不胜举，这里仅选几种较常见的太阳
电池作些介绍。
【硅晶圆太阳能电池】 主要是单晶硅与多晶硅
⑴单晶硅太阳电池
单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一种太阳电池，它的构和生产工
艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。这种太阳电池以高纯的单晶硅
棒为原料，纯度要求99.999％。为了降低生产成本，现在地面应用的太
阳电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也可
使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳电
池专用的单晶硅棒。将单晶硅棒切成片，一般片厚约0.3毫米。硅片经
过形、抛磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。加工太阳电池片，
首先要在硅片上掺杂和扩散，一般掺杂物为微量的硼、磷、锑等。扩散
是在石英管制成的高温扩散炉中进行。这样就硅片上形成PN结。然后
采用丝网印刷法，精配好的银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时
制成背电极，并在有栅线的面涂覆减反射源，以防大量的光子被光滑的
硅片表面反射掉。因此，单晶硅太阳电池的单体片就制成了。单体片经
过抽查检验，即可按所需要的规格组装成太阳电池组件（太阳电池
板），用串联和并联的方法构成一定的输出电压和电流。最后用框架和
装材料进行封装。用户根据系统设计，可将太阳电池组件组成各种大小
不同的太阳电池方阵，亦称太阳电池阵列。目前单晶硅太阳电池的光电
转换效率为17％左右，实验室成果也有20％以上的。晶硅太阳电池的
镓的分离提取及高纯化制备方法
第14卷第6期2023年12月有色金属科学与工程Nonferrous Metals Science and EngineeringVol.14，No.6Dec. 2023
镓的分离提取及高纯化制备方法
刘左伟， 许志鹏*， 郭学益， 田庆华
（中南大学冶金与环境学院，长沙 410083）
摘要：镓是一种重要的稀散金属，在众多新兴高精尖领域有着重要的应用。文中介绍了镓分离提
取及高纯化制备的常规工艺。镓在地壳中的丰度较低，通常和铝、锌等金属伴生，主要作为冶炼过程
的副产品回收。常先采用酸或碱浸出矿石或二次资源中的镓，后采用离子交换法、分级沉淀法、溶剂
萃取法富集浸出液中的镓，最终通过电积制备99.99%粗镓。镓的高纯化制备通常以工业生产的粗镓
为原料，借助镓低熔点、高沸点的特点，以及主金属和杂质元素在不同相分配比不同的性质，通过电
解精炼法、部分结晶法、单晶生长法、区域熔炼法、真空蒸馏法和真空热解法等技术进一步提纯制备
99.999%~99.999 999%高纯镓。
关键词：镓；分离提取；高纯化
中图分类号：TF843.1 文献标志码：A
Extraction and purification process of gallium
LIU Zuowei, XU Zhipeng*, GUO Xueyi, TIAN Qinghua
（School of Metallurgy and Environment， Central South University， Changsha 410083，China）
Abstract: Gallium, as a rare metal, occupies an important position in many emerging high-precision fields. This
paper introduced several conventional processes of gallium extraction and purification. Gallium has a low
太阳能电池的原理、种类与应用
太阳能电池的原理、种类与应用
开门八极
（闵大荒男子职业技术学院，）
摘要：本文综述了三代典型太阳能电池的原理、种类剂应用。其中第一代太阳能电池是硅太阳能电池，第二代为化合物薄膜太阳能电池，第三代以染料敏化太阳能电池为代表。
关键词：太阳能电池、Si、电子跃迁、薄膜、光伏发电、染料
一.太阳能电池的原理
太阳能电池都是利用太的激发，在两个电极上分别产生异号光载流子，进而在两个极板间形成电势差。由于太阳能电池种类存在差异，不同电池的工作原理不尽相同。
1.硅太阳能电池
在超纯晶体硅的禁带宽度比绝缘体小。在光照或者加热条件下，价带的电子容易激发到导带上去，而价带上留下空穴。电子和空穴都是载流子，这两种能带都成了导带。这种半导体成为本征半导体。
在纯硅中掺入杂质，将极大地影响其导电性。若掺入P、As、Sb、Bi，多余的电子在靠近导带出处形成扽里的能级，容易进入导带。这类半导体的载流子是电子，成为n型半导体。反之，掺入B、Al、Ga、In，这类半导体的载流子是空穴，称为p型半导体。将两种半导体结合和在一起，产生电势差，可将太阳能转变成电能。[1] 这种现象称为光生伏特效应
2.化合物薄膜太阳能电池
图 1.化合物薄膜太阳能电池的结构图
电池中的吸收层是薄膜电池的核心。它主要由为砷化镓(GaAs)、铜铟硒(CuInSe) 碲化
镉(CdTe)等半导体构成。这种电池的原理与硅太阳能电池的原理非常类似，也涉及光电子在
价带和导带之间的跃迁
参数 物质 GaAs CuInSe2 CdTe
带隙/eV 1.4 1.1 1.5
产业化平均效率/% 29.5 17.1 8~10
表格 1.几种化合物半导体的性能参数
3. 染料敏化太阳能电池
染料敏化太阳电池(DSSC)的工作原理及工作过程包括：
（1）照射至UDSSC电池的光阳极上，半导体薄膜上的染料会吸收光子的能量
太阳能光伏发电原理与应用-复习完整版
《太阳能光伏发电原理与应用》知识点
第2章
（1）光子能量：一般用波长或相对应的能量来描述一个光子的特性。光子能量与波长之间存在反比例关系,方程为E=hc/λ 。电子伏特与焦耳的转换为E（J）=q x E（eV） 。能量与波长关系为E（eV）=1.24/λ 。
（2）光子通量：光子通量被定义为单位时间内通过单位面积的光子数量：ɸ=#（光子数量）/(sm*2)。
光子通量是决定太阳能电池产生的电子数量和电流大小的重要因素。光子通量并不足以确定太阳能电池产生的电流大小或说明光源的特性。光子通量没有包含关于入射光子的能量或波长的信息。
（3）辐射功率：发射自光源的总的功率强度可以通过所有波长或其对应的能量的光照度的叠加计算获得。
H=ʃ F(λ)dλ=Σ F(λ)Δλ 可以用来计算光源发出的总的功率强度。
（4）光照度：单位面积上所受的光通量。作为光子波长（或能量）的对应量，光照度（记作F）是描述光源性质最常用的方式。
（5）黑体：在任何条件下，完全吸收任何波长的外来辐射而无任何反射的物体；吸收比为1的物体；在任何温度下，对入射的任何波长的辐射全部吸收的物体。黑体辐射出的总功率强度可由所有波长的光照度的积分得到：H=σT^4 ，σ为斯特番—玻尔兹曼常量，T黑体温度。光照度最高处的波长λ为λ（u,m）=2900/T 。
（6）地理坐标：以地心为原点，以地球为基本圆，以地球自转轴为中心轴，用纬度、经度来表示地球表面上点的位置。
天球坐标：天球：以观察者为球心，以任意长度（无限长）为半径，其上分布着所有天体的球面。地平面：球心与铅直线相垂直的平面。地平圈：地平面与天体的交线所成大圆。天顶、天底：通过球心的铅直线与天球的交点。
地平坐标：以地平圈为基本圆，天顶为基本点，南点为原点的坐标系。地平经圈：通过天顶Z和太阳（或任一天体）X作一大圆。
时角坐标：以天极为基本点，天赤道（地球赤道平面延伸后与天球相交的大圆）和子午圈在南点附近的交点为原点的坐标。
碲化镉与铜铟镓硒对比报告
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东方富海 2012年5月22日
碲化镉与铜铟镓硒对比报告
主要特点对比
项目 碲化镉（CdTe） 铜铟镓硒(CIGS)
成本 生产成本大大低于晶体硅和其他材料的太阳能电池技术 成本只是晶体硅太阳电池的三分之一
转换效率 17%（实验室）大约10%（商用）
20%（实验室），大约12%（商用）
光电转换效率居各种薄膜太阳电池之首，接近于晶体硅太阳电池
优点 太阳的光谱最一致，标准工艺，低能耗，可回收，强弱光均可发电，温度越高表现越好。 稳定性高，抗辐射能力强
缺点 原材料储量有限，材料有毒 投资成本高、关键原料供应不足、材料有毒性
其他
注：科技发展迅速，数据可能不精准。
薄膜光伏太阳能电池
学术界和产业界普遍认为太阳能电池的发展已经进入了第三代。第一代为单晶硅太阳能电池，第二代为多晶硅、非晶硅等太阳能电池，第三代太阳能电池就是薄膜太阳能电池。
薄膜光伏太阳能电池（TF PV）已经是光伏技术中最耀眼的一员，其生产份额不断扩张。TF PV以其低成本、低重量和灵活性而发展。TF PV太阳能电池有几种不同种类，包括铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能板和碲化镉（CdTe）太阳能板。根据《走向成功的薄膜光伏》和《薄膜、有机、可印刷光伏市场：2007-2015》研究报告中的预测，由于采用简单印刷和roll-to-roll（R2R）制造工艺降低了成本，新产能的增加，以及通过技术改进提高了效率，这些都将使得TF PV成为市场的主要角色，TF PV太阳电池将取代目前市场上由传统的晶硅制造的PV面板而成为主流技术。
铜铟镓硒
CIGS电池具有与多晶硅太阳能电池接近的效率，具有低成本和高稳定性的优势，并且产业化瓶颈已经突破，在晶体硅太阳能电池原材料短缺的不断加剧和价格的不断上涨背景下，很多公司投入巨资，CIGS产业呈现出蓬勃发展的态势。目前全球有30多家公司置身于CIGS产业，但真正进入市场开发的公司只有德国的Wuerth（伍尔特）、Surlfulcell，美国的Global Solar Energy，日本的Honda（本田）、Showa Solar Shell。2006年、2007年世界CIGS电池组件产能分别为17.5MW、60.5MW，在世界光伏市场上占据的份额很小。