太阳能电池的分类及发展现状
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ห้องสมุดไป่ตู้
上海世博会中国馆房顶 太阳能电池图 →
此外，现阶段应用太阳能电池时所需 要的发电成本数额，是煤矿发电生产 成本的 10 倍以上，大致在 5 元 /kW· h 到 7/kW· h 之间。值得注意的是，太 阳能电池项目的运行，对于投资数额 的需求较大并有着较高的能耗，一般 情况下，建设千吨级的工厂需要数十 亿的项目资金与数十个月的建设周期。 在此种市场环境中，我国的太阳能电 池产品主要投放于国外市场。
从以上所述的太阳电池发展现 状与趋势，不难发现努力提高 光电转换效率和大幅降低太阳 电池的成本是各类太阳电池的 共同课题。太阳能电池产业的 持续发展有赖于进一步提高转 换效率并减少生产成本，这是 摆在我们面前的进一步目标和 任务。展望二十一世纪，世界 太阳能电池市场必将继续迅猛 发展。
谢谢 大家
2˴多元化合物薄膜太阳能电池
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。 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。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。
二˴太阳能电池的分类
太阳能电池根据所用材料的不同，太阳能电池还可分为： 1˴硅太阳能电池 2˴多元化合物薄膜太阳能电池 3˴聚合物多层修饰电极型太阳能电池 4˴纳米晶太阳能电池 5˴有机太阳能电池 其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。
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% 。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。
CONTENTS
01 太阳能电池的定义 02 太阳能电池的分类 03 太阳能电池的发展现状 04 太阳能电池的发展趋势及总结
一˴太阳能电池的定义
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。只要被光照到，瞬间就可输出电压及电流。在物理学 上称为太阳能光伏(Photovoltaic，photo 光线，voltaics 电力， 缩写为PV)，简称光伏。以光电效应工作的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。
三˴太阳能电池的发展现状
长期以来，世界各国在大力发展经济的同时，各行业领域的过度生产消耗了大量的 能源，倘若继续按照此种趋势发展，在未来的五十年里，能源危机将是影响人类生 活、阻碍社会进步的首要问题。目前，不同国家、地区、种类的全部能源中，能够 使用的化石能源占 90%以上，若是以现阶段世界各国的能源消耗状态发展到二十一 世纪的中期，可供使用的能源储备、化石能源所占比例将减少近 50%，之后的能源 需求必将是以可再生能源、核能为主。基于此种趋势，预计到2100年，在人类所使 用的能源中，可再生资源将占有 30%以上。可供开发、使用的可再生能源主要有地 热能、生物质能、风能、太阳能、潮汐能氢能等。其中，太阳能所蕴藏的能量，是 其他可再生资源能量总合的数千倍。由此可见，太阳能有着巨大的发展空间、良好 的市场前景，而太阳能电池凭借其能量充足、可再生且环保的特点， 自研发、应用 后，以30%的年度增长率在世界各国、国际市场中得到推广与普及，截至到2011年， 太阳能电池的国际市场年增长率有所减缓，但仍将以 25%左右的年增率持续扩大市 场份额。
四˴太阳能电池的发展趋势及及总结
要想推动了世界光伏产业的快 17速发展，提高太阳能电池的光电转换效率是 降低太阳电池组件成本是主要方法，现有的高转换效率的太阳能电池是在高 质量的硅片上制成的，这是制造硅太阳能电池成本最高的部分。因此，在如 何保证转换效率仍较高的情况下来降低衬底的成本就显得尤为重要，这也是 今后太阳能电池发展急需解决的问题。世界各国科技人员积极研究高效率硅 电池、多带隙电池、聚光电池和薄膜电池，为进一步降低成本而努力。目前， 高效率、长寿命、低成本成为太阳能电池发展的总趋势。
多晶硅薄膜太阳能电池，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% 。 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。
4˴纳米晶太阳能电池
纳米晶化学太阳能电池（简称ＮＰＣ电池）是由一种在禁带半导体材料修饰、组装 到另一种大能隙半导体材料上形成的，窄禁带半导体材料采用过渡金属Ｒｕ以及Ｏ ｓ等的有机化合物敏化染料，大能隙半导体材料为纳米多晶ＴｉＯ２并制成电极， 此外ＮＰＣ电池还选用适当的氧化一还原电解质。纳米晶ＴｉＯ２工作原理：染料 分子吸收太阳光能跃迁到激发态，激发态不稳定，电子快速注入到紧邻的ＴｉＯ２ 导带，染料中失去的电子则很快从电解质中得到补偿，进入ＴｉＯ２导带中的电子 最终进入导电膜，然后通过外回路产生光电流。 纳米晶ＴｉＯ２太阳能电池的优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。 其光电效率稳定在１０％以上，制作成本仅为硅系太阳能电池的１／５￣１／１０。 寿命能达到２０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。
三˴太阳能电池的发展现状
此外，国际上的太阳能光伏装机容量，将从21世纪初的约0.5GW增长到2030 年的300GW。对于可再生资源的研发与使用，我国提出了具体的中长期规划， 将初期目标年度设定在了2020年，要求可再生能源的占有量达到 15%，而太 阳能电池的发电容量将逐步扩充至1.8GW。 目前，在国际市场中可供选择、 使用的太阳能电池较少，主要是以硅基太阳能电池为主流产品，其中多晶硅 太阳能电池所占有的市场份额较大。然而，我国尚不具备完善的技术能力与 经验，去生产、制作用以太阳能电池的高纯硅材料，主要生产厂家来自美国、 德国、日本，而随着市场需求的加大，国际市场中的多晶硅原料已趋向缺口 状态，以至于多晶硅的市场价格迅速攀升， 由2005年的55美元/kg，快速激 增到2007年的400美元/kg。
3˴聚合物多层修饰电极型太阳能电池
在太阳能电池中以聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制备的研究方 向。其原理是利用不同氧化还原型聚合物的不同氧化还原电势，在导电材料（电极） 表面进行多层复合，其中一个电极的内层由还原电位较低的聚合物修饰，外层聚合 物的还原电位较高，电子转移方向只能由内层向外层转移；另一个电极的修饰正好 相反，并且第一个电极上两种聚合物的还原电位均高于后者的两种聚合物的还原电 位。当两个修饰电极放入含有光敏化剂的电解波中时。光敏化剂吸光后产生的电子 转移到还原电位较低的电极上，还原电位较低电极上积累的电子不能向外层聚合物 转移，只能通过外电路通过还原电位较高的电极回到电解液，因此外电路中有光电 流产生。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。
5˴有机太阳能电池
有机太阳能电池以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料，以光伏效应而 产生电压形成电流。主要的光敏性质的有机材料均具有共轭结构并且有导电 性，如酞菁化合物、卟啉、菁等。 有机太阳能电池按照半导体的材料可以分为单质结结构、P-N 异质结结构、 染料敏化纳米晶结构。 根据有关调查数据，有机太阳能电池的成本平均只有硅太阳能电池的 10%-20%；然而，目前市场上的有机太阳能电池的光电转换效率最高只有10%， 这是制约其全面推广的主要问题。因此，如何提高光电转换率是今后应该解 决的重点问题。
上海世博会中国馆房顶 太阳能电池图 →
此外，现阶段应用太阳能电池时所需 要的发电成本数额，是煤矿发电生产 成本的 10 倍以上，大致在 5 元 /kW· h 到 7/kW· h 之间。值得注意的是，太 阳能电池项目的运行，对于投资数额 的需求较大并有着较高的能耗，一般 情况下，建设千吨级的工厂需要数十 亿的项目资金与数十个月的建设周期。 在此种市场环境中，我国的太阳能电 池产品主要投放于国外市场。
从以上所述的太阳电池发展现 状与趋势，不难发现努力提高 光电转换效率和大幅降低太阳 电池的成本是各类太阳电池的 共同课题。太阳能电池产业的 持续发展有赖于进一步提高转 换效率并减少生产成本，这是 摆在我们面前的进一步目标和 任务。展望二十一世纪，世界 太阳能电池市场必将继续迅猛 发展。
谢谢 大家
2˴多元化合物薄膜太阳能电池
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。 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。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。
二˴太阳能电池的分类
太阳能电池根据所用材料的不同，太阳能电池还可分为： 1˴硅太阳能电池 2˴多元化合物薄膜太阳能电池 3˴聚合物多层修饰电极型太阳能电池 4˴纳米晶太阳能电池 5˴有机太阳能电池 其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。
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% 。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。
CONTENTS
01 太阳能电池的定义 02 太阳能电池的分类 03 太阳能电池的发展现状 04 太阳能电池的发展趋势及总结
一˴太阳能电池的定义
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。只要被光照到，瞬间就可输出电压及电流。在物理学 上称为太阳能光伏(Photovoltaic，photo 光线，voltaics 电力， 缩写为PV)，简称光伏。以光电效应工作的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。
三˴太阳能电池的发展现状
长期以来，世界各国在大力发展经济的同时，各行业领域的过度生产消耗了大量的 能源，倘若继续按照此种趋势发展，在未来的五十年里，能源危机将是影响人类生 活、阻碍社会进步的首要问题。目前，不同国家、地区、种类的全部能源中，能够 使用的化石能源占 90%以上，若是以现阶段世界各国的能源消耗状态发展到二十一 世纪的中期，可供使用的能源储备、化石能源所占比例将减少近 50%，之后的能源 需求必将是以可再生能源、核能为主。基于此种趋势，预计到2100年，在人类所使 用的能源中，可再生资源将占有 30%以上。可供开发、使用的可再生能源主要有地 热能、生物质能、风能、太阳能、潮汐能氢能等。其中，太阳能所蕴藏的能量，是 其他可再生资源能量总合的数千倍。由此可见，太阳能有着巨大的发展空间、良好 的市场前景，而太阳能电池凭借其能量充足、可再生且环保的特点， 自研发、应用 后，以30%的年度增长率在世界各国、国际市场中得到推广与普及，截至到2011年， 太阳能电池的国际市场年增长率有所减缓，但仍将以 25%左右的年增率持续扩大市 场份额。
四˴太阳能电池的发展趋势及及总结
要想推动了世界光伏产业的快 17速发展，提高太阳能电池的光电转换效率是 降低太阳电池组件成本是主要方法，现有的高转换效率的太阳能电池是在高 质量的硅片上制成的，这是制造硅太阳能电池成本最高的部分。因此，在如 何保证转换效率仍较高的情况下来降低衬底的成本就显得尤为重要，这也是 今后太阳能电池发展急需解决的问题。世界各国科技人员积极研究高效率硅 电池、多带隙电池、聚光电池和薄膜电池，为进一步降低成本而努力。目前， 高效率、长寿命、低成本成为太阳能电池发展的总趋势。
多晶硅薄膜太阳能电池，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% 。 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。
4˴纳米晶太阳能电池
纳米晶化学太阳能电池（简称ＮＰＣ电池）是由一种在禁带半导体材料修饰、组装 到另一种大能隙半导体材料上形成的，窄禁带半导体材料采用过渡金属Ｒｕ以及Ｏ ｓ等的有机化合物敏化染料，大能隙半导体材料为纳米多晶ＴｉＯ２并制成电极， 此外ＮＰＣ电池还选用适当的氧化一还原电解质。纳米晶ＴｉＯ２工作原理：染料 分子吸收太阳光能跃迁到激发态，激发态不稳定，电子快速注入到紧邻的ＴｉＯ２ 导带，染料中失去的电子则很快从电解质中得到补偿，进入ＴｉＯ２导带中的电子 最终进入导电膜，然后通过外回路产生光电流。 纳米晶ＴｉＯ２太阳能电池的优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。 其光电效率稳定在１０％以上，制作成本仅为硅系太阳能电池的１／５￣１／１０。 寿命能达到２０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。
三˴太阳能电池的发展现状
此外，国际上的太阳能光伏装机容量，将从21世纪初的约0.5GW增长到2030 年的300GW。对于可再生资源的研发与使用，我国提出了具体的中长期规划， 将初期目标年度设定在了2020年，要求可再生能源的占有量达到 15%，而太 阳能电池的发电容量将逐步扩充至1.8GW。 目前，在国际市场中可供选择、 使用的太阳能电池较少，主要是以硅基太阳能电池为主流产品，其中多晶硅 太阳能电池所占有的市场份额较大。然而，我国尚不具备完善的技术能力与 经验，去生产、制作用以太阳能电池的高纯硅材料，主要生产厂家来自美国、 德国、日本，而随着市场需求的加大，国际市场中的多晶硅原料已趋向缺口 状态，以至于多晶硅的市场价格迅速攀升， 由2005年的55美元/kg，快速激 增到2007年的400美元/kg。
3˴聚合物多层修饰电极型太阳能电池
在太阳能电池中以聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制备的研究方 向。其原理是利用不同氧化还原型聚合物的不同氧化还原电势，在导电材料（电极） 表面进行多层复合，其中一个电极的内层由还原电位较低的聚合物修饰，外层聚合 物的还原电位较高，电子转移方向只能由内层向外层转移；另一个电极的修饰正好 相反，并且第一个电极上两种聚合物的还原电位均高于后者的两种聚合物的还原电 位。当两个修饰电极放入含有光敏化剂的电解波中时。光敏化剂吸光后产生的电子 转移到还原电位较低的电极上，还原电位较低电极上积累的电子不能向外层聚合物 转移，只能通过外电路通过还原电位较高的电极回到电解液，因此外电路中有光电 流产生。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。
5˴有机太阳能电池
有机太阳能电池以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料，以光伏效应而 产生电压形成电流。主要的光敏性质的有机材料均具有共轭结构并且有导电 性，如酞菁化合物、卟啉、菁等。 有机太阳能电池按照半导体的材料可以分为单质结结构、P-N 异质结结构、 染料敏化纳米晶结构。 根据有关调查数据，有机太阳能电池的成本平均只有硅太阳能电池的 10%-20%；然而，目前市场上的有机太阳能电池的光电转换效率最高只有10%， 这是制约其全面推广的主要问题。因此，如何提高光电转换率是今后应该解 决的重点问题。