聚光型太阳能电池
聚光型太陽能電池
[聚光型太陽能電池(Concentrator Photovoltaic)]+[高聚光鏡面菲涅爾透鏡
(Fresnel Lenes)]+[太陽光追蹤器(Sun Tracker)]的組合
其太陽能能量轉換效率可達31%～40.7%，雖然轉換效率高但是由於向陽時
間長，過去用於太空產業，現在搭配太陽光追蹤器可用於發電產業，比較不適合
用於一般家庭，聚光型太陽能電池主要材料是[砷化鎵](GaAs)，也就是三五族
(III-V)材料，一般矽晶材料只能夠吸收太陽光譜中400～1,100nm波長之能量，
而聚光型不同於矽晶圓太陽能技術，透過多接面化合物半導體可吸收較寬廣之太
陽光譜能量，目前以發展出三接面InGaP/GaAs/Ge的聚光型太陽電池可大幅提高
轉換效率，三接面聚光型太陽電池可吸收300～1900nm波長之能量相對其轉換
效率可大幅提升，而且聚光型太陽能電池的耐熱性比一般晶圓型太陽能電池又來
的高。
核研所聚光型太陽能發電系統
聚光型太陽能模組
聚光型太陽能電池
能量轉換率比較：
薄膜型太陽能(7%～12%)、晶圓型太陽能(12%～20%)、傳統核能電廠(30%)、火
力發電(36.8%)、聚光型太陽能(31%～40.7%)、新式核能電廠(42～57%)
聚光型太陽能電池可通過使用透鏡將光聚集到狹小的面積上來提高發電效
率。不過因聚光引起的溫度上升會損傷太陽能電池單元及發電系統，因此往往必
須要抑制聚光率才可以。聚光型太陽電池假如使用聚光倍率為1000倍的透鏡
時，單位模組的太陽能電池單元的成本可降至結晶矽類電池單元的1/10左右，
而所需的面積僅矽晶圓的1/2.5，另外聚光型太陽能電池必須要在位於透鏡焦點
附近時才能發揮功能，因此為使模組總是朝向太陽的方位，必須搭配使用太陽追
蹤系統，此設計雖然可以提高轉換效率，但卻存在透鏡、聚光發熱釋放槽以及太
陽光追蹤系統的重量及體積較大..等問題，因此不適於裝在日式住宅的屋頂使用。
聚光型太陽能電池的菲涅爾透鏡聚光率範圍：
500～1600倍 聚光型太陽能模組示意圖
追日聚光型太陽能電池太陽能
第八章 PV发电系统
并网系统： 并网系统 太阳能光伏发电之后，通过逆变器将直流
电变成交流电并入国家统一电网，如果装机容量低可以 低压侧并网，如果大型并网就要用升压站升到35kV以上 的电压并入高压电网。
二、系统基本构成
独立光伏发电系统结构
独立系统主要组成部分 1. 2. 3. 4. 5. 6. 光伏阵列 光伏控制器 蓄电池组 逆变器 监控系统 负载
第八章. PV发电系统 第八章. PV发电系统
PV(photo=light光线voltaics=electricity电力) 发电系统亦称太阳能光伏发电动力系统。 从应用领域划分可分为太空应用和地面 应用。
一、地面用PV PV发电系统的分类 PV
按采光方式分
固定式 单轴跟踪 全跟踪
直接采光
透过型聚光 间接采光 反射型聚光
太阳电池发电系统的设计步骤 过大的放电深度会缩短蓄电池的寿命；过小的 放电深度又会增加太阳电池方阵的规模，加大 总的投资成本，放电深度最大到 80%较为合适。 确定蓄电池的储备容量 CR 和放电深度后，即 可初步选定蓄电池的标称容量：
式中：Q――负载每天平均总耗电量
太阳电池发电系统的设计步骤
4、决定方阵倾角：
太阳电池发电系统的设计步骤
则方阵应输出的最小电流为：
式中：Q—负载每天总耗电量 η1—蓄电池充电效率 η2—方阵表面灰尘遮蔽损失 由于倾斜面上各月中最小的太阳总辐射量可算出各月中 最少的峰值日照数 Tmin。方阵应输出的最大电流为：
太阳电池发电系统的设计步骤
7、确定最佳电流：
方阵的最佳额定电流介于 Imin 和 Imax 这两个极限值之间， 具体数值可用尝试法确定。先选定一电流值 I，然后对 蓄电池全年荷电状态进行检验，方法是按月求出方阵输 出的发电量：
《太阳能光伏电池》考试复习资料4
简述非晶硅薄膜太阳电池为什么用p-i-n结构？由于非晶硅材料具有独特的性质，所以其太阳电池结构不同于晶体硅中的简单的p-n结结构，而是p-i-n结构。
这是因为非晶硅材料属于短程有序、长程无序的晶体结构，对载流子有很强的散射作用，导致载流子的扩散长度很短，使得光生载流子在太阳电池中只有漂移运动而无扩散运动。
因此，单纯的非晶硅p-n结中，隧道电流往往占主导地位，使其呈电阻特性，而无整流特性，也就不能制作太阳电池。
为此，要在p层与n层之间加入较厚的本征层i，以扼制其隧道电流，所以，为了解决光生载流子由于扩散限制而很快复合（即隧道电流）的问题，非晶体硅薄膜太阳电池一般被设计成pin结构，其中p为入射光层，i为本征吸收层，n为基层地。
简述表面钝化常用的方法有哪些？表面氧钝化和氢钝化，表面钝化工艺有：掺氯氧化法、磷硅玻璃钝化法、氮化硅钝化法、三氧化二铝钝化法、半绝缘多晶硅钝化法、低压化学气相淀积钝化法、金属氧化物钝化法、有机聚合物钝化法、玻璃钝化法等数十种钝化方法。
Pin电池片和nip电池片由于其制膜顺序完全相反，各有自己的特点：①从大的不同点说起话，顺序为pin电池片的透明电极在nip电池片里是背面电极，在接近表面的一侧。
在基片上形成的透明电极是氧化物，在形成微晶电池片时，有被氢原子还原的担心，pin型电池片的最佳吸收宽度会变窄。
nip型在金属基片或绝缘基片上形成金属薄膜，可形成微晶硅，由于不受氢还原的影响，在高温下也可形成膜，可以扩大最佳吸收宽度。
②从集成结构的观点来看，pin用的是与非晶相类似的集成化技术，有可能形成超级线性集成结构，nip电池片要和非晶硅电池片一样形成超级线性结构，在同一基片上叠层时，要用与Cu（In，Ga）Se2太阳能电池同样的方法集成。
简述CIS和CIGS系太阳能电池的新进展表现在哪些地方。
(P119)1）Cd自由缓冲层。
关于不用Cd的缓冲层的开发研究，目前是相当活跃的。
使用CIGS系太阳能电池时，Cd的的绝对量是非常少的，是住宅应用时几乎不产生问题的用量，但对于环保的太阳能电池,还是应该考虑尽量避免使用。
实验二菲涅尔透镜聚光对电池组件特性参数的影响
我们还可以画出不同高度下，组件的 P-R 曲线，如图 2-7 所示，从图中可以清楚地看到， 不同情况下最大功率点所对应的负载电阻大小非常接近，从而也印证了实验二中我们提到的 理论。 菲涅尔透镜的角度对太阳能电池组件特性的影响
6.80 8.56 0.638 96.09
23cm 40.640
7.49 8.60 0.631 114.38
25cm 37.172
6.77 8.55 0.642 96.09
由表中数据画出最大功率曲线（图 2-5）、开路电压和短路电流的曲线（图 2-6），两 图中横坐标 0 点表示不加菲涅尔透镜的情况
在最佳位置确定之后，我们便可以在此位置进行相关实验的探究。从图 2-4 就可以发 现，在 23cm 处加上菲涅尔透镜之后，组件的 I-U 曲线明显处于为加透镜时 I-U 曲线的上方， 经过计算，不同高度下组件的最大功率、开路电压、短路电流、填充因子和功率增幅，记录 在表 2.3 中。
高度 最大功率（Biblioteka W） 短路电流（mA） 开路电压（V）
（1）实验证明，本套菲涅尔透镜聚光与太阳能电池板输出特性关系的实验仪器和实验 方法是切实可行的；
（2）菲涅尔透镜确实可以提高太阳能电池组件对光能的利用率，大幅提高组件的输出 功率；
（3）入射角度对太阳能电池板伏安特性、转换效率影响极大； （4）当光源垂直菲涅尔透镜表面入射时，系统的功率最大，随着入射角度的增大而递 减，且在一定入射角度范围内，功率损失较小； （5）在聚光太阳能电池组件的设计中，逐日系统的加入很有必要。 对于太阳能本身密度低、间歇性、空间分布不断变化的特点, 聚光太阳能电池组件可 以有效地提高太阳能的光能利用率，而精确追踪太阳光的智能装置对于聚光太阳能电池来说 就格外重要。通常的自动追光装置是将传感器安装在太阳能电池板上，与电池板同步转动。 光线方向一旦发生细微改变，系统输出信号就发生偏差，当偏差达到一定幅度时，传感器输 出相应更正信号。执行中枢开始进行矫正，使光电传感器重新达到平衡--太阳能电池板与光 线垂直时停止转动，完成一次调整周期。如此反复调整，太阳电池板时刻随着太阳光照方向 的改变进行调整，实现“自动追光”功能。目前，应用较多的是太阳能双轴跟踪系统，其中 光电检测追踪方式属于闭环控制, 精度高，但受天气与周围环境影响较大。所以研究出一种 更加先进的追光系统，对进一步提高太阳能电池组件的发电功率有很大的实用意义。
太阳能光伏电池的性能及优化研究
太阳能光伏电池的性能及优化研究随着全球环境变化、能源需求增长以及对传统化石燃料资源的限制，太阳能光伏发电逐渐成为了可持续能源的重要来源之一。
太阳能光伏电池，即利用太阳能将光能转化为电能的半导体器件，是太阳能光伏发电的核心组件。
本文将主要介绍太阳能光伏电池的性能及相关的优化研究。
一、太阳能光伏电池的基本工作原理太阳能光伏电池是在半导体材料的基础上构建的。
光子在半导体中被吸收后，将产生电子和空穴，形成电荷对。
在半导体的 pn 结中，电子和空穴也会发生复合现象，此时可将其分离，进而形成电路，获得电能。
太阳能光伏电池的基本构成包括电池片、电池片背面的背板以及覆盖在电池片上的玻璃片。
其中电池片是太阳能光伏电池的关键部分，它将吸收的太阳能转化为电能。
电池片是由 P 型和 N 型半导体材料形成的 pn 结，它们分别被掺杂了不同的掺杂物，使其在其中形成了电子和空穴的浓度梯度。
当太阳光照在电池片上时，电子和空穴被释放并向不同的方向运动，形成电流。
最终电流被收集并通过外接器件进行利用。
二、太阳能光伏电池的性能及其影响因素太阳能光伏电池的性能可以从以下几个方面进行评估：1. 开路电压（Voc）：指当电池不接负载时所测得的电池电压；2. 短路电流（Isc）：指当电池接短路时所测得的电池电流；3. 填充因子（FF）：指电池的实际输出功率与电池所能输出的最大功率之比，通常用于评估电池的电性能；4. 转换效率（η）：指电池将太阳光转化为电能的效率，即输出功率与吸收光强之比，通常表示为百分数。
太阳能光伏电池的性能会受到多种因素的影响，包括以下几点：1. 材料类型和质量：太阳能光伏电池材料的种类和质量对其性能有极大的影响。
不同材料的带隙宽度不同，因此对于不同波长范围的光有不同的吸收效率。
2. 光强和光谱：不同光强和光谱的太阳光对于太阳能光伏电池的性能有不同的影响。
光强过低或过高都会降低太阳能光伏电池的转换效率，而不同波长的光谱也会影响电池的吸收效率。
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。
晶硅太阳电池的生产需要消耗大量的高纯硅材料，而制造这些材料工艺复杂，电耗很大，在太阳电池生产总成本中己超二分之一。
最新太阳能电池企业排名
电子发烧友网按：全球发展由于能源问题越来越急迫需要找寻突破点，太阳能是目前为止较为看好能解燃眉之急的清洁能源之一。
全球国家或厂商自然不会放过如此难得的商机，而厂商凭借什么来取得压倒性竞争力呢？除了成本外，太阳能电池转换效率成了厂商不断攀比的另一高地。
为了让电子发烧友网读者对当前各厂商的太阳能电池转换效率最新动态进展更进一步地了解，电子发烧友网整合推出此文，详细请看本文以下精彩内容。
1、夏普将聚光时化合物多接合型太阳能电池的转换效率提高至全球最高的43.5％夏普对化合物三接合型太阳能电池单元上作306倍聚光，实现了43.5％的转换效率。
该转换效率与2011年3月美国Solar Junction实现的数值相同，在聚光时的化合物多接合型太阳能电池单元转换效率中为全球最高水平。
夏普意在利用此次的成果，开发地面设置型聚光系统。
转换效率实现43.5％的单元，采用了在InGaP顶层单元上组合GaAs中层单元和InGaAs 底层单元的构造。
这一构造与2011年11月未聚光时转换效率达到36.9％的单元相同。
此次还做了通过受光面电极间隔的优化从而降低了电阻的改进。
因此，即使聚光会使电流量增加，能源损失也会减少。
另外，测量转换效率的单元面积约为0.167cm2。
测量是由公共测量机构之一德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所（Fraunhofer Institute for Solar Energy）进行的。
2、东京大学风险企业将与美公司共同开发使用太阳光和热的发电模块东京大学创办的风险企业智能太阳能国际公司（Smart Solar International）与美国Sopogy公司在开发及销售领域展开了合作。
目标是开发出同时利用光和热的系统输出功率将达到已有结晶硅型太阳能电池模块的约3倍智能太阳能国际公司在销售用反光镜向太阳能电池单元聚光的太阳能电池系统。
而Sopogy公司则在经营用反光镜聚热的太阳热系统。
此次合作的目标是开发出同时利用光和热的系统。
光伏电池
工作原理
光伏电池及系统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。以光电 效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应原理工作的太阳能电池则还处于萌芽阶段。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。
组件的安装架设十分方便。组件的背面安装有一个防水接线盒，通过它可以十分方便地与外电路连接。对每 一块太阳电池组件，都保证20年以上的使用寿命。
发展历史
术语“光生伏打”（Photovoltaics）来源于希腊语，意思是光、伏特和电气的，来源于意大利物理学家亚 历山德罗·伏特的名字，在亚历山德罗·伏特以后“伏特”便作为电压的单位使用。
实现过程：
房顶的太阳能板将阳光转换为DC电流。不间断电源(UPS)将该DC能源转换为AC 220V/50Hz。
这个电能可以完全用于当地的设备，也可以部分使用，剩余的电能卖给公用事业机构，或全部卖出。
强烈建议应防止这一昂贵的设施遭受雷击。
评测方法
一、等效电路模型
PV电池的等效电路模型（如图1所示）能够帮助我们深入了解这种器件的工作原理。理想PV电池的模型可以 表示为一个感光电流源并联一个二极管。光源中的光子被太阳能电池材料吸收。如果光子的能量高于电池材料的 能带，那么电子就被激发到导带中。如果将一个外部负载连接到PV电池的输出端，那么就会产生电流。
超级电容发展快速，容量超大，面积反缩小，加上价格低廉，因此有部份太阳能产品开始改采超级电容为充 电对象，因而改善了太阳能充电的许多问题：光伏电池充电较快速，寿命长5倍以上，充电温度范围较广，减少太 阳能电池用量(可低压充电)。
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。
以光电效应工作的菁膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的式太阳能电池则还处于萌芽阶段。
太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴由-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。
太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄式和非结晶系膜式(以下表示为a-)两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形。
按材料可分类硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机薄膜形，百化合物半导体薄膜形又分为非结晶形(a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等)、ⅢV族(GaAs,InP)、ⅡⅥ族(cds系)和磷化锌(Zn3P2)等。
插表列出了各类太阳能电池的分类和用途。
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。
以光电效应工作的菁膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的式太阳能民池则还处于萌芽阶段。
太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴由-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。
太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄式和非结晶系膜式(以下表示为a-)两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形。
按材料可分类硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机薄膜形，百化合物半导体薄膜形又分为非结晶形(a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel -x:H等)、ⅢV族(GaAs,InP)、ⅡⅥ族(cds系)和磷化锌(Zn3P2)等。
太阳能电池原理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。
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：硅基太阳能电池和薄膜电池，这里主要讲的硅基太阳能电池。
太阳能电池的研究现状与发展趋势
第26卷第6期2008年12月水 电 能 源 科 学WaterResourcesandPowerVol.26No.6Dec.2008
文章编号:1000-7709(2008)06-0193-05
太阳能电池的研究现状与发展趋势张红梅 尹云华(大庆石油学院化学化工学院,黑龙江大庆163318)
摘要:针对目前太阳能电池中占重要地位的硅太阳能电池、化合物半导体和染料敏化太阳能电池的研究现状进行了调研,对研究热点、存在问题及发展方向进行了总结,同时讨论了三类太阳能电池各自的优势和不足。关键词:太阳能电池;单晶硅;多晶硅;薄膜;化合物半导体;染料敏化中图分类号:TM914.4文献标志码:A
收稿日期:2008-09-10,修回日期:2008-09-28作者简介:张红梅(1961-),女,博士、副教授、研究方向为石油化工过程及新能源,E-mail:cxhzhm@163.com
1 概述随着煤、石油等一次能源的逐渐枯竭及对环境的恶化影响,人类迫切需求对环境友好的可再生能源。太阳能电池利用光电转换技术可将太阳能直接转换为电能,是使用太阳能的最有效方式。目前,太阳能电池由于制造成本高、光电转换效率低,因而其应用受到了限制,但其优点及化石能源的枯竭又促使人们不断地寻找低成本、高效率的太阳能电池材料。目前研究最多的太阳能电池有硅太阳能电池、化合物半导体太阳能电池和染料敏化太阳能电池。在硅太阳能电池中以单晶硅太阳能电池的光电转换效率最高,技术最为成熟,但对硅原料的纯度要求高且使用量大、制备工艺繁琐,所以生产成本居高不下。多晶硅太阳能电池对原料的纯度要求低,原料来源渠道也较广阔,适合大规模商业化生产。在硅太阳能电池的成本中,约50%～60%的造价源于硅原料,若采用薄膜太阳能电池,在廉价衬底上沉积硅薄膜作为吸收层,40μm厚的硅薄膜即可吸收80%太阳光,与单晶硅和多晶硅太阳能电池中至少250μm厚的硅片相比,大幅度削减了硅原料的消耗,成本降低,因此硅薄膜太阳能电池成为硅太阳能电池研究的热点。相对于硅太阳能电池,CIS/CIGS、GaAs和CdTe薄膜太阳能电池以其低成本、高效率、高稳定性成为人们研究最多的化合物半导体太阳能电池,但由于其制作工艺重复性差,高效电池的成品率低等原因,限制了商业化进程。染料敏化太阳能电池(DSSC)是20世纪90年代后发展的新一代太阳能电池,以其潜在的低成本、相对简单的制作工艺和技术等优势赢得了广泛重视,但在电极材料、染料敏化剂和电解质的选择与制备等还存在一系列问题,制约了染料敏化太阳能电池转换效率和稳定性的进一步提高。总之,要想使太阳能电池广泛应用于生活、生产中,解决太阳能电池的低成本低效率是首要问题。鉴此,本文概述了太阳能电池的研究现状及发展趋势。