太阳能电池一课通.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,太阳能电池,西南科技大学理学院 何承林,2011,年,1,月,All power come from sun!,引言,太阳能每秒钟到达地面的能量高达,80,万亿千瓦，假如把地球表面,0.1%,的太阳能转为电能，转变率,5%,，每年发电量可达,5.610,12,千瓦小时,(,度,),，相当于目前世界上能耗的,40,倍。,光伏发电,太阳能发展历程,常规能源与太阳能的比较,太阳能电池定义和分类,太阳能电池结构与原理,太阳能电池的输出特性,太阳能电池的重要参数,太阳能电池比赛中的运用,太阳能电池的生产工艺,太阳能电池的应用,太阳能电池的更新换代,太阳能电池发展方向展望,太阳能发展历程,太阳能电池的理论基础：,1839年：法国科学家埃德蒙,贝克雷尔,发现,光伏效应,1904年：爱因斯坦提出的,光电效应,太阳能发展历程,1954,年：美国贝尔实验室的恰宾、富勒和皮尔松制成第一个效率为,6%,的太阳能电池；,1958,年：经过改造，太阳能电池效率达到,10%,，并装备于美国的先锋,1,号人造卫星上；,1960,年：硅太阳能电池发电首次并入常规电网,1973,年：美国制定了政府级阳光发电计划；,1980,年：又正式将光伏发电列入公共电力规划，累计投资达,8,亿多美元；,1994,年：美国在财政预算中，光伏发电的预算达,7800,多万美元，比,1993,年增加了,23,4,；,太阳能发展历程,1997,年：,美国和欧洲,相继宣布“,百万屋顶光伏计划,”，美国计划到,2010,年安装,1000,3000MW,太阳电池。,日本,不甘落后，,1997,年补贴“屋顶光伏计划”的经费高达,9200,万美元，安装目标是,7600Mw,。,印度,计划,1998,2002,年太阳电池总产量为,150MW,，其中,2002,年为,50MW,。,在,1997-2007,年的,10,年中，太阳能电池的产量从,126MW,快速发展到,2500MW,，年增长率达到,41.3%,。,太阳能发展历程,1954,年，第一个太阳能电池,1958,年，先锋,1,号,太阳能发展历程,屋顶的太阳能板,世博园林,现在常规能源与太阳能的比较,清洁,安全,广泛,资源充足,长寿命,优点,潜在的经济性,现在常规能源与太阳能的比较,能量密度低,价格贵,效率低,能源储存,缺点,间歇性和随机性,现在常规能源与太阳能的比较,2006,年,2009,年,太阳能应用领域,太阳能灯,太空方面,交通设施方面,家电方面,太阳能车和游艇,通信方面,领域,光伏航标灯,光生伏特效应,光生伏特效应,，是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电势差的现象，又简称“光伏效应”。,太阳能电池就是利用光伏效应将太阳能转换为电能的一种装置。,3.,太阳能电池定义和分类,太阳能电池,，,又称光伏器件,，,是一种利用光生伏特效应把光能转变为电能的器件。它是太阳能光伏发电的基础和核心。,太阳能电池分类,按结构,分类,同质结,太阳电池,异质结,太阳电池,肖特基,太阳电池,按材料,分类,硅太阳,电池,敏化纳米晶,太阳电池,有机化合物,太阳电池,塑料,太阳电池,无机化合物,半导体,太阳电池,20,按基本材料分类,晶体硅太阳能电池,单晶硅太阳能电池,多晶硅太阳能电池,非晶硅太阳能电池,多晶硅薄膜太阳能电池,微晶硅薄膜太阳能电池,纳米晶硅薄膜太阳能电池,硒光电池,化合物太阳能电池,CdS,太阳能电池,GaAs,太阳能电池,CIS,（硒、铟、铜）太阳能电池,CdTe,太阳能电池,InP,太阳能电池,有机半导体太阳能电池,按用途分类,空间太阳能电池,地面太阳能电池,光伏传感器,按工作方式分类,平板太阳能电池,聚光太阳能电池,分光太阳能电池,各种太阳能电池板,各种太阳能电池板,表,2,各型太阳能电池的光电转换效率,电池种类,电池种类,模组转换效率（,%,）,硅,结晶硅,单晶硅（晶圆型）,13,20,多晶硅（晶圆型、薄膜型）,10,17,非晶硅,a-Si,、,a-SiO,、,a-SiGe,5,13,化合物半导体,二元素,GaAs,、,CdTe,（晶圆型）,18,30,CdS,、,CdTe,（薄膜型）,7,15,三元素,CuInSe2,（薄膜型）,20,40,染料敏化太阳能电池（,DSSC,）,10,有机薄膜太阳能电池,1,5,按光电转换,机理,传统,太阳电池,激子,太阳电池,4.,太阳能电池的结构及工作原理,太阳能电池的结构,硅太阳能电池结构,太阳能电池原理,PN,结,在一块半导体单元晶一侧掺杂构成,P,型半导体,，另一侧掺杂构成,N,型半导体,，两个区域的,交界处,就形成一个特殊的薄层，称为,PN,结,。,1 PN,结形成,太阳能电池原理,硅光电池是一个大面积的光电二极管，它可把入射到它表面的光能转化为电能。当有光照时，入射光子将把处于介带中的束缚电子激发到导带,(,光生伏特效应），激发出的电子空穴对在内电场作用下分别漂移到,N,型区和,P,型区，当在,PN,结两端加负载时就有一光生电流流过负载。,光电池结构示意图,太阳能电池原理,太阳能电池原理,当晶片受光后，,PN,结中，,N,型半导体的空穴往,P,型区移动，而,P,型区中的电子往,N,型区移动，从而形成从,N,型区到,P,型区的电流。然后在,PN,结中形成电势差，这就形成了电源。,5.,太阳能电池的输出特性,6.,太阳能电池的重要参数,7,、,太阳能电池比赛中的运用,1.,热岛效应,太阳能组件在使用过程中，如果有一片太阳能电池单独被树叶、鸟粪等遮挡物长时间遮挡，被遮挡的太阳能电池在强光照射下就会发热损坏，甚至造成整个太阳能电池组件损坏，这就是所谓的热岛效应。,2.,旁通电阻,3.,最大功率跟踪,最大功率跟踪（,MPPT,）是并网发电中的一项重要的关键技术，它是指控制改变太阳电池阵列的输出电压或电流的方法使阵列始终工作在最大功率点上。,8,、,太阳能电池的生产工艺,（,传统,、,工业,）,导电玻璃 膜切割 清洗,检测 镀铝电极 沉积,PN,结,老化 检测 封装 成品检测,太阳能电池组件生产工艺,组件线又叫封装线，封装是太阳能电池生产中的关键步骤，没有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键，所以组件板的封装质量非常重要。,流程：,1,、电池检测,2,、正面焊接并检验,3,、背面串接并检验,4,、敷设（玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设）,5,、层压,6,、去毛边（去边、清洗）,7,、装边框（涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶）,8,、焊接接线盒,9,、高压测试,10,、组件测试,外观检验,11,、包装入库,9,、太阳能电池的应用,上世纪,60,年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术,通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切，不仅在空间应用，在众多领域中也大显身手。如：太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光伏水泵（饮水或灌溉）、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等。欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势,*,45,太阳能电池板应用,(,一,),太阳能电池板应用,(,二,),太阳能电池板应用,(,三,),用户太阳能电源,1.,小型电源,10-100W,不等，用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电，如照明、电视、收录机等,太阳能电源 太阳能逆变器,并网发电系统及工作原理,太阳能发电系统,2.3-5KW,家庭屋顶并网发电系统；,3.,光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌溉,交通领域,如航标灯、交通,/,铁路信号灯、交通警示,/,标志灯、路灯、高空障碍灯、高速公路,/,铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。,通讯,/,通信领域,太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播,/,通讯,/,寻呼电源系统；农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵,GPS,供电等。,石油、海洋、气象领域,石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象,/,水文观测设备等,风云三号气象卫星的太阳能电池,海洋气象监测标,家庭灯具电源,如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。,光伏电站,10KW-50MW,独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各种大型停车厂充电站等。,自,1954,年发明太阳能电池至今，目前已经进入第三代发展期。,第一代的太阳能电池为晶圆技术。,第二代的太阳能电池为薄膜技术。,第三代太阳能电池包含所有正在创新、启蒙中的新型太阳能光电技术。,太阳能电池的更新换代,9,、太阳能电池的更新换代,第一代：单晶硅和多晶硅两种；,第二代：薄膜太阳能电池；,第三代：铜铟镓硒,CIGS,（,CIS,中掺入,Ga,）等 化合物薄膜太阳能电池及薄膜,Si,系太阳能电池,太阳能电池的更新换代,第一代太阳能电池,占太阳能电池产品市场的,89.9,。第一代太阳能电池基于硅晶片基础之上，主要采用单晶体硅、多晶体硅为材料。其中，单晶硅电池转换效率最高，可达到,18,20,，但生产成本高。多晶硅电池转换效率低一些，可达到,14,16,，由于生产成本低而成为目前的主流。,太阳能电池的更新换代,第二代太阳能电池,占太阳能电池产品市场的,9.9%,，第二代太阳能电池基于薄膜技术基础之上，主要采用非晶硅及氧化物等为材料为材料。效率比第一代低，最高的的转化效率为,13,，但生产成本最低（单晶硅的,1/5,）。,太阳能电池的更新换代,第三代太阳能电池,现在还处于实验室生产状态。第三代太阳能电池的效率为,17%,，成本仅有单晶硅的,1/3.,由于其的高效率，低成本而存在潜在庞大的经济效应。但由于技术还未成熟，因此产量很少，仅占世界的,0.2%,。,太阳能电池的更新换代,太阳能电池的更新换代,原料来源丰富，开发年限长，技术成熟,第一代中以单晶硅效率最高，多晶硅次之，使用寿命长,工艺技术复杂,材料对光的吸收能力差,电能再生水平低,对基板要求高,硅晶太阳能,返回,成本较低，可以用弹性基板,发展成熟，可大规模生产,效率较低,稳定性差,硅薄膜,返回,第二代中效率较高可以用弹性基板,发展成熟，可大规模生产,第二代中成本较高模组与基材占总成本五成，镉毒性高，碲储量有限,镉碲薄膜（,CdTe,）,返回,原物料稳定性最好,可以用弹性基板,成本相对较高,制造工艺未标准化,铟与镓储量有限,铜铟镓硒薄膜（,CIS/CIGS,）,返回,第三代中成本最低，材料使用最少，容易制造大面积元件，用途广范,技术不够成熟，不易商业化，封装过程较为复杂，在太阳光照射和高温下会出现严重劣化现象，效率最差,染料敏化（,DSSC,）,返回,10,、太阳能电池发展方向展望,从全球范围来看，光伏技术发展正在朝着低成本、低能耗、低污染的方向发展。,THE END!,Thanks for listen.,