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      待解決問(wèn)題

      光伏材料

      回答:0  瀏覽:12466  提問(wèn)時(shí)間:2012-5-22

           

              能將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成電能的材料。光伏材料又稱(chēng)太陽(yáng)電池材料,只有半導(dǎo)體材料具有這種功能。可做太陽(yáng)電池材料的材料有單晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等。用于空間的有單晶硅、GaAs、InP。用于地面已批量生產(chǎn)的有單晶硅、多晶硅、非晶硅。其他尚處于開(kāi)發(fā)階段。目前致力于降低材料成本和提高轉(zhuǎn)換效率,使太陽(yáng)電池的電力價(jià)格與火力發(fā)電的電力價(jià)格競(jìng)爭(zhēng),從而為更廣泛更大規(guī)模應(yīng)用創(chuàng)造條件。
      光伏材料發(fā)電原理
        光伏材料能產(chǎn)生電流是因?yàn)楣馍匦?yīng),即如果光線(xiàn)照射在太陽(yáng)能電池上并且光在界面層被吸收,具有足夠能量的光子能夠在P型硅和N型硅中將電子從共價(jià)鍵中激發(fā),以致產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。界面層附近的電子和空穴在復(fù)合之前,將通過(guò)空間電荷的電場(chǎng)作用被相互分離。電子向帶正電的N區(qū)和空穴向帶負(fù)電的P區(qū)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)界面層的電荷分離,將在P區(qū)和N區(qū)之間產(chǎn)生一個(gè)向外的可測(cè)試的電壓。此時(shí)可在硅片的兩邊加上電極并接入電壓表。對(duì)晶體硅太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō),開(kāi)路電壓的典型數(shù)值為0.5~0.6V。通過(guò)光照在界面層產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)越多,電流越大。界面層吸收的光能越多,界面層即電池面積越大,在太陽(yáng)能電池中形成的電流也越大。
      各種材料特性
        (1)單晶硅太陽(yáng)能電池
        單晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為15%左右,最高的達(dá)到24%,這是目前所有種類(lèi)的太陽(yáng)能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的,但制作成本很大,以致于它還不能被大量廣泛和普遍地使用。由于單晶硅一般采用鋼化玻璃以及防水樹(shù)脂進(jìn)行封裝,因此其堅(jiān)固耐用,使用壽命一般可達(dá)15年,最高可達(dá)25年。
        (2)多晶硅太陽(yáng)能電池   多晶硅太陽(yáng)電池的制作工藝與單晶硅太陽(yáng)電池差不多,但是多晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率則要降低不少,其光電轉(zhuǎn)換效率約12%左右 (2004年7月1日日本夏普上市效率為14.8%的世界最高效率多晶硅太陽(yáng)能電池)。 從制作成本上來(lái)講,比單晶硅太陽(yáng)能電池要便宜一些,材料制造簡(jiǎn)便,節(jié)約電耗,總的生產(chǎn)成本較低,因此得到大量發(fā)展。此外,多晶硅太陽(yáng)能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽(yáng)能電池短。從性能價(jià)格比來(lái)講,單晶硅太陽(yáng)能電池還略好。
        (3)非晶硅太陽(yáng)能電池  非晶硅太陽(yáng)電池是1976年出現(xiàn)的新型薄膜式太陽(yáng)電池,它與單晶硅和多晶硅太陽(yáng)電池的制作方法完全不同,工藝過(guò)程大大簡(jiǎn)化,硅材料消耗很少,電耗更低,它的主要優(yōu)點(diǎn)是在弱光條件也能發(fā)電。但非晶硅太陽(yáng)電池存在的主要問(wèn)題是光電轉(zhuǎn)換效率偏低,目前國(guó)際先進(jìn)水平為10%左右,且不夠穩(wěn)定,隨著時(shí)間的延長(zhǎng),其轉(zhuǎn)換效率衰減。   
        (4)多元化合物太陽(yáng)電池   多元化合物太陽(yáng)電池指不是用單一元素半導(dǎo)體材料制成的太陽(yáng)電池。現(xiàn)在各國(guó)研究的品種繁多,大多數(shù)尚未工業(yè)化生產(chǎn),主要有以下幾種:a) 硫化鎘太陽(yáng)能電池b) 砷化鎵太陽(yáng)能電池c) 銅銦硒太陽(yáng)能電池(新型多元帶隙梯度Cu(In, Ga)Se2薄膜太陽(yáng)能電池)   Cu(In, Ga)Se2是一種性能優(yōu)良太陽(yáng)光吸收材料,具有梯度能帶間隙(導(dǎo)帶與價(jià)帶之間的能級(jí)差)多元的半導(dǎo)體材料,可以擴(kuò)大太陽(yáng)能吸收光譜范圍,進(jìn)而提高光電轉(zhuǎn)化效率。以它為基礎(chǔ)可以設(shè)計(jì)出光電轉(zhuǎn)換效率比硅薄膜太陽(yáng)能電池明顯提高的薄膜太陽(yáng)能電池。可以達(dá)到的光電轉(zhuǎn)化率為18%,而且,此類(lèi)薄膜太陽(yáng)能電池到目前為止,未發(fā)現(xiàn)有光輻射引致性能衰退效應(yīng)(SWE),其光電轉(zhuǎn)化效率比目前商用的薄膜太陽(yáng)能電池板提高約50~75%,在薄膜太陽(yáng)能電池中屬于世界的最高水平的光電轉(zhuǎn)化效率。  

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