《新能源材料太阳能电池.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新能源材料太阳能电池.pptx（26页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、世界和中国主要常规能源储量预测第1页/共26页太阳能概况太阳能概况 n普遍性:阳光普照大地,无论陆地和海洋,高山和岛屿,到处均有,可以直接开发和利用,无需采掘和运输。n长久性:据目前太阳产生的能量速率计算,太阳的生命可以延续几十亿年。对于地球上的人类来说,太阳的能量是取之不尽用之不竭。n数量大:从太阳表面所放射出来的能量，穿过大气层到达地球的表面约有1.8x1014 kW，这个值大约为全球平均电力的十万倍。给地面照射分钟的能量，足够全世界使用1年。n洁净性:开发利用太阳能不会给环境造成污染,是最清洁的能源之一。第2页/共26页太阳能概况太阳能概况 n强度弱:能流密度小,实际投射到地球表面的太阳
2、辐射功率,晴天时也仅为500-1000瓦/米2，要有收集转换设备。设备必须具有相当大的面积，才能收集到足够的功率。但是，面积大，造价就高。n不稳定：随季节、气候、时间变化，受到天气状况的影响大。必须有贮存装置，不仅增加了技术困难，也使造价增加。n不连续:只有在白昼才能接受到太阳辐射能。太阳能是各种可再生能源中的基本能源。风能、生物质能、海洋能、水能等都来自太阳能。第3页/共26页利用太阳能的三个途径利用太阳能的三个途径n光热转换：靠各种集热器把太阳能收集起来,利用收集到的热能.n光化转换：先将太阳能转换成化学能,再转换为电能等其他能量.n光电转换：将太阳能转换成电能,利用太阳能电池的光电效应,
3、将太阳能直接转变为电能.第4页/共26页太阳能光伏发电了解程度 比较了解比较了解 听说过一些听说过一些 一点不了解一点不了解第5页/共26页中国光伏产业发展研究报告 2008.至200至2007(GWp)累计生产12.64累计安装12.0第6页/共26页世界2006和2007年安装量黄色2006,橙色2007德国2006:850MWp德国2007:1100MWp世界2006:1600MWp世界2007:2400MWpFrom Frank Haugwitz第7页/共26页最近10年平均年增长率为41.3%，最近5年的年平均增长率为49.5，2007年比2006年增长率56.2%。世界光伏产业持续
4、快速、增速发展。光伏市场仍然是需要政策驱动的市场。第8页/共26页（1）光伏电池产量份额 （2）光伏市场份额2007年主要国家和地区光伏电池和光伏市场份额第9页/共26页时间20102020 2030 204020502100替代比（）1020 30 405080可持续发展所要求的可再生能源替代比例 太阳能光伏发电量（TWh），世界总发电量（TWh）未来太阳能光伏发电的替代趋势第10页/共26页 世界能耗与可再生能源世界能耗与可再生能源(TW=109kW)20042004世界实际能耗世界实际能耗13 13 TWTW20502050世界预测能耗世界预测能耗30 TW30 TW21002100世界
5、预测能耗世界预测能耗46 TW46 TW未开发水力未开发水力 0.5 TW 0.5 TW海洋能（潮汐、海浪等）海洋能（潮汐、海浪等）2 TW 2 TW地热能地热能12 TW12 TW可利用风力可利用风力2-4 TW2-4 TW全球总太阳能全球总太阳能120,000 TW120,000 TW经济可开发经济可开发经济可开发经济可开发 600 TW600 TW美国能源部Office of Science报告。第11页/共26页光伏发电未来的主导地位第12页/共26页太阳能电池类型单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池非晶硅太阳能电池非晶硅太阳能电池铜铟镓硒太阳能电池铜铟镓硒
6、太阳能电池碲化镉太阳能电池碲化镉太阳能电池砷化镓太阳能电池砷化镓太阳能电池有机太阳能电池有机太阳能电池染料敏化太阳能电池染料敏化太阳能电池第13页/共26页单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池1839年，第一次观察到光伏效应。1954年贝尔实验室开发出效率为6单晶硅太阳能电池。1958年首先在航天器上得到应用。随着集成电路的发展，此类型一直是市场的主角，其市占率从未低于80。硅主要存在于石英和砂子中。制备主要是在电弧炉中用碳还原石英砂。该过程能量消耗很高，约为14kwhkg。单晶硅材料制造过程：石英砂一冶金级硅一提纯精炼一沉积多晶硅锭一单晶硅一硅片切割。单晶硅大阳能电池转换效率最高，技术最成熟。第
7、14页/共26页多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池由于硅材料占硅太阳电池成本中的绝大部分，降低硅材料的成本是光伏应用的关键。浇铸多晶硅技术是降低成本的重要途径之一，该技术省去了昂贵的单晶拉制过程，也能用较低纯度的硅作投炉料，材料及电能消耗方面都较省。制备多晶硅电池多采用低压化学气相沉积（LPCVD）和等离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺。此外，液相外延法（LPPE）和溅射沉积法也用来制备多晶硅电池。多晶硅材料制作成本低于单晶硅材料，多晶硅组件比单晶硅组件具有更大的降低成本的潜力。第15页/共26页非晶硅太阳能电池非晶硅太阳能电池非晶硅太阳能电池成本低，便于大规模生产，受到人们的重视并得到迅速
8、发展。制备非晶硅太阳能电池多采用反应溅射法、PECVD法、LPCVD法等。反应原料气体为H2稀释的SiH4，衬底主要为玻璃及不锈钢片，低温工艺（100一300C），耗电量小。制成的非晶硅薄膜可分别制得单结电池和叠层电池。非晶硅具有高的光吸收能力，层厚度通常只有0.2-0.5m。其吸光频率范围约1.1-1.7eV，不同于晶硅的1.1eV。非晶硅太阳能电池有极大潜力，但由于材料多缺陷，稳定性不高，直接影响实际应用。第16页/共26页铜铟镓硒太阳能电池太阳能电池有两种：一种含铜铟硒三元素（简称CIS），一种含铜铟镓硒四元素（简称CIGS）。Cu1nSe2半导体材料，77K时的带隙为Eg=1.04eV
9、，300K时Eg=1.02eV，其带隙对温度的变化不敏感。铜铟镓硒电池具有生产成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等显著特点，光电转换效率接近于晶体硅太阳电池，而成本只是它的三分之一。薄膜的生长方法主要有：真空蒸发法、Cu-In合金膜的硒化处理法（包括电沉积法和化学热还原法）、封闭空间的气相输运法、喷涂热解法、射频溅射法、交替溅射法等。用交替溅射法制备铜铟镓硒薄膜，通过电源控制器实现对Cu/Ga合金靶以及In靶溅射时间的控制，实现对元素配比的控制。材料的电学性质（电阻率、导电类型、载流子浓度、迁移率）主要取决于材料的元素组份比。铜铟镓硒电池具有敏感的元素配比和复杂的层结构，其工艺和制备条件极为苛
10、刻，产业化进程十分缓慢。铟和硒是稀有的元素，这类电池的发展又受到限制。第17页/共26页碲化镉薄膜太阳能电池碲化镉薄膜太阳能电池 CdTe是-族化合物，其带隙为1.45eV，它的光谱响应与太阳光谱十分吻合。CdTe是人们公认的高效、稳定、廉价的薄膜光伏器件材料。CdTe薄膜太阳电他的理论值，开路电压1050mV，短路电流30.8mAcm2，填充因子83.7，转换效率27。制备CdTe薄膜方法主要有：电镀，丝网印刷，化学气相沉积CVD，物理气相沉积PVD，分子束外延MBE，喷涂，溅射，真空蒸发，电沉积等。大规模使用CdTe光伏技术的一大障碍和Cd的毒性有关。重金属Cd 有剧毒，Cd的化合物与Cd
11、一样有毒。主要危险是其尘埃通过呼吸造成危害。第18页/共26页砷化镓太阳能电池砷化镓太阳能电池GaAsGaAs属于属于III-VIII-V族化合物半导体材料，其能隙为族化合物半导体材料，其能隙为1.4eV1.4eV，与，与太阳光谱的匹配较适合，且能耐高温，在太阳光谱的匹配较适合，且能耐高温，在250250光电转换性光电转换性能仍很良好，特别适合做高温聚光太阳电池。能仍很良好，特别适合做高温聚光太阳电池。空间用太阳电池，要求其具有高的效率，轻的重量和高的空间用太阳电池，要求其具有高的效率，轻的重量和高的抗辐射能力。用抗辐射能力。用GaAsGaAs作衬底的光电池效率高达作衬底的光电池效率高达29.
12、529.5，产品，产品耐辐射，目前主要作空间电源用。耐辐射，目前主要作空间电源用。砷化镓材料的制备类似硅半导体材料的制备，有晶体生长砷化镓材料的制备类似硅半导体材料的制备，有晶体生长法、直接拉制法、气相生长法、液相外延法等。法、直接拉制法、气相生长法、液相外延法等。镓比较稀缺，砷有毒，制造成本高，产量受限，影响太阳镓比较稀缺，砷有毒，制造成本高，产量受限，影响太阳电池的发展。电池的发展。第19页/共26页有机太阳能电池有机太阳能电池由有机材料构成核心部分的太阳能电池。共轭高分子聚合物材料由有机材料构成核心部分的太阳能电池。共轭高分子聚合物材料沿着其化学链的格点轨道交迭形成非定域化的导带和价带，
13、因而沿着其化学链的格点轨道交迭形成非定域化的导带和价带，因而呈现半导体性质。有机半导体内的电子在光照下被从呈现半导体性质。有机半导体内的电子在光照下被从HOMOHOMO能级激能级激发到发到LUMOLUMO能级，产生一对电子和空穴。能级，产生一对电子和空穴。用于光伏器件的高分子材料主要有酞青锌（用于光伏器件的高分子材料主要有酞青锌（ZnPcZnPc）、甲基叶林）、甲基叶林（TTPTTP）、聚苯胺（）、聚苯胺（PAmPAm）、聚对苯乙炔（）、聚对苯乙炔（PPVPPV）等。）等。通过适当的化学掺杂可达到高电子迁移率，禁带宽度为几个电子通过适当的化学掺杂可达到高电子迁移率，禁带宽度为几个电子伏特。有机
14、半导体有许多特殊的性质，可用来制造许多薄膜半导伏特。有机半导体有许多特殊的性质，可用来制造许多薄膜半导体器件，如：场效应晶体管、光发射二极管、光伏器件等。体器件，如：场效应晶体管、光发射二极管、光伏器件等。用有机半导体制造太阳电池工艺简单、重量轻、价格低、利于大用有机半导体制造太阳电池工艺简单、重量轻、价格低、利于大规模生产。具有超薄、可弯曲、可贴覆等特点，将有机物质以打规模生产。具有超薄、可弯曲、可贴覆等特点，将有机物质以打印或是喷洒的方式贴覆在塑料片上。目前电池效率较低。印或是喷洒的方式贴覆在塑料片上。目前电池效率较低。第20页/共26页染料敏化太阳能电池染料敏化太阳能电池是近年发展起来的
15、一种太染料敏化太阳能电池是近年发展起来的一种太阳能电池。由瑞士的阳能电池。由瑞士的GratzelGratzel教授领导的研究教授领导的研究小组首次提出的。小组首次提出的。基于自然界中的光合作用原理。基于自然界中的光合作用原理。目前电池效率较低。目前电池效率较低。第21页/共26页M.Grtzel,Photoelectrochemical cells,Nature 2001(414),338各类太阳能电池转化效率简表Type of cellType of cellEfficiency Efficiency(%)(%)Research and technology needsResearch an
16、d technology needsCellCellModuleModuleCrystalline siliconCrystalline silicon242410-1510-15Higher production yields,Higher production yields,lowering of cost and energy lowering of cost and energy contentcontentMulticrystalline Multicrystalline siliconsilicon18189-129-12Lower manufacturing cost and L
17、ower manufacturing cost and complexitycomplexityAmorphous siliconAmorphous silicon13137 7Lower production costs,increase Lower production costs,increase production volume and stabilityproduction volume and stabilityCuInSeCuInSe2 219191212Replace indium(too expensive Replace indium(too expensive and
18、limited supply),replace CdS and limited supply),replace CdS window layer,scale up window layer,scale up productionproductionDye-sensitized solar Dye-sensitized solar cellscells10-10-11117 7Improve efficiency and high-Improve efficiency and high-temperature stability,scale up temperature stability,sc
19、ale up productionproductionBipolar AlGaAs/Si Bipolar AlGaAs/Si photoelectrochemicaphotoelectrochemical celll cell19-19-2020-Reduce materials cost,sale upReduce materials cost,sale upOrganic solar cellOrganic solar cell2-32-3-Improve stability and efficiencyImprove stability and efficiency第22页/共26页Lewis,et al.“Basic Research Needs for Solar Energy Utilization.”各类太阳能电池发展历程第23页/共26页太阳能资源分布太阳能资源分布第24页/共26页我国太阳能分布及特点我国太阳能分布及特点中国绝大多数地区的太阳能资源丰富具有得天独厚的资源条件!第25页/共26页感谢您的观看。第26页/共26页