新型太阳能电池的研究毕业论文答辩PPT.ppt

新型太阳能电池的研究姓姓 名：名：陶陶 玉玉 麒麒专专 业：业：应用物理应用物理指导老师：指导老师：贾贾 二二 广广 摘要 目前的太阳电池片发展迅速，转目前的太阳电池片发展迅速，转换效率越来越高，但是仍然面临换效率越来越高，但是仍然面临着一些未解决的基础问题。本文着一些未解决的基础问题。本文介绍了太阳能电池的发展历程和介绍了太阳能电池的发展历程和最新研究进展，晶体硅太阳能电最新研究进展，晶体硅太阳能电池在光伏产业中主要朝高效方向池在光伏产业中主要朝高效方向发展，廉价、高效多晶硅薄膜太发展，廉价、高效多晶硅薄膜太阳能电池，是当前太阳能电池研阳能电池，是当前太阳能电池研究的热点，也是未来太阳能电池究的热点，也是未来太阳能电池发展的方向。发展的方向。关键词关键词太阳能太阳能光伏效应光伏效应能带能带 绪绪 论论1.太阳能基本知识太阳能基本知识 太阳能的特点 太阳能电池基本原理 2.太阳能电池的发展与分析太阳能电池的发展与分析 第一代太阳能电池单晶硅太阳能电池 多晶硅太阳能电池 第二代太阳能电池 非晶硅薄膜太阳能电池 多晶硅薄膜太阳能电池 第三代太阳能电池 3.新型太阳能电池新型太阳能电池 叠层电池 多能带电池 多次激发电子空穴对 热载流子电池 太阳能的特点太阳能辐射的广泛性太阳能的清洁性太阳能的分散性太阳能的间歇性无光照时，无光照时，PNPN结的形成结的形成P区(a)N区(b)PN耗尽层空间电荷区扩散运动方向自建场 图图1.5 PN1.5 PN结的形成结的形成（a a）多子扩散示意图；）多子扩散示意图； （b b）PNPN结的形成结的形成 N N型半导体和型半导体和P P型半导体接触形成型半导体接触形成PNPN结，它们的交界面附近结，它们的交界面附近会形成一个很薄的空间电荷区，称其为会形成一个很薄的空间电荷区，称其为PNPN结。结。 PNPN结内存在结内存在从从N N区指向区指向P P区的内建电场。区的内建电场。太阳能电池的原理太阳能电池的原理太阳电池发电原理示意图太阳电池发电原理示意图PN结受光照后，结受光照后，光伏效应半导体吸收光能产生带半导体吸收光能产生带正电和负电的粒子（空正电和负电的粒子（空穴和电子），在内建电穴和电子），在内建电场作用下，电子（）场作用下，电子（）朝朝N型半导体汇集，而型半导体汇集，而空穴（）则朝空穴（）则朝P型半型半导体汇集。如果外电路导体汇集。如果外电路处于开路状态，那么这处于开路状态，那么这些光生电子和空穴积累些光生电子和空穴积累在在pn结附近，使结附近，使p区获区获得附加正电荷，得附加正电荷，n区获得区获得附加负电荷，这样在附加负电荷，这样在pn结上产生一个光生电动结上产生一个光生电动势势。第一代太阳能电池：第一代太阳能电池：19541954年美国贝尔实验室研制出了第一块年美国贝尔实验室研制出了第一块晶体硅太阳能电池，开始了利用太阳能发电的新纪元晶体硅太阳能电池，开始了利用太阳能发电的新纪元 （1 1）单晶硅太阳能电池：）单晶硅太阳能电池：单晶硅太阳能电池主要使用的原料单晶硅太阳能电池主要使用的原料为：半导体硅碎片，半导体单晶硅的头、尾料，半导体用为：半导体硅碎片，半导体单晶硅的头、尾料，半导体用不合格的单晶硅。目前单晶硅薄膜电池的最高转换效率达不合格的单晶硅。目前单晶硅薄膜电池的最高转换效率达24247 7 （2 2）多晶硅太阳能电池：）多晶硅太阳能电池：多晶硅太阳能电池一般采用低等级多晶硅太阳能电池一般采用低等级的半导体多晶硅，与单晶硅太阳能电池相比，多晶硅太阳的半导体多晶硅，与单晶硅太阳能电池相比，多晶硅太阳能电池成本较低，而且转换效率与单晶硅太阳能电池比较能电池成本较低，而且转换效率与单晶硅太阳能电池比较接近接近, ,多晶硅薄膜电池的最高转换效率达多晶硅薄膜电池的最高转换效率达21214 4 太阳能的发展与分析太阳能的发展与分析第二代太阳能电池第二代太阳能电池: :第二代太阳能电池是基于薄膜技术之上的一种太阳第二代太阳能电池是基于薄膜技术之上的一种太阳能电池。其核心是一种可粘接的薄膜。这种薄膜的优势：可以大批能电池。其核心是一种可粘接的薄膜。这种薄膜的优势：可以大批量、低成本地生产；量、低成本地生产；（1 1）非晶硅薄膜太阳能电池）非晶硅薄膜太阳能电池: : 非晶态硅，其原子结构不像晶体硅那样排列得有规则，而是一种非晶态硅，其原子结构不像晶体硅那样排列得有规则，而是一种不定形晶体结构的半导体。非晶硅对阳光吸收系数高，只需不定形晶体结构的半导体。非晶硅对阳光吸收系数高，只需1 1m m厚的薄膜就可以吸收厚的薄膜就可以吸收8080的阳光的阳光（2 2）多晶硅薄膜太阳能电池）多晶硅薄膜太阳能电池: :多晶硅薄膜：一种是采用非硅衬底；多晶硅薄膜：一种是采用非硅衬底；另一种是采用低品质的硅衬底。另一种是采用低品质的硅衬底。薄膜技术所需的材料较晶体硅太阳能电池少得多，且易于实现大薄膜技术所需的材料较晶体硅太阳能电池少得多，且易于实现大面积电池的生产，是一种有效降低成本的方法，薄膜电池主要为面积电池的生产，是一种有效降低成本的方法，薄膜电池主要为多晶硅薄膜电池，目前多晶硅薄膜电池的最高转换效率达多晶硅薄膜电池，目前多晶硅薄膜电池的最高转换效率达19.219.2, ,第三代太阳能电池第三代太阳能电池: :所谓第三代太阳能电所谓第三代太阳能电池并没有具体的概念。光伏领域的权威人池并没有具体的概念。光伏领域的权威人士马丁格林教授指出，第三代太阳能电池士马丁格林教授指出，第三代太阳能电池必须具备以下特征：必须具备以下特征：1 1基于薄膜技术。基于薄膜技术。2 2高转化效率，高转化效率，3 3原料资源丰富，原料资源丰富，4 4无毒。无毒。 热损失热损失: :被吸收的光被吸收的光生载流子通过向能带生载流子通过向能带释放声子的形式将大释放声子的形式将大于禁带宽度的那部分于禁带宽度的那部分能量损失掉。能量损失掉。 电子电子- -空穴对的重新复空穴对的重新复合引起的能量损失。合引起的能量损失。这种复合可以通过消这种复合可以通过消除所有不必要的缺陷除所有不必要的缺陷延长载流子的寿命来延长载流子的寿命来抑制抑制。 能量损失机理能量损失机理 造成太阳能电池的能量损失主要有造成太阳能电池的能量损失主要有 还有一种能量损失是还有一种能量损失是 低于禁带宽度的能量低于禁带宽度的能量 损失，能量小于禁带损失，能量小于禁带 宽度的光子不能被吸宽度的光子不能被吸收所造成的损失。收所造成的损失。新型太阳能电池新型太阳能电池 叠层电池：叠层电池：叠层式电池结构就是要使叠层式电池结构就是要使用不同的禁带宽度的材料来吸收不同波用不同的禁带宽度的材料来吸收不同波长的光子，这是通过使用多层电池实现长的光子，这是通过使用多层电池实现的。每层电池的能带都不同，最高能带的。每层电池的能带都不同，最高能带的电池位于最高位置，往下能带依次减的电池位于最高位置，往下能带依次减小，能量高的光子被能带高的电池吸收，小，能量高的光子被能带高的电池吸收，能量低的光子被能带低的电池吸收，减能量低的光子被能带低的电池吸收，减少了载流子能带内的能量释放，从而大少了载流子能带内的能量释放，从而大幅的提高了太阳能电池的效率。理论上，幅的提高了太阳能电池的效率。理论上，无限增加太阳能电池的层数，可以获得无限增加太阳能电池的层数，可以获得的极限效率为的极限效率为86868 8 多能带电池：多能带电池： 标准电池材料的光伏效应基于载流子在价带和导带之间的激发近年来有所谓多能带结构被提出，就是在导带与价带之间引进额外的能带，多能带电池可以获得比单结电池大的多的转换效率 。不同能量的光子被吸收后可以将电子激发到不同的能带，从而有效的利用了太阳光子的能量。 多次激发电子空穴对多次激发电子空穴对 高能电子-空穴对不是把多余的热量以 热能的形式释放出去，而是将这部分能量利用起来去冲击别的电子，以产生更多的电子空穴对，就有可能获得高的转换效率，也称为冲击离子化电池 。热载流子电池热载流子电池 热载流子电池的概念是在光生载流子与晶格相互热载流子电池的概念是在光生载流子与晶格相互作用释放热能作用释放热能( (通过声子散射通过声子散射) )之前收集载流子。之前收集载流子。其运作原理是光吸收器吸收入射光产生电子其运作原理是光吸收器吸收入射光产生电子- -空穴空穴对，不同功函数的金属接触两端电极提供内建电对，不同功函数的金属接触两端电极提供内建电场，在电子空穴对复合前将他们分离。其中高能场，在电子空穴对复合前将他们分离。其中高能量的热电子通过电子能量带通选择器的筛选到达量的热电子通过电子能量带通选择器的筛选到达低功函数的金属接触端的负电极。同样的，高能低功函数的金属接触端的负电极。同样的，高能量的热空穴通过空穴能量带通选择器的筛选，到量的热空穴通过空穴能量带通选择器的筛选，到达高功函数的金属接触端的正电极，这样就是所达高功函数的金属接触端的正电极，这样就是所谓的热载流子电池。谓的热载流子电池。 太阳能电池的发展方向 材料与器件结构的研究与开发材料与器件结构的研究与开发 各种太阳能电池材料研究各种太阳能电池材料研究 杂质与缺陷的转换效率及稳定性影响杂质与缺陷的转换效率及稳定性影响 使用薄膜技术和剥离技术使用薄膜技术和剥离技术 大规模生产技术的开发大规模生产技术的开发 跟踪与聚光跟踪与聚光储电及储电及并网发电结合并网发电结合 并网发电已占并网发电已占50%50% 以建成多个兆瓦级的电站，以建成多个兆瓦级的电站，100MW100MW规模规模VSVS太阳能热发电站太阳能热发电站 与建筑物结合与建筑物结合 架设太阳电池组件架设太阳电池组件 日本：日本：1994-20001994-2000年年 2 2万套屋顶光伏系统万套屋顶光伏系统185MW 185MW ；七万屋顶计划；七万屋顶计划 280M280M 美国：美国：1997201019972010年年 百万屋顶计划百万屋顶计划 3025MW 3025MW 发电成本发电成本6 6美分美分 集成在建筑材料上集成在建筑材料上 曲线形屋顶瓦、垂直幕墙、窗用玻璃曲线形屋顶瓦、垂直幕墙、窗用玻璃太阳能电池应用实例太阳能电池应用实例 上海临港新城兆瓦级光伏电站上海临港新城兆瓦级光伏电站系统介绍：系统介绍：系统容量：系统容量：1.06MWp1.06MWp安装面积：约安装面积：约15000m15000m2 2电网接入：电网接入：10KV10KV年发电量：约年发电量：约100100万千瓦时万千瓦时奥运鸟巢奥运鸟巢105KW105KW光伏并网电站光伏并网电站系统介绍：系统介绍：系统容量：系统容量：105KWp105KWp安装面积：约安装面积：约1100m1100m2 2电网接入：电网接入：400/230V400/230V年发电量：约年发电量：约1212万千瓦时万千瓦时上海世博会中国馆和主题馆上海世博会中国馆和主题馆MWMW级级光伏并网发电系统光伏并网发电系统系统介绍：系统介绍：系统容量：系统容量：3MWp3MWp安装面积：约安装面积：约30000m30000m2 2电网接入：电网接入：10KV10KV年发电量：约年发电量：约300300万千瓦时万千瓦时结 语 化石能源在推动社会经济发展的同时，也造化石能源在推动社会经济发展的同时，也造成了全球性的生态环境污染。因此，可再生能源成了全球性的生态环境污染。因此，可再生能源和节能技术的出现即成必然，并且其开发应用业和节能技术的出现即成必然，并且其开发应用业已被列入许多国家的发展规划。已被列入许多国家的发展规划。 在这其中具有长寿命、高度节能、环境友在这其中具有长寿命、高度节能、环境友好、可靠性高等优点的太阳能自然被日益提上日好、可靠性高等优点的太阳能自然被日益提上日程。程。 谢谢！