太陽能電池材料課件

太陽能電池材料

于剛材料概論——專題內容1精選ppt課件2021Outline背景及發(fā)展歷程1基本原理2電池分類4發(fā)展前景5電池應用32精選ppt課件2021其其煤石油天然氣其他中國石油煤天然氣其他世界中國和世界的能源結構太陽能電池發(fā)展背景3精選ppt課件2021

能源枯竭

石油：42年，天然氣：67年，煤：200年。環(huán)境污染

每年排放的二氧化碳達210萬噸，并呈上升趨勢，造成全球氣候變暖；空氣中大量二氧化碳，粉塵含量己嚴重影響人們的身體健康和人類賴以生存的自然環(huán)境。

中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會

《中國新能源與可再生能源發(fā)展規(guī)劃1999白皮書》

中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會

《中國新能源與可再生能源發(fā)展規(guī)劃1999白皮書》

CxHy+O2H2O+CO2+SO2+NOx

太陽能電池發(fā)展背景4精選ppt課件2021資源豐富

40分鐘照射地球輻射的能量＝全球人類一年的能量需求太陽能電池發(fā)展背景潔凈能源與石油、煤炭等礦物燃料不同，不會導致“溫室效應”，也不會造成環(huán)境污染使用方便同水能、風能等新能源相比，不受地域的限制，利用成本低。太陽能的優(yōu)點5精選ppt課件20211893年

法國科學家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)“光生伏特效應”，即“光伏效應”。1930年

肖特基提出Cu2O勢壘的“光伏效應”理論。同年，朗格首次提出用“光伏效應”制造“太陽電池”，使太陽能變成電能。1941年

奧爾在硅上發(fā)現(xiàn)光伏效應。1954年

恰賓和皮爾松在美國貝爾實驗室，首次制成了實用的單晶太陽能電池，效率為6%。同年，韋克爾首次發(fā)現(xiàn)了砷化鎵有光伏效應，并在玻璃上沉積硫化鎘薄膜，制成了第一塊薄膜太陽能電池。太陽能電池發(fā)展歷史6精選ppt課件20211958年

太陽能電池首次在空間應用，裝備美國先鋒1號衛(wèi)星電源。1959年

第一個多晶硅太陽能電池問世，效率達5%。1975年

非晶硅太陽能電池問世。1980年單晶硅太陽能電池效率達20%，砷化鎵電池達22.5%，多晶硅電池達14.5%，硫化鎘電池達9.15%。1998年

單晶硅光伏電池效率達25%。荷蘭政府提出“荷蘭百萬個太陽光伏屋頂計劃”，到2020年完成。太陽能電池發(fā)展歷史7精選ppt課件2021太陽能電池是由電性質不同的n型半導體和p型半導體連接合成，一邊是p區(qū),一邊是n區(qū)，在兩個相互接觸的界面附近形成一個結叫p-n結，結區(qū)內形成內建電場，成為電荷運動的勢壘。太陽能電池基本原理8精選ppt課件2021

當太陽光入射到太陽電池表面上后,所吸收得能量大于禁帶寬度，在p-n結中產(chǎn)生電子-空穴對，在p-n結內建電場作用下，空穴向p區(qū)移動，電子向n區(qū)移動，從而在p區(qū)形成空穴積累，在n區(qū)形成電子積累。若電路閉合，形成電流。太陽能電池基本原理9精選ppt課件2021建筑設施航天航空交通設施家電方面太陽能車通信方面領域太陽能電池應用10精選ppt課件2021太陽能電池的應用（10KW光伏發(fā)電組）11精選ppt課件2021建筑設施12精選ppt課件2021太陽能屋頂發(fā)電裝置太陽能電池的應用13精選ppt課件2021太陽能與民用建筑的結合太陽能電池的應用14精選ppt課件2021太陽能服飾太陽能電池的應用15精選ppt課件2021太陽能與風能發(fā)電系統(tǒng)太陽能電池的應用16精選ppt課件2021太陽能自行車太陽能電池的應用17精選ppt課件2021太陽能電車太陽能電池的應用18精選ppt課件2021太陽能電車19精選ppt課件2021太陽能車站太陽能電池的應用20精選ppt課件2021太陽能飛機太陽能電池的應用21精選ppt課件2021太陽能飛機太陽能電池的應用22精選ppt課件2021太陽能發(fā)電廠太陽能電池的應用23精選ppt課件2021太陽能在偏遠地區(qū)的運用太陽能電池的應用24精選ppt課件2021太陽能在沙漠地區(qū)的運用太陽能電池的應用25精選ppt課件2021太陽能電池的應用交通設施交通/鐵路信號燈交通警示/標志燈高空障礙燈太陽能電池的應用26精選ppt課件2021通信方面光纜維護站小型通信機信號發(fā)射塔太陽能電池的應用27精選ppt課件2021航空航天衛(wèi)星供電電池航天飛機供電探測器電池太陽能電池的應用28精選ppt課件2021太陽能電池的應用家電方面手提燈節(jié)能燈充電器太陽能電池的應用29精選ppt課件2021太陽能電池硅太陽能電池單晶化合物太陽能電池多晶化合物太陽能電池非晶硅太陽能電池結晶系太陽能電池單晶硅太陽能電池多晶硅太陽能電池無機化合物太陽能電池有機化合物太陽能電池太陽能電池的分類（按基體材料分）30精選ppt課件2021目前各類太陽能電池的實驗室轉換效率的記錄電池種類轉換效率研發(fā)單位備注單晶硅電池24.7澳大利亞新南威爾士大學4cm2面積背接觸聚光單晶硅電池26.8美國Sunpower公司96倍聚光GaAs多結電池40.7德國斯派克

Lab333倍聚光多晶硅電池20.3德國弗朗霍夫研究所1.002cm2面積InGaP/GaAs30.28日本能源公司4cm2面積非晶硅電池12.8美國USSC公司0.27cm2面積CIGS電池19.9美國可再生能源實驗室0.41cm2面積CdTe電池16.5美國可再生能源實驗室1.032cm2面積多晶硅薄膜電池16.6德國斯圖加特大學4.017cm2面積納米硅電池10.1日本鐘淵公司2μm膜（玻璃襯底）染料敏化太陽能電池11.0瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院

0.25cm2面積31精選ppt課件2021第一代：單晶硅和多晶硅兩種單晶硅電池轉換效率最高，但生產(chǎn)成本高。第二代：薄膜太陽能電池基于薄膜技術基礎之上，主要采用非晶硅及氧化物等為材料。效率比第一代低，但生產(chǎn)成本最低。第三代：化合物薄膜太陽能電池（銅銦硒（CIS））等及薄膜Si系太陽能電池。轉化效率高，低成本，存在潛在龐大的經(jīng)濟效應。太陽能電池的分類32精選ppt課件2021A《納米晶體TiO_2多孔膜的制備、性能及其在太陽能電池中的應用》B《Graetzel型光電化學太陽能電池(PEC)研究進展》

C《染料敏化TiO_2納晶太陽能電池研究進展

》

太陽能電池的分類33精選ppt課件2021硅太陽能電池——（按基體材料分）單晶硅太陽能電池(SingleCrystaline-Si)

單晶硅太陽能電池制造工程由電池片工程和模板工程組成。電池片工程大致可分為如下三部分：

·從原材料制造單晶硅棒。

·將單晶硅棒切斷，加工成半圓片狀。

·形成pn結、加入電極，制成電池片。34精選ppt課件2021生產(chǎn)工藝：導電玻璃膜切割清洗

檢測鍍鋁電極沉積PN結老化檢測封裝成品檢測單晶硅太陽能電池35精選ppt課件2021(2)多晶硅太陽能電池(Polycrystaline-Si)

在制作多晶硅太陽能電池時，作為原料的高純硅不是拉成單晶，而是熔化后澆鑄成正方形的硅錠，然后使用切割機切成薄片，再加工成電池。多晶硅薄膜是由許多大小不等和具有不同晶面取向的小晶粒構成的。其晶粒尺寸一般約在幾十至幾百nm級，大顆粒尺寸可達μm級。多晶硅太陽能電池36精選ppt課件2021

(3)非晶硅太陽能電池(Amorphous-Si)

非晶硅(又稱

-Si)太陽能電池一般是用高頻輝光放電等方法使硅烷(SiH4)氣體分解沉積而成的。非晶硅的禁帶寬度為1.7eV，通過摻硼或摻磷可得到P型

-Si或N型

-Si。非晶硅中由于原子排列缺少結晶硅中的規(guī)則性，缺陷多，因此單純的非晶硅P-N結中，隧道電流往往占主導地位，使其呈現(xiàn)無整流特性，不能制作太陽能電池。非晶硅太陽能電池37精選ppt課件2021非晶硅太陽能電池38精選ppt課件2021

三種硅基太陽能電池性能分析種類優(yōu)勢劣勢轉換效率單晶硅太陽能電池轉化效率最高，技術最為成熟硅消耗量大，成本高，工藝復雜16%-20%多晶硅太陽能電池轉化效率較高多晶硅生產(chǎn)工藝復雜，供應受限制14%-16%非晶硅薄膜太陽能電池成本低，可大規(guī)模生產(chǎn)轉換效率不高，光致衰退效率9%-13%39精選ppt課件2021

(4)微晶硅(μc-Si)太陽能電池非晶硅對紅外區(qū)域太陽輻射不敏感，本身具有光致衰退效應，穩(wěn)定性不好，在非晶硅薄膜基礎上經(jīng)退火處理得到微晶硅薄膜太陽能電池，穩(wěn)定性和光轉換效率得到提高。（禁帶寬度接近單晶硅，為1.12eV）。微晶硅太陽能電池40精選ppt課件2021

(1)單晶化合物太陽能電池

單晶化合物太陽能電池主要有砷化鎵(GaAs)太陽能電池。砷化鎵的能隙為1.4eV，是很理想的電池材料。

這是單結電池中效率最高的電池，多結聚光砷化鎵電池的轉換效率已超過40%。所以早期在空間得到了應用。但是砷化鎵電池價格昂貴，而且砷是有毒元素，所以極少在地面應用。無機化合物太陽能電池41精選ppt課件2021

(2)多晶化合物太陽能電池

多晶化合物太陽能電池的類型很多，目前已實際應用的主要有碲化鎘(CdTe)太陽能電池、銅銦鎵硒(CIGS)太陽能電池等。

無機化合物太陽能電池42精選ppt課件2021

(2)多晶化合物太陽能電池

碲化鎘太陽能電池：PVD（物理氣相沉積）工藝、濺射工藝無機化合物太陽能電池43精選ppt課件2021銅銦鎵硒（CIGS）太陽能電池是近年發(fā)展起來的新型太陽能電池，通過磁控濺射、真空蒸發(fā)等方法，在基底上沉積銅銦鎵硒薄膜，薄膜制作方法主要有多元分步蒸發(fā)法和金屬預置層后硒化法等。

基底一般用玻璃，也可以用不銹鋼作為柔性村底。

(2)多晶化合物太陽能電池無機化合物太陽能電池44精選ppt課件20211.有機化合物太陽能電池

以酞菁、卟啉、苝、葉綠素等為基體材料的太陽能電池。如有機PN結太陽能電池，有機肖特基太陽能電池等。如聚乙烯太陽能電池、共軛聚合物/C60復合體系太陽能電池等。

有機化合物太陽能電池45精選ppt課件2021有機化合物太陽能電池2009年4月26日《naturephotonics》上的高效單結電池46精選ppt課件20212.敏化納米晶太陽能電池

以TiO2、ZnO、SnO2等寬禁帶的氧化物型的納米級半導體為電極，使用染料敏化、無機窄禁帶寬度半導體敏化、過渡金屬離子摻雜敏化、有機染料/無機半導體復合敏化以及TiO2表面沉積貴金屬等方法制成的太陽能電池。有機化合物太陽能電池47精選ppt課件2021基本原理：

染料分子吸收太陽光能躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，電子快速注入到緊鄰的TiO2

導帶，染料中失去的電子則很快從電解質中得到補償，進入TiO2

導帶中的電于最終進入導電膜,然后通過外回路產(chǎn)生光電流。48精選ppt課件2021敏化納米晶太陽能電池49精選ppt課件2021各類太能能性能比較50精選ppt課件2021各類太陽能性能比較種類材料太陽能單電池