薄膜太阳能电池的原理与应用研究.doc
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1、 摘 要新型科技薄膜太阳能电池板是最新的可再生能源,具有非常非常多的有点比如储量大、经济适用、清洁环保等。所以说,它成为人们普遍关注的焦点,提高系统的整体效率便成为重中之重。本文大体上是面对太阳能发电系统的最大功率跟踪点。首先,概述了国内外太阳能光伏发电的现状和发展前景,以及光伏发电系统的结构组成和分类,使我们对光伏发电系统建立一个总体的认识;其次,对光伏电池及其特性做了简单介绍,分析了太阳能电池板的工作原理,得出了不同的太阳能电池输出特性曲线图在不同环境及不同日照强度下,太阳能电池的非线性也验证了这一说法;而后,一点点的表明了关于最大功率点跟踪技术的原理及常规算法,通过MATLAB/Simu
2、link 对MPPT系统进行了建模、仿真,并对其结果进行分析,得出相应结论;最后,对光伏并网系统的原理及控制策略做了一定的介绍,并进行了建模与仿真。关键词: 太阳能电池概述;发展状况;分类;展望;总结;AbstractAll things grow by the sun.Because thesolar energy is clean,safe andinexhaustible,many countriesfocus oncleansolar power.The International Energy Agencyreport,by 2030,the globalelectricity de
3、mand will double.Therefore,the use of solar and otherrenewable energy generationis undoubtedly an effective solution.New energy and renewable energytechnologyis one of thetwenty-first Centuryworld economic developmentinthe most decisive influence.In this paper,siliconmaterial and organicmaterial as
4、the foundation,analysis of its advantages and disadvantages andapplication prospects.A kind ofnew energy materialsasthin-film solar cells,rapid developmentin recent yearsanditsprogress,good prospects for development,promotethescientific and technological workerstothousands on thousands ofresearch on
5、 relatedtechnologies and products.This paper mainly introduces thedevelopment ofthin film solar celland itsfuture prospects,andbriefly introduces thebasic characteristics oftheeach generation ofthin film solar cells,let the readeron the course of development ofthin film solar cellshavea basic unders
6、tanding of.Keywords:solar cell;development status;classification;prospect;summary;目 录摘 要II关键词II一、 前言II 1.薄膜太阳能电池概述 2.薄膜太阳能的基本原理和基本结构二、薄膜太阳能电池的发展状况5 1.薄膜太阳能电池的发展现状 2.提高薄膜硅太阳能电池效率的措施 3.薄膜太阳能电池的发展前景三、薄膜太阳能电池的分类8四、薄膜太阳能电池的展望121.薄膜PV 基础152.应用及产能16五、总结17参考文献18致谢20 III第一章 前 言伴随着不可再生资源的日趋衰竭,危机感伴随着能源越来越明显,对于
7、那些新型能源的开发比如太阳能、水能、风能、地热能、潮汐能等,现在引起人们很大重视。太阳能作为一种良好的新能源,目前多国投入大量资金用于太阳能的开发利用。以为大量使用化石能源,导致环境严重的污染,极大的破坏了生态平衡。比如说,因为化石燃料的使用,颗粒物和二氧化流浓度在大气层之中明显增高,严重威胁人类身心健康,而且还会腐蚀很多东西,让人类的经济发展落后;一些企业的废料的排放,导致人们体质下降,威胁着生物物种的存活,让人和大自然带来了严重的影响。另外,拍的这些东西的累积和转变也会引起很多环境效应,给人和大自然带来了直接的危害。比如,大气污染衍生出的环境效应导致温室效应、酸雨和臭氧层的破坏。伴随着全球
8、化贸易,生态被破坏的也是越来越严重了,最近这些年很多方面的突出表现出现的危险废物越境转移问题。1、 薄膜太阳能电池概述社会不断在进步,现在的光伏技术已经是一大热门,它和很多学科之间的共同很好促使很多新的光电子材料的进步。太阳能光伏发电系统中的中心是太阳能电池板,它的用处是让太阳能变成成电能,让负载存储在电池里来备用。 这个太阳能控制器的最基本的用处就是为蓄电池来提供最符合的电流和电压,非常搞笑的为蓄电池来进行充电,而且在此充电的过程中缩小了消耗,尽可能的延长电池寿命;与此同时还能保护蓄电池的寿命,防止过量的电冲进去还有发生过量放电。假使使用的人用直流负载来进行充电,太阳能的放电器会释放出的电压
9、和电流不是很稳定。 那个太阳能阵列发出的直流电会被蓄电池(组)存储起来,供负载使用。凭借与光伏发电系统蓄电池其实是处在一个饱和的状态,凭借当时的饱和情形,负载会直接过载,蓄电池任然在被充电当中;那个什么量逐步变小的时候,储存的能量会逐渐的释放出来。逆变器的用处就是太阳能和蓄电池的原有电压变成220V交流电压。2、 薄膜太阳能的基本原理和基本结构聚合物的价带和导带相对应促使 成键轨道与*反键轨道这个系统用的就是人们所说i的光伏效应,太阳光的照射只不过以另外一种形式存在了。太阳能光伏发电系统一般的组成方式是多种结构构成。蓄电池(组):太阳能阵列的电流组一般是由蓄电池来进行储存,当他负载的时候就会使
10、用。光伏的发电系统呢,太阳的照射量比较强的时候呢光伏会给蓄电池充电;在太阳照射量小的时候呢,那么储存的能量则会从中释放出来。 图3-1 六噻吩的电子结构与导电机理 图3-2 光生伏特效应分为一下3个步骤:(1)丢失的载流子;(2)给体机子(D/A)表面;(3)电子和空穴的漂移及其在各自电极的收集。当今社会用的比较多的还是风和光的互补进行的模式,风和点组合起来让系统的运作更加稳定了,系统各方面都得到了加强如果一旦出现负载的情况这个系统还是承担的起的。以采用户用光伏发电系统和小的光伏的发电设备,大力的解决了我国因为没电的那些贫困的山区无电地带,给好几百万户比较远的地方的居民带来了便捷的生活方式。2
11、.1 单层结构这里面所说的结构是由于半导体不是电的良导体,电子在通过pn结后如果在半导体中流动,电阻非常大,损耗也就非常大。但如果在上层全部涂上金属,阳光就不能通过,电流就不能产生,因此一般用金属网格覆盖pn结(如图 梳状电极),以增加入射光的面积。另外硅表面非常光亮,会反射掉大量的太阳光,不能被电池利用。其中有机薄膜太阳能电池是物美价廉的,可是它的依赖电极的特点太严重了。原因也是很多邮寄的物品大大限制了电阻的作用,从而导致了单层电池的限制。2.2 双层结构这里面所说的双面的结构指的是吸收的光谱跟光伏器光伏电流的非常具有深意的关系。硅太阳能电池的生产流程通常的晶体硅太阳能电池是在厚度35045
12、0m的高质量硅片上制成的,这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。将反射损失减小到5甚至更小。一个电池所能提供的电流和电压毕竟有限,于是人们又将很多电池(通常是36个)并联或串联起来使用,形成太阳能光电板。此外,液相外延法(LPPE)和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜电池。化学气相沉积主要是以SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiH4,为反应气体,在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在加热的衬底上,衬底材料一般选用Si、SiO2、Si3N4等。但研究发现,在非硅衬底上很难形成较大的晶粒,并且容易在晶粒间形成空隙。在太阳能电池中硅系太阳能电池无疑是发展最成熟的,但由于成本居高不下,远不能
13、满足大规模推广应用的要求。为此,人们一直不断在工艺、新材料、电池薄膜化等方面进行探索,而这当中新近发展的纳米TiO2晶体化学能太阳能电池受到国内外科学家的重视。在非硅衬底上很难形成较大的晶粒,并且容易在晶粒间形成空隙。解决这一问题办法是先用 LPCVD在衬底上沉积一层较薄的非晶硅层,再将这层非晶硅层退火,得到较大的晶粒,然后再在这层籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜,因此,再结晶技术无疑是很重要的一个环节,目前采用的技术主要有固相结晶法和中区熔再结晶法。多晶硅薄膜电池除采用了再结晶工艺外,另外采用了几乎所有制备单晶硅太阳能电池的技术,这样制得的太阳能电池转换效率明显提高。2.3 体相异质结构太阳能光伏发
14、电系统是利用太阳能电池的光伏效应,基于电子给/受体共混体系制备的体相异质结型有机太阳能电池是一种低耗、高效的有机光伏器件。作为器件核心,光电转化共混活性层的质量优劣会直接影响器件的能量转换效率。研究发现,不同的给/受体材料组成、2种材料的共混比例、共溶剂的选择以及器件的热退火处理等因素都可影响到活性层质量。结合上述研究热点,综述了体相异质结型有机太阳能电池近年来的研究进展,阐述了该研究领域下一步发展的重点、趋势及前景。第二章 薄膜太阳能电池的发展现状单晶硅在市场占有率非常高,可是,晶体硅的价格变得越来越高了,整体价格居高不下,给薄膜太阳能带来很好的机会。它非常的小,比起晶体硅电池节约很大成本,
15、并且薄膜太能阳能电池制作非常简单,制作费低,所以说现在薄膜形成的速度还是很迅速的。太阳能主要在三个方面得到了应用,首先是在太阳能热水器太阳灶等,这些都是为大众所熟知的,通过使用太阳能来传播他的热效应。然后呢就是用太阳能进行发电,其中有几种模式,第一呢就是通过反射镜整列把阳光汇聚到一点,产生高温,再将热能转化成电能,另外一种就是利用多晶硅太阳能板把光直接转化成电能,现在发展的还有一种光电转换图层,制作成薄薄的带状产品,付物体表面,进行发电。第三哪方面就是直接手机利用光能,经人为的重新分配解决了照明问题。1 薄膜太阳能电池的发展现状不可再生资源用了就没了,能源危机日益突显,对新能源可在生能源的开发
16、利用,引起全球的注意。光伏发电便是利用健康能源。有了硅太阳能电池后,光伏电就得到很迅猛发展。刚开始,由于那种电池比较贵,光伏发电都比较局限。跟随着科技的发展,光伏发电也逐渐出现在市面上,越做越大。 超薄单晶硅光伏电池又被陆续开发出来;由于前期投资过大,产能严重过剩,在全球经济不景气的情况下,目前太阳能电池行业步履艰难。到目前为止,太阳能光伏发电还存在一些有待攻克的弱点,例如光电转化率低,所需光照要求复杂,成本高,最大功率跟踪技术不完善等。太阳能总体情况不佳,产能过剩,投入高,但属于新能源之列,所以发展前景还是不错的,不过需要国家支持,自己搞就难了点2.提高薄膜硅太阳能电池效率的措施提高太阳能电
17、池效率有以下几种方法:1.表面制绒和蒸镀减反膜,增加光的入射,减小反射。2.采用聚光系统,增加光的辐照度,从而提高太阳能的利用率,这就是我们常说的聚光太阳能电池。3.采用新型的太阳能电池结构。比如南京中电电气的选择性发射极太阳能电池、无锡尚德的Pluto冥王星电池、日本三洋公司的HIT太阳能电池、美国Sunpower公司的全背接触太阳能电池,特别是后二者实际工厂生产的效率已经达到20%,最近Sunpower在马来西亚的工厂生产的电池效率更是达到24%。4.新理论太阳能电池(第三代太阳能电池)。比如热载流子太阳能电池,超晶格等等。详细见马丁格林的一本书Third Generation Photo
18、voltaics。3.薄膜太阳能电池的发展前景当年美国的金融危机席卷全球,那段时间把新型行业也搞的乌烟瘴气的。单论性价比,从目前来看确实不如火电,但是你要明白国内现在正在努力摆脱火电,因为煤炭资源正在枯竭,这就是为什么我说太阳能等新能源前途无良。从简单的平面来看确实是饱和,但是什么是饱和?目前的供大于求,就是饱和。为啥供大于求?性价比不高。所以我说一旦突破价格限制,前途无量,再者,即便不能突破价格限制,等煤炭枯竭,逼不得已,大众趋向太阳能也是个必然的趋势。如何降低生产成本,如何更大的占有市场,是在研发上、销售上都存在的问题。也就是说,谁能超前他人解决这类问题,谁就是未来太阳能产业的霸主。太阳能
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