太阳能电池的发电原理及前景展望 - 图文

化学与生活结课论文

班级：建筑12-1 学号：12066118 姓名：杨丹

2014/10/13

太阳能电池发电原理及前景展望

太阳能电池的发电原理及前景展望

摘要：全球能源紧张造就了新能源的开发，而太阳能作为一种新能源近年来更是发展迅速。随着科学技术的发展对太阳能的利用越来越高了，太阳能电池无疑是一种良好的媒介。 关键字：太阳能、电池、原理、前景。

随着人类社会的发展进步，地表内蕴藏的各种能源，如石油、天然气、瓦斯等，在人类的过度开发下，已逐渐消失殆尽；并且这些自然资源的燃烧使自然环境受到严重的破坏。近年来，由于人们环保意识的逐渐加强，替代能源的开发越来越被重视。太阳能作为一种替代能源备受关注。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。利用太阳能的方法主要包括：（1）使用太阳能电池，通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能；

（2）使用太阳能热水器，利用太阳能的热量加热水； （3）利用太阳光的热量加热水，并利用热水发电；

（4）利用太阳能与化学能之间的转换，将水分解为氢和氧，在用氢来发电。

近年来，利用太阳能电池实现太阳能开发的技术进展十分快速，制造成本也逐渐降低。太阳能电池是一种能量转换的光电组件，它在经由太阳光照射后，可以把光的能量转换为电能。太阳能电池也称光伏电池。

一、发电原理：即光生伏特效应：假设光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被接纳，具有足够能量的光子可以在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激起，致使发作电子-空穴对。界面层临近的电子和空穴在复合之前，将经由空间电荷的电场结果被相互分别。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。经由界面层的电荷分别，将在P区和N区之间发作一个向外的可测试的电压。此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。对晶体硅太阳能电池来说，开路电压的典型数值为0.5～0.6V。经由光照在界面层发作的电子-空穴对越多，电流越大。界面层接纳的光能越多，界面层即电池面积越大，在太阳能电池中组成的电流也越大。 太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

太阳能发电方式太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。

(1) 光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程;后一个过程是热—电转换过程，与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10倍。

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太阳能电池发电原理及前景展望

(2) 光—电直接转换方式该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光—电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用;与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染。 二、太阳能电池的优缺点： 与常用的发电系统相比太阳能发电被称为最理想的新能源。 优点： ①无枯竭危险;②安全可靠，无噪声，无污染排放外，绝对干净(无公害);③不受资源分布地域的限制，可利用建筑屋面的优势;④无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电;⑤能源质量高;⑥使用者从感情上容易接受;⑦建设周期短，获取能源花费的时间短。 缺点： ①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积;②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。以目前的科学技术来讲，利用太阳能来发电，设备成本高，却太阳能利用率较低，不能广泛应用，目前主要用在一些特殊环境下，如卫星等 三、太阳能电池的分类： 单晶硅主体型多晶硅结晶硅单晶硅硅基材料非晶硅太阳能电池二六族（Ⅱ-Ⅵgroup）多化合物三五族（Ⅲ-Ⅴgroup）其他材料薄膜型多晶硅碲化镉、硒化铟铜 砷化镓、磷化铟、磷化镓铟

硅基材料太阳能电池 1、单晶硅太阳能电池

硅系列太阳能电池中，单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。为了节省高质量材料，寻找单晶硅电池的替代产品，现在发展了薄膜太阳能电池，其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表。 2、多晶硅薄膜太阳能电池

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通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350～450μm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。因此实际消耗的硅材料更多。但多晶硅薄膜电池由于所使用的硅远较单晶硅少，又无效率衰退问题，并且有可能在廉价衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜电池，因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。

3、非晶硅薄膜太阳能电池

开发太阳能电池的两个关键问题就是：提高转换效率和降低成本。由于非晶硅薄膜太阳能电池的成本低，便于大规模生产，普遍受到人们的重视并得到迅速发展。。非晶硅太阳能电池由于具有较高的转换效率和较低的成本及重量轻等特点，有着极大的潜力。但同时由于它的稳定性不高，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。 多化合物薄膜太阳能电池

为了寻找单晶硅电池的替代品,人们除开发了多晶硅、非晶硅薄膜太阳能电池外，又不断研制其它材料的太阳能电池。其中主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。上述电池中，尽管硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染。因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代砷化镓III-V化合物及铜铟硒薄膜电池由于具有较高的转换效率受到人们的普遍重视。

四、全球太阳能市场发展现状： 1、 德国

德国平均每天日照时数为3-4小时，南部阳光比较充足。自1999年德国政府开始实施太阳能补助计划后，至2010年约10年间累计安装量达17GW，其中2009-2010年安装量便达11GW，占全球比重高达55%。若以其人口8000万人均摊，每人消费太阳能约200W。其太阳能市场中商业用途占41%，一般住宅用途占15%，电厂用户占45%。 2、 法国

法国的太阳光资源相当丰富，平均每天日照时数为3-5小时，十分适合发展太阳能产业。 现阶段法国太阳能发电量占总消费电量的比例仍不到1%，因此具有相当大的发展潜力。法国人注重美学，讲究太阳能系统融入建筑体系中，这样的观点也深深影响了法国太阳能发展的重心。由于法国重视建筑物型太阳能（BIPV），因而对薄膜太阳能发展相当有利。 3、 意大利

意大利平均每天日照时数为3.4-5.7小时，日照充足。意大利目前已是欧洲第三大利用太阳能的国家，累计安装量仅次于德国和西班牙。 4、 捷克

捷克地处欧洲中部，因其纬度过高，太阳光能量较弱，平均每天日照时数为2.4-3.4小时，不太适合发展太阳能。但捷克为了发展可再生能源，颁布了一系列政策，使其在2009年太阳能新安装量达411MW，成为当年欧洲第三大太阳能需求国。2010年新安装量达1GW以上。 5、 日本

由于日本电价昂贵，民众安装太阳能的意愿强烈。日本自1995年开始实施太阳能补助计划，使其太阳能市场迅速成长，2005年曾一度成为全球最大的太阳能需求国。2010年日本开始实施电力回收政策，使其太阳能需求量大幅增长，安装量达1GW，2010年的增长主要来自于住宅市场。由于单晶转化效率高，以往日本喜欢单晶太阳能产品。然而2009年多晶硅太阳能价格下降加之其转换效率提高，使得日本民众逐渐使用多晶硅太阳

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