学习总结及体会
随着矿物能源匮乏和环境污染日益严重，人类越来越重视可再生能源的开发和利用。太阳能作为一种可再生的新能源，具有清洁、环保、持续、长久的优势，成为人们应对能源短缺、气候变化与节能减排的重要选择之一，越来越受到世人的强烈关注。当人类开始利用土地，进行农耕畜牧，繁衍生息时，就开始得益于太阳能的利用。太阳能利用的现代科学技术研究始于1845年，到目前为止，人们还在不断的探索太阳能利用技术，使其能更好的融入生产和生活中。
太阳能利用包括光伏发电、光热发电、太阳能光化学制氢转换以及太阳热水器、太阳房等利用方式，其中太阳热水器已经实现大规模商业化。
一、太阳能利用的方式
太阳能的转换和利用方式目前有：光一热转换，光—电转换，光—化学转换三种。
光一热转换是太阳能热利用的基本方式。它是利用太阳能将水加热储于水箱中，以便利用的方式，这种热能可以广泛应用于采暖制冷干燥温室烹饪以及工农业生产等各个领域。光热产品则是直接把太阳能转化为热能如太阳热水器等。
我们知道，太阳主要以电磁辐射的形式给地球带来光与热。太阳辐射波长主要分布在0.25 一2.5 m 范围内。从光热效应来讲, 太阳光谱中的红外波段直接产生热效应, 而绝大部份光能不能直接产生热量。我们感觉在强烈的阳光下的温暖和炎热, 主要是我们的衣服和皮肤吸收太阳光线, 从而产生光热转换的缘故。从物理角度来讲, 黑色意味着光线的几乎全部的吸收, 被吸收的光能即转化为热能。因此为了最大限度地实现太阳能的光热转换, 似乎用黑色的涂层材料就可满足了, 但实际情况并非如此。这主要是材料本身还有一个热辐射问题。从量
子物理的理论可知，黑体辐射的波长范围大约在2—100μm 之间, 黑体辐射的强度分布只与温度和波长有关, 辐射强度的峰值对应的波长在10μm 附近。
由此可见, 太阳光谱的波长分布范围基本上与热辐射不重叠。因此要实现最佳的太阳能热转换, 所采用的材料必须满足以下两个条件：①在太阳光谱内吸收光线程度高, 即有尽量高的吸收率α；②在热辐射波长范围内有尽可能低的辐射损失,即有尽可能低的发射率ε。一般来说,对同一波长而言, 材料的吸收率和发射率有同样的数值, 即吸收率高则相应的发射率也高。但吸收率α与反射率γ及透射率t 满足如下关系: α+γ+t=1。对于不透明材料由于t= O,则α+γ=1。而对于黑色物体来说,γ=O,则α=1。根据以上讨论,可知最有效的太阳能光热转换材料是在太阳光谱范围内, 即λ< 2.5μm,有α≈1( 即≈γ0)；而在λ> 2μm , 即热辐射波长范围内,有ε≈0 ( 即≈γ1或≈α0)。一般将具备这一特性的涂层材料称为选择性吸收材料。如不完全满足以上条件, 如在热辐射波长范围内ε有较大的值, 则尽管在太阳光谱≈α1, 仍有很大的热辐射损失。这类材料通常称为非选择性涂层材料。所有选择性吸收涂层的构造基本上分为两个部份: 红外反射底层(铜、铝等高红外反射比金属)和太阳光谱吸收层(金属化合物或金属复合材料)。吸收涂层在太阳光波峰值波长(0.5μm)附近产生强烈的吸收, 在红外波段则自由透过, 并借助于底层的高红外反射特性构成选择性涂层。实际上利用的选择性涂层材料, 多是将超细金属颗粒分散在金属氧化物的基体上形成黑色吸收涂层。这通常采用电化学, 真空蒸发和磁控溅射等工艺来实现。
在太阳能热水器上得到广泛应用的太阳能吸热涂层主要有: 磁控溅射涂层, 选择性阳极氧化涂层等。从使用和经济角度考虑, 对光热转换材料的基本要求, 除了吸热性能外, 还要求使用寿命要长, 生长成本要低等。我国从80 年代开始
加快了在太阳能吸热材料方面的研究, 像清华大学, 北京太阳能研究所等单位先后研制出一系列优良的选择性涂层材料。所研制的黑钻选择性吸收涂层具有良好的光谱选择性, 适合应用在工作温度较高的真空集热管上。研制成功的用于全玻璃真空管上铝—氮/ 铝太阳光谱选择性吸收涂层也具有很好的性能参数。近来国内外在制备工艺上主要利用电化学和磁控溅射方法, 所研制的选择性吸收涂层材料向多层化, 梯度化发展。如倍受重视的氮化铝选择性吸收涂层是新一代的吸热涂层的代表。从目前已达到的水平来看, 光热转换材料的性能还可进一步提高, 这不仅需要人们不断探索新的材料体系和制备工艺，还可在涂层的玻璃盖板表面上做文章。如德国某研究所，利用全息照相技术，在平板盖板表面上进行纳米结构处理, 以增加太阳光透射率，减少太阳能的反射损失，从而使太阳能的热利用效率得到了进一步提高。
太阳能光伏发电可直接将太阳光能转换成电能，是一种不需燃料、无污染获取电能的高新技术，具有许多优点，如:安全可靠、无噪声，能量随处可得，不受地域限制,无机械转动部件,故障率低,维护简便，可以无人值守，建站周期短,规模大小随意，无需架设输电线路，可以方便地与建筑物相结合等。因此,在太阳能的有效利用中，光伏发电是近些年来太阳能众多利用方式中发展最快、最具活力的研究领域。
光伏发电是利用半导体材料光伏效应直接将太阳能转换为电能的一种发电形式。早在1839年,法国科学家贝克勒尔就发现光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏打效应( Photovoltaic Effect) ”,简称“光伏效应”。然而,第一个实用单晶硅光伏电池(Solar Cell) 直到1954 年才在美国贝尔实验室研制成功,从此诞生了太阳能转换为电能的实用光伏发电技
术。
太阳能光伏转换主要是以半导体材料为基础, 利用光照产生电子—空穴对, 在附结上可以产生光电流和光电压的现象(光伏效应), 从而实现太阳能光电转换的目的。通常所用的半导体材料为硅、锗和Ⅲ—Ⅴ化合物等。一般对太阳能电池材料有如下一些要求: 要充分利用太阳能辐射, 即半导体材料的禁带不能太宽, 否则太阳能辐射利用率太低;；有较高的光电转换效率; 材料本身对环境不造成污染；材料便于工业化生产且材料性能稳定。能达到这几条要求的主要有锗、硅、砷化稼、硫化铜、锑化锡等。特别像锗、硅、砷化稼等的禁带宽度相当于近红外线的光子, 对这样的半导体, 太阳光谱的大部分, 包括各种可见光都可以用来产生电子一空穴对。但考虑到只有禁带宽度在0.5一1.5电子伏特的半导体才有较高的光电转换效率, 因此硅、砷化稼等是理想的电池材料。而锑化锡由于锡是有毒元素, 其应用受到一定限制。再从原料资源、生产工艺和性能稳定性等方面综合考虑, 硅是最合适最理想的太阳能电池材料,这也是为什么太阳能电池主要以硅材料为主的原因。
太阳能电池按材料可分为品体硅太阳电池、硅基薄膜太阳电池、化合物半导体薄膜太阳电池和光电化学太阳电池等几大类。开发太阳能电池的两个关键问题就是：提高效率和降低成本。
1、体硅太阳电池晶体硅太阳电池是PV(Photovoltaic)市场上的主导产
品，优点是技术、工艺最成熟，电池转换效率高，性能稳定，是过
去20多年太阳电池研究、开发和生产主体材料。缺点是生产成本
高。
2、硅基薄膜太阳电池多晶硅(ploy-Si)薄膜和非晶硅(a-Si)薄膜太阳电
池可以大幅度降低太阳电池价格。多晶硅薄膜电池优点是可在廉价
的衬底材料上制备，其成本远低于晶体硅电池，效率相对较高，不
久将会在PV市场上占据主导地位。晶硅是硅和氢(约10%)的一种
合金，具有以下优点:它对阳光的吸收系数高，活性层只有1 m厚，
材料的需求量大大减少，沉积温度低，可直接沉积在玻璃、不锈钢
和塑料膜等廉价的衬底材料上，生产成本低，单片电池面积大，便
于工业化大规模生产。点是由于非晶硅材料光学禁带宽度为1.7eV，
对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，限制了非晶硅电池的效率，且
其效率会随着光照时间的延续而衰减(即光致衰退)，使电池性能不
稳定。
3、合物半导体薄膜太阳电池主要有铜锢硒(CIS)和铜锢稼硒(CIGS) 、
CdTe,GaAs等，它们都是直接带隙材料，带隙宽度Eg在1-1.6eV
之间，具有很好大范围太阳光谱响应特性。所需材料只要几个微米
厚就能吸收阳光的绝大部分，是制作薄膜太阳电池的优选活性材
料。GaAs带隙宽度1.45eV，是非常理想直接迁移型半导体PV材
料，在GaAs单晶衬底上生长单结电池效率超过25%，但价格也高，
用于空间。
4、染料敏化TIO2纳米薄膜太阳电池以纳米多孔TiO2为半导体电极，
以Ru络合物作敏化染料，并选用I2/I3一氧化还原电解质，发展了
一种新型的染料敏化TiO2纳米薄膜太阳电池(简称DSC)。DSC具
有理论转换效率高，透明性高，廉价成本和简单工艺等优点，实验
室光电效率稳定在10%以上。缺点是使用液体电解质，带来使用不
便以及对环境影响。
在硅系太阳能电池中, 单晶硅大阳能电池转换效率最高,技术最成熟。UNSW大学在2000年以前就已经实现25%的单晶硅材料的转换效率。多晶硅太阳电池的出现主要是为了降低成本, 其优点是能直接制备出适于规模化生产的大尺寸方型硅锭,制造过程简单、省电、节约硅材料, 对材质要求也较低。弗劳恩霍夫研究所的太阳能系统在2005年前发表的最高的多晶硅转换效率为20.4%。在实规模化应用中,多为单晶硅产品,其效率在13%～16%左右。
太阳能取之不尽,但分布不均匀,随时间和空间变化差异较大,而且储存和传输难以实现。因此,将其转化为其他更方便利用的能源,已经成为当前研究太阳能利用的热点。氢能被认为是清洁的二次能源,并被视为未来最有希望替代传统的化石能源的新能源之一,且没有上述直接应用太阳能所存在的缺点。因此,太阳能制氢技术可以说具有很好的市场前景。
太阳能制氢主要有以下多种方法。
(1)太阳能电解水制氢太阳能电解水制氢是一种目前较为成熟的制氢方法，转化效率可以达到70% ～75%。但是，电解水过程中耗电量较大，成本也就较高。
(2)太阳能光化学制氢通过在水中添加某种光敏物质作催化剂，用它帮助水吸收阳光中的长波光能，从而达到连续高效利用太阳能制氢的目的。该技术已较为成熟，但效率仅为4%～5%。
(3)太阳能光电化学池分解水制氢光电化学池是利用半导体材料作为光阳极，受光激发产生电子,铂合金作为阴极，光阳极和阴极组成光电化学池。这个过程只能吸收太阳光中的紫外光，所以制氢效率很低，仅为0.4%，而且还存
太阳能知识 剩下约1 .5X10 A17千瓦.小时，数值约为美国1 9 7 8年所消费能6 0 0 0倍。未被吸收或散射而能够直达地表的太阳幅射能称为「直接」幅射能；而被散射的幅射能，则称为「漫射」 （diffuse）幅射能，地表上各点的总太阳幅射能即为直接和漫射幅射能二者的总和。 太阳能热利用 （一）太阳能集热器 太阳能热水器装置通常包括太阳能集热器、储水箱、管道及抽水泵其他部件。另外在冬天需要热交换器和膨胀槽以及发电装置以备电厂不能供电之需。 太阳能集热器（solar collector）在太阳能热系统中，接受太阳辐射并向传热工质传递热量的装 置。按传热工质可分为液体集热器和空气集热器.按采光方式可分为聚光型和聚光型集热器两种。 另外还有一种真空集热器一个好的太阳能集热器应该能用20-30年。自从大约1980年 以来所制作的集热器更应维持40-50年且很少进行维修。 （二）太阳能热水系统 早期最广泛的太阳能应用即用于将水加热，现今全世界已有数百万太阳能热水装置。太阳能热水系统主要元件包括收集器、储存装置及循环管路三部分。此外，可能还有辅助的能源装置（如 电热器等）以供应无日照时使用，另外尚可能有强制循环用的水，以控制水位或控制电动部份或 温度的装置以及接到负载的管路等。因此，除大型热水系统或需要较高水温的情形，才强制循环 式
1. 太阳能热水器 太阳能热利用是可再生能源技术领域商业化程度最高、推广应用最普遍的技术之一。1998 年世界太阳能热水器的总保有量约5400 万平方米。按照人均使用太阳能热水器面积，塞浦路斯和以色列居世界一、二位，分别为1平方米/人和0. 7平方米/人。日本有20%的家庭使用太阳能 热水器，以色列有80％的家庭使用太阳能热水器。 20 多年来，太阳能热水器在我国得到了快速发展和推广应用。70年代后期开始开发家用热水器。目前全国有500多个热水器生产厂家，1998 年的产量约400 万平方米，总安装量约1400 万平方 米，产量占世界第一位。我国太阳能热水器平均每平方米每年可节约100 150公斤标准煤。 80年代后期，我国开始研制高性能的真空管集热器。清华大学开发的全玻璃真空管集热器结构 简单，类似拉长的暖水瓶，内管外表面上选择性吸收涂层是其关键技术。全玻璃真空管集热器已 经实现了产业化，目前全国有60多个全玻璃真空管集热器生产厂，年产300 多万只真空管。80 年代后期至90年代初，北京市太阳能研究所相继在我国政府、UNDP支持下，并与德国合作研 制成功热管式真空管集热器，1996年与德国DASA公司合资建立了热管式真空管集热器生产厂， 实现了规模化生产，1998 年生产了11 万只真空管，产品销往国内外。 目前在市场上占主导地位的太阳能热水器主要有平板型和真空管型两种。平板型太阳能热水器国 内市场份额约65%；真空管热水器分全玻璃和热管式两种，国内市场份额约35%。目前太阳能 热水器主要用于家庭，其次是厂矿、机关、公共场所等。 我国的太阳能热水器工业逐步走向成熟，除了技术不断改进、产品质量不断提高外，几种热水 器的国家标准已经颁布并开始实施。如《平板热水器热性能评价实验方法) (GB4271-84 )、《平 板热水器产品技术指标)( GB6424--86 )、《家用热水器热性能实验方法)( GB12915 一91)、全玻璃真空管集热器) (GB/T17049--1997 )等。但同时应当看到，我国太阳能热水器市场还远 没有开发出来，热水器的户用比例只有3%，与日本的20%和以色列的80%相比相差甚远，因此中国的市场容量还非常巨大。 2．太阳能空调降温。 就世界范围而言，太阳能制冷及在空调降温上应用还处在示范阶段，其商业化程度远不如热水器 那样高，主要问题是成本高。但对于缺电和无电地区，同建筑结合起来考虑，市场潜力还是很大的。我国"九五"期间，太阳能空调降温示范工程列入国家技术攻关项目，广州能源所和北京市 太阳能研究所分别进行平板集热器和真空管集热器的示范工程。西北工业大学对除潮降温系统进 行了基础性的研究工作，研究工作重点是寻找高效吸收和蒸发材料，优化系统热特性，建立数学模型和计算机程序，研究新型制冷循环等。实验室建立了除潮系统的样机和使用条件。 3．太阳能热发电太阳能热发电是利用集热器将太阳辐射能转换成热能并通过热力循环过程进行发电，是太阳能 热利用的重要方面。80年代以来美、欧、澳等国相继建立起不同型式的示范装置，促进了热发电技术的发展。世界现有的太阳能热发电系统大致有三类：槽式线聚焦系统、塔式系统和碟式系统。
太阳电池及其应用技术讲座(一 半导体基础知识 谢 建,马勇刚,廖 华,苏庆益,李景天,杨丽娟 (云南师范大学太阳能研究所,云南昆明650092 中图分类号:TM615文献标志码:B 文章编号:1617-5292(200701-0102-04 1硅晶体半导体的导电能力介于导体和绝缘体之 间,电阻率大约为10-5~107Ω?cm ,硅、锗、砷化镓和硫化镉等材料都是半导体。半导体材料的电阻率随着温度的升高和辐照强度的增大而减小;在半导体中加入微量的杂质(称为掺杂,对其导电性质有决定性的影响。这是半导体材料的重要特性。 硅是最常见和应用最广的半导体材料,硅的原子序数为14,它的原子核外有14个电子,这些电子围绕着原子核作层状的分布运动,第一层2个,第二层8个,还剩4个排在最外层,称为价电子,硅的物理化学性质主要由它们决定。 硅晶体和所有的晶体一样,都是由原子(或离子、分子在空间按一定规则排列而成。这种对称的、有规则的排列叫做晶体的晶格。 一块晶体如果从头到尾都按一种方向重复排列,即长程有序,就称其为单晶体。在硅的晶体中,每个硅原子近邻有4个硅原子,每2个相邻原子之间有一对电子,它们与2个相邻原子核都有相互作用,称为共价键。正是靠共价键的作用,使硅原子紧紧结合在一起,构成了晶体。 由许多小颗粒单晶杂乱地排列在一起的固体称为多晶体。
非晶体没有上述特征,但仍保留了相互间的结合形式,1个硅原子仍有4个共价键,短程看是有序的,长程是无序的,这样的材料称为非晶体。 2掺杂半导体 实际使用的半导体都掺有少量的某种杂质, 这里所指的“杂质”是有选择的。 如果在纯净的硅中掺入少量的五价元素磷,这些磷原子在晶格中取代硅原子,并用它的4个价电子与相邻的硅原子进行共价结合。磷有5个价电子,用去4个还剩1个,这个多余的价电子虽然没有被束缚在价键里面,但仍受到磷原子核的正电荷的吸引。不过,这种吸引力很弱,只要很少的能量就可以使它脱离磷原子到晶体内成为自由电子,从而产生电子导电运动。同时,磷原子缺少1个电子而变成带正电的磷离子。由于磷原子在晶体中起着施放电子的作用,所以把磷等五价元素叫做施主型杂质(或叫n 型杂质。在掺有五价元素(即施主型杂质的半导体中,电子的数目远远大于空穴的数目,半导体的导电主要是由电子来决定,导电方向与电场方向相反,这样的半导体叫做电子型半导体或n 型半导体。 如果在纯净的硅中掺入少量的三价元素硼,它的原子只有3个价电子,当硼和相邻的4个硅原子作共价结合时,还缺少1个电子,要从其中1个硅原子的价键中获取1个电子填补,这样就在硅中产生了一个空穴,硼原子接受了一个电子而成为带负电的硼离子。硼原子在晶体中起着接受电子而产生空穴的作用,所以叫做受主型杂质(或叫p 型杂质。在含有三价元素(即受主型杂质的半导体中,空穴的数目远远超过电子的数目,半导 收稿日期:2007-01-15。作者简介:谢建(1955-,男,云南剑川人,教授,硕士研究生导师,从事可再生能源技术研究和教学工作。E-mail :xiejian9@https://www.doczj.com/doc/9d5079569.html, 可再生能源 Renewable Energy Resources
太阳能电池基本特性测定实验 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。 太阳能电池根据所用材料的不同，可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池四大类，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。 硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为23%,规模生产时的效率为15%。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。 多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。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。 非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。 太阳能的利用和太阳能电池的特性研究是21 世纪的热门课题，许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。我们开设此太阳能电池的特性研究实验，通过实验了解太阳能电池的电学性质和光学性质，并对两种性质进行测量。该实验作为一个综合设计性的物理实验，联系科技开发实际，有一定的新颖性和实用价值。 【实验目的】 1. 无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线； UI U I曲线图；并测量太阳能变化关系，画出2. 有光照时，测量电池在不同负载电阻下，对IUP FF；及填充因子电池的短路电流、开路电压、最大输出功率SCaxOCm IU L的关系，求出它们的近似函数关系。与光照度 3. 测量太阳能电池的短路电流、开路电压SCOC 【实验仪器】 白炽灯源、太阳能电池板、光照度计、电压表、电流表、滑线变阻器、稳压电源、单刀开关 连接导线若干 供参考． 】【实验原理 区，pn区流向结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由太阳光照在半导体
非晶硅薄膜太阳能电池基础知识 一、优点： 1.光谱特性好（弱光性好、光谱吸收范围宽） 2.温度特性好（温度上升时电池效率下降很小） 3.成本能耗低（硅用量少:2um、生产温度底：200度） 4.生产效率高（连续，大面积，自动化生产） 5.使用方便（重量轻,厚度薄.可弯曲,易携带） 6.无毒无污染、美观大方 缺点： 二、非晶硅薄膜太阳能电池的四个效应： 1.光电效应 2.光致衰退效应（薄膜经较长时间的强光照射或电流通过,在其内部将产生缺陷而 使薄膜的使用性能下降,简称为S-W效应） 3.边缘效应（边缘效率比中心效率低） 4.面积效应（面积越大，效率越低） 三、结构 1.一般结构 2.非晶\微晶硅叠层结构
衬底：玻璃、不锈钢、特种塑料 TOC ：透明导电氧化膜（要求：透光性>80%、表面绒面度12~15% 面电阻R 9~13 Ω ） 四、原理 非晶硅太阳电池的工作原理是基于半导体的光伏效应。当太阳光照射到电池上时，电池吸收光层（i 层）能产生光生电子—空穴对，在电池内建电场Vb 的作用下，光生电子和空穴被分离，空穴漂移到P 边，电子漂移到N 边，形成光生电动势VL, VL 与内建电势Vb 相反，当VL = Vb 时，达到平衡; IL = 0, VL 达到最大值，称之为开路电压Voc ; 当外电路接通时，则形成最大光电流，称之为短路电流Isc ，此时VL= 0;当外电路加入负载时，则维持某一光电压VL 和光电流IL 。其I--V 特性曲线见图 3 SiO2(20~40nm) TCO(700~1000nm) a-si(~300nm) SiO2(100nm) μc-Si (~1.7μm ) AZO (~100nm) Ag (130~200nm)
太阳能光伏发电必须掌握的基础知识 1、太阳能光伏系统的组成和原理 太阳能光伏系统由以下三部分组成： 太阳电池组件；充、放电控制器、逆变器、测试仪表和计算机监控等电力电子设备和蓄电池或其它蓄能和辅助发电设备。 太阳能光伏系统具有以下的特点： -没有转动部件，不产生噪音； -没有空气污染、不排放废水； -没有燃烧过程，不需要燃料； -xx 简单，维护费用低； -运行可靠性、稳定性好； -作为关键部件的太阳电池使用寿命长，晶体硅太阳电池寿命可达到25 年以上；根据需要很容易扩大发电规模。 光伏系统应用非常广泛，光伏系统应用的基本形式可分为两大类： 独立发电系统和并网发电系统。应用主要领域主要在太空航空器、通信系统、微波中继站、电视差转台、光伏水泵和无电缺电地区户用供电。随着技术发展和世界经济可持续发展的需要，发达国家已经开始有计划地推广城市光伏并网发电，主要是建设户用屋顶光伏发电系统和MW 级集中型大型并网发电系统等，同时在交通工具和城市照明等方面大力推广太阳能光伏系统的应用。 光伏系统的规模和应用形式各异，如系统规模跨度很大，小到0.3~ 2W的 太阳能庭院灯，大到MW 级的太阳能光伏电站，如 3.75kWp 家用型屋顶发电设 备、敦煌10MW 项目。其应用形式也多种多样，在家用、交通、通信、空间应用等诸多领域都能得到广泛的应用。尽管光伏系统规模大小不一，但其组成结 构和工作原理基本相同。图4-1 是一个典型的供应直流负载的光伏系统示意图。其中包含了光伏系统中的几个主要部件：
光伏组件方阵： 由太阳电池组件（也称光伏电池组件）按照系统需求串、并联而成，在太阳光照射下将太阳能转换成电能输出，它是太阳能光伏系统的核心部件。 蓄电池： 将太阳电池组件产生的电能储存起来，当光照不足或晚上、或者负载需求大于太阳电池组件所发的电量时，将储存的电能释放以满足负载的能量需求，它是太阳能光伏系统的储能部件。目前太阳能光伏系统常用的是铅酸蓄电池，对于较高要求的系统，通常采用深放电阀控式密封铅酸蓄电池、深放电吸液式铅酸蓄电池等。 控制器： 它对蓄电池的充、放电条件加以规定和控制，并按照负载的电源需求控制太阳电池组件和蓄电池对负载的电能输出，是整个系统的核心控制部分。随着太阳能光伏产业的发展，控制器的功能越来越强大，有将传统的控制部分、逆变器以及监测系统集成的趋势，如AES公司的SPP和SMD系列的控制器就集成了上述三种功能。 逆变器： 在太阳能光伏供电系统中，如果含有交流负载，那么就要使用逆变器设备，将太阳电池组件产生的直流电或者蓄电池释放的直流电转化为负载需要的交流电。 太阳能光伏供电系统的基本工作原理就是在太阳光的照射下，将太阳电池组件产生的电能通过控制器的控制给蓄电池充电或者在满足负载需求的情况下直接给负载供电，如果日照不足或者在夜间则由蓄电池在控制器的控制下给直流负载供电，对于含有交流负载的光伏系统而言，还需要增加逆变器将直流电转换成交流电。光伏系统的应用具有多种形式，但是其基本原理大同小异。对 于其他类型的光伏系统只是在控制机理和系统部件上根据实际的需要有所不同，下面将对不同类型的光伏系统进行详细地描述。 直流负载的光伏系统 2、光伏系统的分类与介绍 小型太阳能供电系统（Small DC ;简单直流系统（Simple DC ;大型太阳能供
第一章太阳能基本知识 第一节太阳能的来源 太阳从东方升起，到西方降落，太阳带来了温暖.使生物和人类生长，发育，这是人们听熟悉的自然现象。此外，太阳照射的变化，还引起四季和昼夜的更替，造成大气层中的风、雨、雷、电。那么，它的能量是从哪里来的呢?是我们要考察的问题。 首先，我们要了解太阳的构造。简单地说，太阳是一个炽热的大气体它的直径大约为139万km(万公里)，是地球直径的109倍，它的体积是地的130万倍，而它的质量为地球的33万倍，所以，它的密度只是地球的1/4。 太阳通常可分为内球和太阳大气两大部分。内球的外层是处于对流之中的流体区域；太阳大气又分为两层，其底层称为光球，就是我们平常所能看见的部分，它的上面是厚约几千公里的色球层，最外面是一层密度很小的日冕，它的形状不规则，而且经常变化。从太阳球心到平均半径为1/4的范围内，含有总质量的40%，温度高达1500万℃（万摄氏度)，密度超过100g/cm3(克/厘米3）；在平均半径为70%处，温度降至50万℃；在外面的对流层，温度进一步降至约6000 0℃，密度降至1×10-8g/cm3。 太阳的主要成份是氢和氮，其中氢约占78%，氦约占20%。在异常的高温、高压下，原子失去了全部或大部核外电子，它们在高速运动和互相碰撞之中，发生多种核反应。其中最主要的是氢核聚合成氦核反应，称为热核反应在这种反应中，每1g(克)氢变为氮时，质量损失0. 0072g。太阳每秒钟将6亿多吨氢变为氮，损失质量427万t(万吨)，这些质量转化为能量发射出来.总功率相当于3. 9×1020 M W(兆瓦)。根据地球和太阳的相对位置可知，太阳总辐射能量中，只有二十二亿分之一到达地球大气层的上界，大约为1亿7300万MW。由于大气层的散射和吸收，最后达到地球表面的太阳辐射功率大约为8500万MW。这仍然是全球发电容量的数十万倍。尽管太阳的发射功率如此巨大，但是，太阳的质量毕竟太大了，照这样消耗下去，仍然能够维持几十亿年。 第二节太阳常数 太阳常数是在日地平均距离处(这个平均距离大约为1亿5000万km)地球大气层外、垂直于太阳光线的平面上，单位面积、单位时间内所接收到的太阳辐射能。掌握太阳常数的精确值以及太阳辐射的光谱分布，不仅对地球物理学有重要意义，而且对太阳能利用技术的研究和开发，也有重要的意义。所以，多年来人们利用高空飞机、气球以及空间飞行器，对太阳辐射进行精确测量，并推算出太阳常数值。上世纪60年代根据美国航空和航天局、美国材料及试验学会测定，太阳常数为1353W/m2(瓦/米2)。1981年10月，世界气象组织仪器和观测方法委员会在墨西哥召开的第八届会议上，通过了近年来大量实测结果，建议确定太阳常数为(1367士7) W/m2。看来，太阳常数虽然随时间有所变化，但其变化是在测量精确度围以内的。对于太阳能利用技术的研究和开发来说，完全可以把它当作一个常数来处理。 太阳常数是指大气层外垂直于太阳光线的平面上的辐射强度。太阳辐射在穿过大气层时被减弱，这种减弱主要是由于大气的各种成分的吸收和散射引起的。大气中的各种成分对各种不同波长的太阳辐射的吸收和散射的作用是不同的，但总的说来，在地面上测得的最大的垂直于太阳辐射的平面上的辐射强度大约是太阳常数的80%，也就是说，被大气吸收和散射的太阳辐射至少占太阳常数的20%左右。过去对太阳常数的测量，都是根据在大气层中的测量结果，进行估算的。自从有了人造卫星和宇宙飞船，就可以在大气层外，对太阳常数进行直接测量了。 第三节太阳光谱
一,基础知识 (1)太阳能电池的发电原理 太阳能电池是利用半导体材料的光电效应,将太阳能转换成电能的装置. ?半导体的光电效应所有的物质均有原子组成,原子由原子核和围绕原子核旋转的电子组成.半导体材料在正常状态下,原子核和电子紧密结合(处于非导体状态),但在某种外界因素的刺激下,原子核和电子的结合力降低,电子摆脱原子核的束搏,成为自由电子. 光激励 核核 电子 空穴电子 电子对?PN 结合型太阳能电池 太阳能电池是由 P 型半导体和 N 型半导体结合而成,N 型半导体中含有较多的空穴,而P 型半导体中含有较多的电子 ,当 P 型和 N 型半导体结合时在结合处会形成电势当芯 片在受光过程中,带正电的空穴往 P 型区移动,带负电子的电子往 N 型区移动,在接上连线和负载后,就形成电流.. (2)太阳能电池种类 － ＋＋－ － ＋P 型
铸 造 2 工 PN 结合（正面 N 极,反 面 P 极 ） 减 反膜形成 通过电极,汇集电 ※在现在的太阳能电池产品中,以硅半导体材料为主,其中又以单晶硅和多晶硅为代表.由于 其原材料的广泛性,较高的转换效率和可靠性,被市场广泛接受.非晶硅在民用产品上也有 广泛的应用（如电子手表,计算器等）,但是它的稳定性和转换效率劣于结晶类半导体材料. 化合物太阳能电池由于其材料的稀有性和部分材料具有公害,现阶段未被市场广泛采用. ※现在太阳能电池的主流产品的材料是半导体硅,是现代电子工业的必不可少的材料,同时 以氧化状态的硅原料是世界上第二大的储藏物质. ※京瓷公司早在上世纪的八十年代就认识到多晶硅太阳能电池的光阔前景和美好未来,率先 开启多晶硅太阳能电池的工业化生产大门.现在已经是行业的龙头,同时多晶硅太阳能电 池也结晶类太阳能电池的主流产品（太阳能电池的 70%以上）. （3）多晶硅太阳能电池的制造方法 空间用 民用 转换效率:24% 转换效率:10% 转换效率:8% （1400 度以上） 破锭(150mm *155mm ) N 极烧结 电极 印刷 （ 正 反
太阳能电池基本特性的测量 太阳能的利用和太阳能电池特性研究是21世纪新型能源开发的重点课题。目前硅太阳能电池应用领域除人造卫星和宇宙飞船外，已大量用于民用领域：如太阳能汽车、太阳能游艇、太阳能收音机、太阳能计算机、太阳能乡村电站等。太阳能是一种清洁、“绿色”能源,因此，世界各国十分重视对太阳能电池的研究和利用。本实验的目的主要是探讨太阳能电池的基本特性，太阳能电池能够吸收光的能量，并将所吸收的光子能量转换为电能。 【实验目的】 1． 在没有光照时,太阳能电池主要结构为一个二极管，测量该二极管在正向偏压时的伏安 特性曲线，并求得电压和电流关系的经验公式。 2． 测量太阳能电池在光照时的输出伏安特性,作出伏安特性曲线图，从图中求得它的短路 电流(SC I )、开路电压(OC U )、最大输出功率m P 及填充因子FF ， )]U I /(P FF [OC SC m ?=。填充因子是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。 3． 测量太阳能电池的光照特性：测量短路电流SC I 和相对光强度0J /J 之间关系，画出SC I 与相对光强0J /J 之间的关系图；测量开路电压OC U 和相对光强度0J /J 之间的关系,画出OC U 与相对光强0J /J 之间的关系图。 【实验原理】 太阳能电池在没有光照时其特性可视为一个二极管，在没有光照时其正向偏压U 与通过电流I 的关系式为: )1e (I I U o -?=β (1) (１)式中，o I 和β是常数。
由半导体理论，二极管主要是由能隙为V C E E -的半导体构成,如图１所示。C E 为半导体导电带，V E 为半导体价电带。当入射光子能量大于能隙时，光子会被半导体吸收，产生电子和空穴对。电子和空穴对会分别受到二极管之内电场的影响而产生光电流。 假设太阳能电池的理论模型是由一理想电流源（光照产生光电流的电流源)、一个理想二极管、一个并联电阻sh R 与一个电阻s R 所组成,如图2所示。 图2中，ph I 为太阳能电池在光照时的等效电源输出电流，d I 为光照时通过太阳能电池内部二极管的电流。由基尔霍夫定律得: 0R )I I I (U IR sh d ph s =---+ (2） (2）式中,I 为太阳能电池的输出电流,U 为输出电压。由(1)式可得， d sh ph sh s I R U I )R R 1(I --=+ （３) 假定∞=sh R 和0R s =,太阳能电池可简化为图3所示电路。 这里,)1e (I I I I I U 0ph d ph --=-=β。 在短路时，0U =，sc ph I I =; 而在开路时,0I =,0)1e (I I oc U 0sc =--β; ∴]1I I ln[1U 0 sc OC +β = （４)
半导体敏化太阳能电池的突破 [摘要]半导体敏化太阳能电池在过去数年已引起越来越大的兴趣。这类电池开始时转化效率非常低，现在迅速发展到转化效率达到4-5%。本文从三方面分析了优化提高太阳能电池的性能的途径：（1）材料：不仅包括光吸收材料，也包括电子和空穴导体、对电极材料；（2）通过表面处理来控制电子-空穴复合和能带排列；（3）发展具有增强光捕获和采集性能的纳米复合吸收材料。我们认为这些关键点可以使半导体敏化太阳能电池的设计和发展取得重要突破。 [正文]纳米技术被认为将使工业发生革命性的变化，通过纳米技术降低装置费用和提高效率，可使光电能源费用大大降低，产生显著的经济效益。传统的硅太阳能电池依赖高品质的材料，吸收光之后，产生的载流子将留在相同的材料中直到它们在选择性接触中被提取；为了阻止载流子提取前复合，必须采用高成本的尖端技术。相反，纳米尺度的吸收材料可以迅速把光生载流子分离到两个介质中，对材料品质不需苛刻要求，因此，大大减少了制造费用。吸收材料把光生载流子（电子和空穴）分离到两种介质中的概念，在染料敏化太阳能电池中被详细研究。其中，电池由辅助的纳米结构电子和空穴传输材料构成，染料分子起到吸收剂的作用。 半导体敏化太阳能电池从极低的转化效率迅速发展到接近4-5%。 另一方面，半导体材料构成了控制了能源市场-光伏器件的基础。当这些材料变成纳米尺度时，由于量子限制效应，出现了新的和奇特的性质。此外，块体材料的某些性质，如高吸光系数在在纳米尺度时仍然保留。 半导体量子点(QDs)具有大的固有偶极矩，它们的带隙可以通过尺寸和形状来调节，这一特性为吸光材料的纳米设计提供了一个极好的工具。更为重要的是，半导体量子点或薄膜的生产比块体便宜，它们的合成温度更低，并且可以采用液相方法。从这个意义上说，半导体量子点是发展敏化太阳能电池的优秀材料。 使用半导体作为增敏剂可以追溯到上世纪90年代。然而，直到最近几年，由于很多因素半导体敏化太阳能电池SSC才又被重视：纳米技术的发展使得半导体量子点和薄膜的制备及表征变得容易；染料敏化太阳能电池DSC的许多实验结果可应用到半导体敏化电池。所以，这种器件目前受到越来越多的研究小组重视。
太阳能知识简介 一、太阳能常识问答 1．什么是太阳能？太阳是一个炙热的气态球体，它表面温度约为6000摄氏度。她不断向宇宙空间发射电磁波，包括紫外线、可见光和红外线等，所谓太阳能实际上就是指太阳的辐射能量。其主要能量集中在0.3μ~3.0μ（微米）的波段，因此太阳辐射为“短波辐射”。到达地表水平面上的太阳辐射包括直接辐射和散射辐射两部分。 2．太阳能量有多大？太阳辐射的能量是巨大的，到达地球表面的太阳能总功率为1.7x1017瓦，相当于全世界发电量的几十万倍。另外有一个术语叫太阳常数，指的是：日地平均距离时，地球大气层上界垂直于太阳光线表面的单位面积上，单位时间所接受到的太阳辐射通量，国际通用标准为1353瓦/米2。那么太阳辐射穿过大气层时，受到空气分子、水蒸气和灰尘的散射和吸收，会显著衰减。对于某一地区来讲，一年总会有一天，当天空情况极为良好的时候，所接受到的太阳辐射能量最接近太阳常数，但这一天并不一定是夏天。不同地区差异很大，各地气象单位一般都有当地一年的太阳辐射观测数据。 3．一平方米太阳能热水器能节约多少能源？减少多少大气污染？以北京为例，每平方米采光面积太阳能热水器，每年可节约标煤120kg，二氧化碳216kg。 4．什么是选择性吸收涂层？ 由于太阳能的主要能量是集中在0.3~3.0μ（微米）的波段，五十年代末，以色列科学家Tabor提出了光谱选择性吸收理论。他要求吸收部件表面在0.3μ~2.5μ太阳光谱内具有较高吸收率（α），同时在2.5μ~5.0μ红外光谱范围内保持尽可能地的热发散率（ε），换句话说就是使吸收表面最大限度的吸收太阳辐射的同时尽可能减小其辐射热损。这种表面涂层就是所谓选择性吸收涂层。显而易见，涂层的两个重要参数α、ε对提高集热器的热效率起着至关重要的作用。在1981~1983年间，桑普研制成功了铝阳极化电解着色选择性吸收涂层，太阳吸收率为α=0.92~0.96、发射率ε=0.10~0.20。1986~1988年研制成功黑钴选择性吸收涂层。该涂层具有良好的光谱选择性(α=0.92~0.96ε=0.06~0.08)，适合应用在工作温度较高的真空集热管上。采用该涂层生产φ65热管式真空集热管，其性能已达到荷兰菲利普公司同类产品的水平。 二、太阳能热水器常识 1．太阳能热水器是如何工作的？
光伏发电基础知识 1、太阳电池的基本特性 太阳电池的输出受日照强度、电池结温等因素的影响，当结温增加时，太阳电池的开路电压下降，短路电流稍有增加，最大输出功率减小，当日照强度增加时，太阳电池的开路电压变化不大，短路电流增加，最大输出功率增加，在一定的温度和日照强度下，太阳电池具有唯一的最大功率点，电池工作在该点时，能输出当前温度和日照条件下的最大功率。 2、单晶硅电池 单晶硅是用高纯度的多晶硅在单晶炉里拉制而成。熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅，单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅，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，在电池制作中，一般都采用表面结构化，发射区钝化，分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池，提高转化效率主要是单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺，目前转换效率达到18%-20%，最高达24%。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位。 3、多晶硅电池 多晶硅是单质硅的一种形态，熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同，则这些晶粒结合起来，就结成多晶硅，多晶硅可做拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面，多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳电池的光电效率则要比单晶硅低，其光电转换效率为12%-15%之间，最高已达18%，但相对单晶硅光电池具有生产成本低，同时多晶硅光电池没有光致衰退效应，材料质量有所下降时也不会导致光电池受影响，是国际上掀起的前沿性研究热点。 4、非晶硅电池 非晶硅是一种直接能带半导体，它的结构内部有许多所谓的“悬键”。也就是没有和周围的硅原子成键的电子，这些电子在电场作用下就可以产生电流，非
光伏发电基本知识 太阳能发电分为光热发电和光伏发电。通常说的太阳能发电指 置。 应用范围 理论上讲，光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大到兆瓦级电站，小到玩具，光伏电源无处不在。太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池（片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。其中，单晶和多晶电池用量最大，非晶电池用于一些小系统和计算器辅助电源等。目前多晶硅电池效率在16至17%左右，单晶硅电池的效率约18至20%。由一个或多个太阳能电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件。光伏发电产品主要用于三大方面：一是为无电场合提供电源；二是太阳能日用电子产品，如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草地各种灯具等；三是并网发电，这在发达国家已经大面积推广实施。到2009年，中国并网发电还未开始全面推广，不过，2008年北京奥运会部分用电是由太阳能发电和风力发电提供的。 发展前景 据预测，太阳能光伏发电在21
到203030%以上，而太阳能 10%以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上， 太阳能发电将占到60% [2]在当今油、碳等能源短缺的现状下，各国都加紧了发展光伏的步伐。美国提出“太阳能先导计划”意在降低太阳能光伏发电的成本，使其2015年达到商业化竞争的水平；日本也提出了在2020年达到28GW的光伏发电总量；欧洲光伏协会提出了“setfor2020”规划，规划在2020年让光伏发电做到商业化竞争。在发展低碳经济的大背景下，各国政府对光伏发电的认可度逐渐提高。 光伏发电系统 系统分类 1、独立光伏发电也叫离网光伏发电。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。独立光伏电站 伏发电系统。2、并网光伏发电就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电这后直接接入公共
1、太阳能的优点 太阳能作为一种新能源，它与常规能源相比有三大特点： 第一：它是人类可以利用的最丰富的能源。据估计，在过去漫长的11亿年中，太阳消耗了它本身能量的2%。今后足以供给地球人类，使用几十亿年，真是取之不尽，用之不竭。 第二：地球上，无论何处都有太阳能，可就地开发利用，不存在运输问题，尤其对交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值。 第三：太阳能是一种洁净的能源。在开发利用时，不会产生废渣、废水、废气、也没有噪音，更不会影响生态平衡。绝对不会造成污染和公害。 2、太阳能热水系统基本原理 太阳能热水器是利用集热器吸收太阳光，将光能转化成热能，并通过储水箱将热水储存的装置。目前，技术水平最高的太阳能热水器是真空集热管太阳能热水器。真空集热管的内、外管之间是真空夹层，确保冬季管内不结冰，能够在严冬的环境下正常使用，内管上有一层选择性吸收镀膜，膜层能充分吸收太阳光。真空管里的水，利用热水上浮、冷水下沉的原理，吸收太阳热能后，通过温差循环，使储水箱内的水升温。 太阳能热水器具有安全、节能、环保、经济等优点。使用太阳能热水器与使用燃气或电热水器相比，在寿命期内所节省的燃料费或电费足以在寿命期后再购置一台新的太阳能热水器。尤其是带辅助电加热功能的太阳能热水器，它以太阳能为主，电能为辅的能源利用方式。使太阳能热水器能全年全天候使用。一般情况下全年９０％的热水来自太阳能，只需１０％的电能作补充，可以３６５天全天候供应热水。在我国北方地区，带辅助电加热系统的太阳能热水器将成为市场的主流产品。电子装置的应用使太阳能热水器应用更方便，如：电子水位显示、温度显示等。 太阳能热水器的缺点是安装复杂，如安装不当，会影响住房的外观、质量及城市的市容市貌；维护较麻烦，因太阳能热水器安装在室外，多数在楼顶、房顶，因此相对于电热水器和燃气热水器比较难以维护。但目前本公司采用模块化组合式产品，使安装维修与维护更为简单、方便。 3、未来太阳能热水器市场趋势 我国有2000多家太阳能热水器生产厂家，谁能先行一步，满足百姓需求，谁就把握市场主动权。太阳能热水器市场趋势将呈现出六大特点。 1．未来太阳能热水器与建筑结合会更趋紧密。随着小康住宅的建设，太阳能热水器直接进入家庭将构成市场销售的主渠道。家庭安装使用面积将由1㎡向2㎡或更大面积发展。 2．未来太阳能热水器的结构将发生较大变化。太阳能热水器会由目前的整体式向分体式发展，水箱由非承压向承压式过渡。 3．太阳能热水器将由三季使用向全年全天候使用发展。在我国北方地区，带辅助加热系统的太阳能热水器将成为市场的主流产品。 4．随着管路防冻保温技术的发展，太阳能热水器系统运行会更趋可靠。 5．各种电子装置将在太阳能热水器上更多地应用，使用会更趋方便。如：电子水位显示、温度显示等。6．近期各种类型的太阳能热水器将由以提高效率为主向高性能、长寿命发展，淡旺季销售将趋于平衡。
太阳能电池板基础知识详解 2010年07月29日 15:21 一基础知识 (1)太阳能电池板的发电原理 太阳能电池是利用半导体材料的光电效应,将太阳能转换成电能的装置. ●半导体的光电效应 所有的物质均有原子组成,原子由原子核和围绕原子核旋转的电子组成.半导体材料在正常状态下,原子核和电子紧密结合(处于非导体状态),但在某种外界因素的刺激下,原子核和电子的结合力降低,电子摆脱原子核的束搏,成为自由电子. ●PN 结合型太阳能电池 太阳能电池是由P 型半导体和N 型半导体结合而成,N 型半导体中含有较多的空穴,而P 型半导体中含有较多的电子,当P 型和N 型半导体结合时在结合处会形成电势当芯片在受光过程中,带正电的空穴往P 型区移动,带负电子的电子往N 型区移动,在接上连线和负载后,就形成电流. (2)太阳能电池种类 ※在现在的太阳能电池产品中,以硅半导体材料为主,其中又以单晶硅和多晶硅为代表.由于其原材料的广泛性,较高的转换效率和可靠性,被市场广泛接受.非晶硅在民用产品上也有广泛的应用(如电子手表,计算器等),但是它的稳定性和转换效率劣于结晶类半导体材料.化合物太阳能电池由于其材料的稀有性和部分材料具有公害,现阶段未被市场广泛采用. ※现在太阳能电池的主流产品的材料是半导体硅,是现代电子工业的必不可少的材料,同时以氧化状态的硅原料是世界上第二大的储藏物质. (3)多晶硅太阳能电池的制造方法 (4)太阳能电池关连的名称和含义 ●转换效率 太阳能电池的转换效率是指电池将接收到的光能转换成电能的比率 ※标准测试状态 由于太阳能电池的输出受太阳能的辐射强度,温度等自然条件的影响,为了表述太阳能电池的输出和评价其性能,设定在太阳能电池板的表面温度为25 度,太阳能辐射强度为1000 ｗ/㎡、分光分布AM1.5 的模拟光源条件下的测试为标准测试状态. 小知识 晶硅类理论转换效率极限为29%,而现在的太阳能电池的转换效率为17%～19%,因此,太阳能电池的技术上还有很大的发展空间 ●太阳能电池输出特性 【太阳能电池电流---电压特性(I-V 曲线)】 ●太阳能电池对环境的贡献 ①对防止地球温暖化,减轻对地球环境的贡献 从太阳能发电系统排放的二氧化碳,即使是考虑其生产过程的排放量,也绝对少于传统的燃料发电设备,是防止地球温暖化的环保设备.同时在发电时,不排放氧化硫,氧化氮等污染物,减轻了对环境的压力. 例:3ｋW 太阳能发电系统对环境污染物的削减量
太阳能产品基础知识 一、太阳能电池 （一）工作原理 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。（二）不同太阳能电池的特性 图示 非晶硅太阳能电池组件 单晶硅太阳能电池组件多晶硅太阳能电池组件 特点·结晶初期质量不稳定，效率 低，最后趋于稳定 ·容易大批量生产 ·色彩为暗红色 ·低电流、冷光工作 ·特性稳定，效率高 ·外形单一 ·黑色 ·可做到较大电流 ·特性稳定，效率高 ·外形多样化（对硅晶体再加 工） ·质硬、不可卷曲 ·深蓝色 ·可做到较大电流 变换效率 （%） 6～1015～1712～14 电压值 DIV 0.750.50.5V （三）我司草坪灯太阳能电池制作流程 1、激光切割，根据产品与订单需要进行电流与电压进行激光切割，单片筛选测试 2、拼装、焊接（铜线与铜带焊接） 3、封装：有层压和灌胶两种方式。 例：灌胶流程激光切割---分检---测试---入库---焊片---排片---正负极焊接---半成品测试---灌胶---抽汽泡---烘烤---贴保护膜---检测测试---包装---入库（层压板结构雷同）
灌胶SOLAR板：比较便于生产，使用年限较短，阳光是晒后表面易发生黄变，一般为一年（之后效率下降） 层压SOLAR板：不良率较高，寿命较长，外观平整，怕冲击，不能用于脚踩（脚踏板）的产品 4、电池组件与电池常规搭配 4片晶片 1.2*1（蓄电池个数） 8片晶片 1.2*2（蓄电池个数） 12片晶片 1.2*3（蓄电池个数） 二、蓄电池(二次可充电电池) （一）工作原理：蓄电池可以将电能转换为化学能而储存起来，在用电时再将化学能转变为电能，是一种供电方便、安全可靠的直流电源。它的工作原理就是把化学能转化为电能。由 于太阳能照明系统蓄电池的充电直接由太阳能电池提供，能确保负载能持续有效的 供电。 (二)分类:Ni-cd、Ni-mH、铅酸、锂电池 1、V=1.2V（0.8~1.35V）；可充碱性电池（2000 mAH) 2、容量 Ni-cd AA 下限200~900mA上限。 Ni-mH AA 下限250~2200 mA上限。 Ni-mH AAA 下限200~1200mA上限。 3、温度特性：Ni-cd:-20-60℃ Ni-mH:-20~45℃ 4、充电电阻：小于35mΩ (内阻) 5、一般标识：Ni-cd AA 600mAh 1.2V，具体使用以订单要求为准 6、Ni-cd 存在记忆性，最好是充饱电放完电，具体使用以订单要求为准 7、电池寿命：完全充放电次数大于等于500次 三、LED的知识介绍 (一)LED照明术语
半导体(电子)及太阳能电池材料的多晶硅 一、概要 1、从锗到硅 锗：融点960℃用石英或炭的容器来熔化。 硅：融点1420℃炭和石英反应生成。（沸点：2355℃） 最初半导体的产生从生产使用方便的锗材料开始的，随着技术进步，开始使用了特别显著性质的硅（从1965年的硅的生产量超过了锗的生产量），用于太阳能电池就从这时开始的。 2、硅的特性 半导体：导体、绝缘物的中间导电物。 导电：有P型与N型。根据温度有所变化，P型N型的结合。（P 型：空穴；N型：电子） 常温下，本征半导体硅的电导率是230000Ω·cm，1100℃时为0.01Ω·cm.纯度为9个9时为100Ω·cm，10个9时为1000Ω·cm。所含杂质越多，导电性越好。 3、高纯度多晶硅的技术变化 进入1950年开始工业性生产（美国Du-pont）日本是从进入1960年代，6个厂家开始生产，以后开始摸索新的尝试。 现状TCS 为原材料，用西门子法为主流MONO 硅烷的西门子法或FBR法也实用。 开始做的是块状，现在做的是棒状。 4、多晶硅生产厂家的变化的现状 当初有过各电子器具厂家自己制造多晶硅、单晶硅、硅片素子（Device）的时期。后来此行业渐渐开始专业化，垄断化，现在只剩8家。 硅的循环（市场需求量）：一般4．5年为一个周期，多晶硅厂家来说10年间（有过2次周期），这期间有设新厂的，也有倒闭的，但总的来说厂家的数目没变。 中国目前可能有30家正在发展。 5、今后的展望 从来是主要用于半导体（电子），太阳能级只是利用多晶硅的等外品，或是废料就可。今后的潮流是太阳能级别的多晶硅的需要更加伸展，新加入此行业也随着增多，一部分多晶硅厂家转为生产太阳能级别的专业厂家。 太阳能级别的多晶硅的新的制造法也有很多种提案正在往实用化方面试验中。
太阳能电池基本特性测定实验 太阳能电池就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,就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。太阳能电池就是一种大有前途的新型电源,具有永久性、清洁性与灵活性三大优点、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。 太阳能电池根据所用材料的不同,可分为:硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池四大类,其中硅太阳能电池就是目前发展最成熟的,在应用中居主导地位。 硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池与非晶硅薄膜太阳能电池三种。 单晶硅太阳能电池转换效率最高,技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为23%,规模生产时的效率为15%。在大规模应用与工业生产中仍占据主导地位,但由于单晶硅成本价格高,大幅度降低其成本很困难,为了节省硅材料,发展了多晶硅薄膜与非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。 多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉,而效率高于非晶硅薄膜电池,其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。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。 非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻,转换效率较高,便于大规模生产,有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应,稳定性不高,直接影响了它的实际应用。 太阳能的利用与太阳能电池的特性研究就是21 世纪的热门课题,许多发达国家正投入大量人力物力对太阳能接收器进行研究。我们开设此太阳能电池的特性研究实验,通过实验了解太阳能电池的电学性质与光学性质,并对两种性质进行测量。该实验作为一个综合设计性的物理实验,联系科技开发实际,有一定的新颖性与实用价值。 【实验目的】 1、 无光照时,测量太阳能电池的伏安特性曲线; 2、 有光照时,测量电池在不同负载电阻下,I 对U 变化关系,画出U I -曲线图;并测量太阳能电池的短路电流SC I 、开路电压OC U 、最大输出功率m ax P 及填充因子FF ; 3、 测量太阳能电池的短路电流SC I 、开路电压OC U 与光照度L 的关系,求出它们的近似函数关系。 【实验仪器】 白炽灯源、太阳能电池板、光照度计、电压表、电流表、滑线变阻器、稳压电源、单刀开关 连接导线若干 【实验原理】 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。这就就是光伏效应太阳能电池的工作原理。 在没有光照时, 可将太阳能电池视为一个二极管,其正向偏压U 与通过的电流I 的关系为 ? ?? ? ??-=10nKT qU e I I (1) 其中0I 就是二极管的反向饱与电流,n 就是理想二极管参数,理论值为1。K 就是玻尔兹曼常量,q 为电子的电荷量,T 为热力学温度。(可令nKT q =β )