太阳能电池技术的现状与进展

太阳电池及其研究现状、展望

太阳电池及其研究现状、展望

摘 要

随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，太阳能作为理想的可再生能源受到了许多国家的重视。由于不可再生能源的减少和环境污染的双重压力，使得光伏产业迅猛发展；太阳电池的发展也日新月异。本文主要叙述了现阶段多晶硅太阳电池、单晶硅太阳电池、薄膜太阳电池、GaAs太阳电池及燃料敏化学电池的现状研究及发展趋势，以及对未来太阳电池发展方向的预测，认为今后太阳电池发展趋势为层叠太阳电池。

关键词：多晶太阳电池；单晶硅太阳电池；薄膜太阳电池；GaAs太阳电池；层叠太阳电池

太阳电池及其研究现状、展望

Solar cell and its current situation of research and

outlook

Abstract

With the development of modern industry, the global energy crisis and

atmospheric pollution problem increasingly, solar energy as the ideal renewable

energy by many national attention. Due to energy reduction and environmental

pollution, make double pressures of photovoltaic industry rapid development; Solar

cell development also changing. This paper mainly describes the present

polycrystalline silicon solar battery, monocrystalline silicon solar battery, thin film

・１Ｏ・　化　工　进　展　

ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　ＡＮＤ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ＰＲＯＧＲＥＳＳ　２０１７年第３６卷第１期　

太阳能光伏电池冷却散热技术研究进展　

朱丽，陈萨如拉，杨洋，孙勇，张吉强，李建　

（天津大学建筑学院，天津３０００７２）　

摘要：当前世界能源形势日趋紧张，太阳能作为重要的可再生能源之一，其开发利用和能效提升对于国民经济　

和能源安全尤为重要，而太阳能光伏板的温度提升是影响能效和使用寿命的重要因素。本文对近年来风冷和水　

冷等传统平板光伏冷却的研究进展进行了总结和分类，同时对蒸发冷却、热电冷却、辐射冷却、相变材料冷却　

等新型平板光伏散热方式进行了梳理和分析。此外，文中引入了传热热阻的概念，通过计算以上６种冷却散热　

技术具体应用的热阻或光伏板与环境温度之间的温差，从热阻的角度重点分析了采用上述６种冷却方式对光伏　

板产生的冷却效果，同时从能效提升及运行温度等方面对比分析了不同冷却方式的优点和不足，以期为太阳能　

光伏电池冷却散热技术的进一步研究与优化提供相关参考和借鉴。　

关键词：太阳能；光伏；热阻；冷却方式：效率　

中图分类号：ＴＫ５１９　文献标志码：Ａ　文章编号：１０００—６６１３（２０１７）Ｏｌ一００１０—１０　

Ｄ０Ｉ：１０．１６０８５／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—６６１３．２０１７．０１．００２　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｎ　ｈｅａｔ　ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｏｆ　ｐｈ０ｔＯＶ０ｌｔａｉｃ　ｃｅｌｌｓ　

ＺＨＵＬｉ，ＣＨＥＮＳａｒｕｌａ，ＹＡＮＧ　，ＳＵＮ　ｙ０馏，ＺＨＡＮＧＪｉｑｉａｎｇ，ＬＩＪｉａｎ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３０００７２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｈｏｒｔａｇｅ　ｇｅｔｔｉｎｇ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｓｅｒｉｏｕｓ　ａｎｄ　ｓｏｌａｒ　ｅｎｅｒｇｙ　ａｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　

太阳能电池的研究现状及发展

作者：梁婷

来源：《电子世界》2014年第22期

【摘要】近年来随着人们对环境的重视，对新能源的需要变得越来越大，太阳能成为新型能源将被广泛应用。黄铁矿结构的二硫化铁（FeS2）是一种具有合适的禁带宽度（Eg≈0.95eV）和较高光吸收系数（当λ≤700nm时，α=5×105cm-1）的半导体材料，而且其组成元素在地球上储量丰富、无毒，有很好的环境相容性。因此，FeS2薄膜在光电子以及太阳能电池材料等方面有潜在的应用前景，受到人们的广泛关注。本文从不同制备方法所制备出的二硫化铁薄膜的研究结果，来分析二硫化铁薄膜的研究状况。

【关键词】能源;二硫化铁;制备方法;光电性能

1.引言

太阳能电池自1954年由诺贝尔实验室和RCA公司几位杰出的科学家发明问世以来，由于地球变暖现象的日益严重，世界各国对二氧化碳的排放量均采取严格的管制，再加上石油匮乏，40年后将消耗殆尽，其价格持续攀升，这些因素都促成了对代替能源的重视与需求，也激发了太阳能产业的蓬勃发展。

太阳是一座聚合核反应器，它一刻不停地向四周空间放射出巨大的能量。它的发射功率为3.865×1026J/S（相当于烧掉1.32×1016ton标准煤释放出来的能量）。地球大气表层所接收的能量仅是其中的22亿分之一，但是地球一年接收的太阳的总能量却是现在人类消耗能源的12000倍。另外，根据文献记载太阳的质量为1.989×1030kg，根据爱因斯坦相对论（E=mc2）可以计算出太阳上氢的含量足够维持800亿年。而由地质资料得出的地球年龄远远小于这个数字。因此可以说太阳能是取之不盡、用之不竭的[1-3]

2.太阳能电池

太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。

聚光型太阳能电池技术及现状

当今最常用的太阳能电池，比如为家庭和建筑提供辅助电力的太阳能电池，都是独靠太阳的单晶硅太阳能电池。这些太阳能电池只能利用太阳自然产生的光亮度，且其最佳效率限定于一个相对狭窄的光子能量范围中。聚光太阳电池是降低太阳电池利用总成本的一种措施。它通过聚光器而使较大面积的阳光会聚在一个较小的范围内，形成"焦斑"或"焦带"，并将太阳电池置于这种"焦斑"或"焦带"上，以增加光强，克服太阳辐射能流密度低的缺陷，从而获得更多的电能输出。因此，首先要考虑聚光器的结构、跟踪装置和散热措施。 通常聚光器的倍率大于几十，其结构可采用反射式或透镜式。反射式有槽形平面聚光器和抛物面聚光器；透镜式则多选用菲涅耳透镜。聚光器的跟踪一般用光电自动跟踪。散热方式可以是气冷或水冷，有的与热水器结合，既获得电能，又得到热水。

用于聚光太阳电池的单体，与普通太阳电池略有不同，因需耐高倍率的太阳辐射，特别是在较高温度下的光电转换性能要得到保证，故在半导体材料选择、电池结构和栅线设计等方面都要进行一些特殊考虑。最理想的制造聚光太阳电池的材料为砷化镓，因为它的禁带宽度和载流子浓度均适合于在强光下工作。其次是单晶硅材料。在电池结构方面，聚光电池的Ｐ-ｎ结构要求较深，普通太阳电池多用平面结构，而聚光太阳电池常采用垂直结构，以减少串联电阻的影响。同时，聚光电池的栅线也较密，典型的聚光电池的栅线约占电池面积的１０％。

在设计中，多结太阳能电池通过使用三个子电池的能带隙将太阳光谱区分成三个较小的区块。每个子电池均能有效地将光转换成电流。其转换效率经测量后达40.7%，变形多结聚光太阳能电池超越了单结1000倍阳光下37%的理论值极限。

由于他们能使用一种新等级的变形半导体材料，让多结太阳能电池有更大的自由度，以最佳化太阳能光谱的转换，因此，这些结果格外让人受鼓舞。这些材料的最佳效能暗示了未来还会有效能更高的太阳能电池出现。