太阳能利用与薄膜材料
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光伏分体膜-概述说明以及解释1.引言1.1 概述光伏分体膜是一种新型的光伏发电技术,它采用分离式的膜材料来收集太阳能,并将其转化为电能。
与传统的光伏技术相比,光伏分体膜具有更高的效能和更广泛的应用领域。
光伏分体膜的原理是利用能够吸收太阳光的薄膜材料,通过光电效应产生电子和空穴。
薄膜将电子和空穴分离,使电子在薄膜中流动,从而产生电流。
这种分体膜的设计使得电流的产生更为高效,并且可以在不同的材料中实现,如硅薄膜、柔性膜等。
光伏分体膜在各个领域都有广泛的应用。
在建筑领域,光伏分体膜可以被应用于建筑物的外立面、屋顶等空间,从而将太阳能转化为电能供应给建筑中的电器设备。
在交通领域,光伏分体膜可以被应用于汽车、船只等交通工具的外壳上,实现移动中的能源采集和发电。
此外,光伏分体膜还可以被应用于户外休闲设备、电子设备等领域,为这些设备提供独立的能源供应。
光伏分体膜具有一些突出的优势。
首先,由于其采用了分体设计,可以灵活地适应不同的形状和尺寸需求,使得其在设计和安装上更为方便。
其次,光伏分体膜具有高效能的特点,能够更好地利用太阳能资源,提高发电效率。
此外,光伏分体膜还具有较高的韧性和耐候性,能够适应各种环境条件下的使用。
光伏分体膜作为一种新兴的光伏发电技术,未来发展潜力巨大。
随着人们对可再生能源需求的不断增长和对环境保护意识的增强,光伏分体膜将在能源领域发挥更为重要的作用。
未来,我们可以期待光伏分体膜在更多领域的应用,以及在技术改进和成本降低方面的进一步突破。
1.2 文章结构文章结构是指文章的整体框架和组织形式,它决定了文章内容的呈现方式和逻辑顺序。
对于本篇文章《光伏分体膜》,其结构主要包括引言、正文和结论三个部分。
1. 引言部分会首先进行概述,介绍光伏分体膜的基本背景和相关信息,引起读者的兴趣和关注。
接着,会对整篇文章的结构进行说明,明确每个部分的内容和作用。
最后,阐述文章的目的,即通过对光伏分体膜的研究和探讨,探寻其在未来发展中的优势和应用前景。
薄膜太阳能电池技术
薄膜太阳能电池技术是一种太阳能电池的制造技术。
与传统的硅基太阳能电池相比,薄膜太阳能电池采用了更薄、更轻的材料来制造电池片。
薄膜太阳能电池技术具有以下特点:
1.轻薄柔性:薄膜太阳能电池使用的是薄膜材料,相对于硅基太阳能电池的玻璃基底,薄膜太阳能电池更轻薄,也更柔性,可以适应弯曲和复杂的表面形状。
2.成本低:薄膜太阳能电池制造过程相对简单,不需要高温和高真空条件,可以以较低的成本大规模生产。
3.高温稳定性:薄膜太阳能电池具有较好的高温稳定性,相对于硅基太阳能电池,在高温环境下性能衰减较小。
4.良好的低光强效果:薄膜太阳能电池对于低光强度环境有较好的适应能力,相对于硅基太阳能电池,在阴天或弱光条件下也能产生较高的电能输出。
薄膜太阳能电池技术目前有几种不同材料的薄膜电池,包括硅薄膜太阳能电池、铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池、半导体量子点薄膜太阳能电池等。
每种薄膜材料都有其独特的特性和应用领域。
薄膜太阳能电池技术在光伏发电领域得到广泛应用,并且不断进行研发和改进,以提高效率、降低成本,推动太阳能产业的发展。
光学薄膜在太阳能电池上的应用xx年xx月xx日•引言•光学薄膜基础知识•光学薄膜在太阳能电池中的应用•新型光学薄膜材料的研发与优化目录01引言随着能源危机的加剧,可再生能源的开发和利用逐渐受到人们的重视。
太阳能作为一种清洁、可再生的能源,具有广泛的应用前景。
太阳能电池是太阳能利用的关键技术之一,提高其光电转换效率是当前研究的重点。
光学薄膜是一种能够通过调控光的反射、透射和吸收等特性来优化器件性能的薄膜材料。
近年来,光学薄膜在太阳能电池上的应用逐渐受到关注,成为提高太阳能电池性能的重要手段之一。
背景介绍研究目的本课题旨在研究光学薄膜在太阳能电池上的应用,探讨其对太阳能电池性能的影响,并优化光学薄膜的设计和制备工艺,以提高太阳能电池的光电转换效率。
研究意义通过本研究,可以深入了解光学薄膜在太阳能电池中的作用和机制,为优化太阳能电池的结构和性能提供理论支持和实践指导。
同时,本研究还可以促进光学薄膜技术的发展,为其他光电器件的性能优化提供借鉴和参考。
研究目的和意义02光学薄膜基础知识光学薄膜是一种能够改变光传播特性的薄层结构,通过改变入射光束的强度、偏振状态、相位等特性,达到增透、反射、滤光等目的。
光学薄膜的定义光学薄膜可分为增透膜、反射膜、滤光膜等,其中增透膜主要用于减少反射光的强度,提高光学器件的透射率;反射膜主要用于将入射光反射回原路;滤光膜则用于只允许特定波段的光通过,而阻止其他波段的光通过。
光学薄膜的分类光学薄膜的定义与分类1光学薄膜的制备方法23包括真空蒸发、溅射、离子镀等,通过在真空中利用物理过程,使得材料表面形成一层薄膜。
物理气相沉积(PVD)包括常压CVD、等离子体增强CVD、激光诱导CVD等,通过化学反应过程,在材料表面形成一层薄膜。
化学气相沉积(CVD)包括溶胶-凝胶法、电化学法等,通过在液体状态下将化学物质沉积在材料表面形成薄膜。
液相沉积(LPD)03光学薄膜在太阳能电池中的应用03光学薄膜的设计与优化通过优化光学薄膜的结构和材料,可以提高其对太阳能光谱的吸收和反射性能,从而提高太阳能电池的转化效率。
薄膜材料的应用及进展薄膜材料是在一定的加工工艺下制成的厚度小于1毫米的材料。
随着科学技术的不断发展,薄膜材料已经被广泛应用于各个领域。
本文将从应用和进展两个方面介绍薄膜材料的发展现状。
一、应用:1、太阳能电池板:薄膜材料的应用最为突出的便是太阳能电池板。
通过采用热蒸发、电子束蒸发、溅射等技术,在底片上制成彩色薄膜太阳能电池板。
此外,薄膜太阳能电池板具有高效率、轻质化以及柔性等优点,成为新一代太阳能电池板的主要研究方向。
2、面板显示技术:另外,薄膜材料在面板显示技术中也有着广泛的应用,包括LED电视机、手机屏幕等。
甚至在手机屏幕领域,柔性薄膜技术也已经被开发出来,为顾客的应用带来更舒适的体验。
3、储能电池:在储能电池方面,薄膜材料也起到了重要的作用。
采用薄膜材料制成的锂离子电池,相比传统电池,具有更高的能量密度、更佳的稳定性和安全性,因此在大型储能设备、节能照明灯具、电动汽车等领域具有可观的市场前景。
4、靶材和涂层材料:此外,薄膜材料还在很多高科技领域中被用到。
比如在半导体行业,薄膜材料作为靶材和涂层材料,被广泛应用于制作金属薄膜、光学薄膜等,以满足集成电路和显示器等领域的制造需求。
二、进展:1、制备工艺的发展:为了应对不同的应用需求,薄膜材料的制备工艺也在不断优化和改进。
例如,采用热蒸发法制备太阳能电池板,可以提高太阳能电池板的转化效率;采用电镀法和溶胶凝胶法制备锂离子电池,可以提高锂离子电池的功率密度和循环寿命等。
2、薄膜材料的多元化:当前,一些新型薄膜材料正在被研究和开发,以满足更多领域的需求,比如大规模、高功率电池。
石墨烯和二硫化钼等材料的薄膜化制备技术也正在逐渐成熟。
3、柔性薄膜的研究与应用:柔性薄膜技术是近年来比较热门的研究方向,柔性薄膜的应用具有颠覆性的革新意义。
柔性薄膜材料在可穿戴电子设备、可折叠电视,以及挤压式传感器等领域具有广泛的应用前景。
总之,薄膜材料的应用和研究进展表明了其在很多领域中的重要作用。
纳米薄膜材料在光学领域的应用研究随着科技的进步和人们对光学产品需求的不断增加,纳米薄膜材料在光学领域的应用研究日趋重要。
纳米薄膜材料是一种以纳米尺度为特征的材料,具有优良的光学特性和多种应用潜力。
本文将探讨纳米薄膜材料在光学领域中的几个重要应用。
首先,纳米薄膜材料在太阳能电池领域具有广泛的应用前景。
由于其优异的光学特性和调控性能,纳米薄膜材料可以用于增强太阳能电池的吸收效率和光电转换效率。
例如,一些研究人员使用纳米薄膜材料来制备类似羽毛结构的太阳能吸收器,通过多次反射和折射,显著提高了太阳能的吸收率,从而提高了太阳能电池的能量转换效率。
此外,纳米薄膜材料还可以用于制备透明导电薄膜,这对于太阳能电池的透明电极有着重要的应用意义。
其次,纳米薄膜材料在二维材料研究中扮演着重要角色。
二维材料是一种具有特殊结构和性能的材料,且纳米薄膜材料可以提供高品质的二维材料。
通过采用蒸发沉积、溅射等方法,纳米薄膜材料可以制备出高质量的二维材料,如石墨烯、二硫化钼等。
这些二维材料在光学领域中具有广泛的应用,例如用于制备超薄的光电器件、光电探测器和光学传感器等。
另外,纳米薄膜材料在光子学领域的研究也日益受到关注。
光子学是研究光的性质和光的操控的学科,纳米薄膜材料由于其特殊的光学性质,在光子学领域有着广泛的应用潜力。
研究人员可以通过调控纳米薄膜材料的形状、结构和尺寸,实现对光的波长、强度和传播方向的有效控制。
以此为基础,可以设计制备出多种光子学器件,例如纳米激光器、光波导器件和光学滤波器等。
同时,纳米薄膜材料还可以用于制备超材料,以实现对光场的精确调控和操控。
最后,纳米薄膜材料在生物医学光学领域也有着重要的应用价值。
生物医学光学是研究利用光学技术进行医学诊断和治疗的学科,而纳米薄膜材料由于其优异的生物相容性和生物兼容性,成为生物医学光学领域中的重要研究对象。
研究人员可以利用纳米薄膜材料来制备高灵敏度、高选择性的生物传感器,用于检测和监测生物分子的存在和浓度。
薄膜技术在太阳能电池中的应用一、前言随着社会于科学技术的飞速发展,新能源也成为了一个备受瞩目的领域。
太阳能作为一种绿色能源,因其不污染环境、永不耗尽等优点而被广泛应用。
而在太阳能的应用中,薄膜技术的影响也是不可忽略的。
本文将从薄膜技术的介绍、太阳能电池薄膜的种类、不同薄膜对太阳能电池的影响以及薄膜技术的未来发展等方面阐述薄膜技术在太阳能电池中的应用。
二、薄膜技术介绍薄膜技术是一种涂敷在材料表面的一层薄膜,由于其对于材料作用和物理性质的改变,被广泛应用于太阳能电池的制造。
太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置,其主要由镀膜玻璃、透明导电膜、P型半导体、N型半导体、金属电极等组成,而薄膜作为该电池中的一个重要组成部分,对于电池的性能也有着非常明显的影响。
三、太阳能电池薄膜的种类太阳能电池薄膜可以大致分为以下几种:1.透明导电膜透明导电膜作为太阳能电池中的电极,要求其高透过性和低电阻性。
在此情况下,氧化铟锡(ITO)透明导电膜便成为了一种常用的膜材料。
不过因其昂贵及工艺性较差,薄膜技术学者们也在开发出了更为简单且成本更低的通量导电膜作为其替代品,如氧化锌导电膜(ZnO)、氮化硼导电膜(BN)等。
2.太阳能电池反射层太阳能电池反射层作为电池的支撑部分,其主要作用是提高电池的光吸收率。
而这一层膜材料要求高反射率、宽波长范围、化学性稳定、机械强度高等,因此,以铝(Al)、银(Ag)、钛(Ti)均可作为其反射层材料。
同时为了实现更高效率的反射层,在未来也将会采用纳米材料结构或多层结构的方法,升级太阳能的性能及效率。
3.太阳能电池中的缓冲层太阳能电池中的缓冲层主要作用是连接P型半导体层及N型半导体层,避免由于能带不匹配造成的光流不畅,导致最终电池的效率大大降低。
同时,缓冲层还能起到保护电池、减少薄膜应力等作用。
在这一膜层的材料选用中,目前较为主流的选择是CIGS 薄膜材料及CdS薄膜材料等。
4.太阳能电池中的保护层太阳能电池中的保护层主要任务是保护电池免受环境因素的侵蚀和破坏。
薄膜太阳能电池是一种相对传统的太阳能电池技术,采用薄膜材料作为光电转换层。
以下是几种常用的薄膜太阳能电池材料:
1. 硅薄膜太阳能电池(a-Si):硅薄膜太阳能电池使用非晶硅(amorphous silicon)作为光电转换层。
它具有较低的成本和较高的灵活性,可适应多种形状和表面。
然而,它的转换效率相对较低。
2. 铜铟镓硒薄膜太阳能电池(CIGS):铜铟镓硒薄膜太阳能电池使用铜(Cu)、铟(In)、镓(Ga)和硒(Se)等元素的化合物作为光电转换层。
它具有较高的转换效率和较好的光吸收性能,但制造过程较复杂。
3. 铜铟硒薄膜太阳能电池(CIS):铜铟硒薄膜太阳能电池使用铜(Cu)、铟(In)和硒(Se)等元素的化合物作为光电转换层。
它与CIGS材料相似,但在元素比例和晶体结构上略有不同。
4. 钙钛矿薄膜太阳能电池(Perovskite):钙钛矿薄膜太阳能电池使用钙钛矿材料作为光电转换层。
这种材料具有良好的光吸收性能和较高的转换效率,并且制造成本较低。
然而,
稳定性和耐久性是目前钙钛矿太阳能电池面临的挑战之一。
这些薄膜太阳能电池材料具有不同的特点和应用情况,选择适当的材料取决于具体的需求和预算。
此外,还有其他一些薄膜太阳能电池材料正在研究和开发中,以提高转换效率和降低成本。
书山有路勤为径,学海无涯苦作舟太阳能选择性吸收薄膜材料选择与吸收机理经过数十年的科学研究,太阳能选择性吸收薄膜材料在选用及吸收表面的结构研究等方面有了很大的发展。
当辐射通过物质时,其中某些频率的辐射被组成物质的粒子(原子、离子或分子等) 选择性地吸收从而使辐射强度减弱,这就是辐射的吸收。
其吸收的实质,在于吸收使物质粒子发生由低能级向高能级的跃迁。
被选择性吸收的辐射光子能量,应为跃迁后与跃迁前两个能级间的能量差,光子的能量相对应的能级跃迁,才具有好的选择吸收性。
表1 给出了几种金属及其硫化物和氧化物的能级跃迁值。
从表1 可以看出,由于其自身的电子跃迁能级与可见光谱区的光子能量较为匹配的材料性能,金属、金属氧化物、金属硫化物和半导体等成为制备太阳能选择性薄膜的主要材质,形成了以本征吸收型、半导体吸收- 反射金属串列型、表面微不平型、电介质- 金属干涉叠层型、电介质- 金属复合型和上述几种类型的综合应用为主要类型的多种选择性吸收薄膜。
表1 一些物质的能级跃迁值(a)本征吸收膜又称体吸收型膜,此种类型的材料包括半导体材料和一些过渡族金属以及它们的氮化物、硼化物、碳化物。
半导体的本征吸收是指价带电子吸收光子能量后,从价带跃迁到导带所形成的吸收过程。
式hν0≤Eg ( h 是普朗克常数,ν0 是光的频率,Eg 是禁带宽度)即表示光子的能量不得小于半导体的禁带宽度,这是产生本征吸收所要具备的条件。
波长λλc 的红外光因为能量低不被吸收而透过膜层, 利用金属基体的高反射特性, 构成了半导体膜的光谱选择性吸收作用。
一些过渡族金属以及它们的氮化物、硼化物、。
薄膜发电原理薄膜发电技术是一种利用薄膜材料将光能、热能或机械能转化为电能的技术。
薄膜发电技术具有结构简单、重量轻、灵活性强等优点,因此在可穿戴设备、智能手机、无人机等领域有着广泛的应用前景。
本文将从薄膜发电的原理入手,介绍薄膜发电技术的相关知识。
薄膜发电技术的原理主要包括光伏效应、热电效应和压电效应。
光伏效应是指当光线照射到光伏材料表面时,光子的能量被吸收并激发材料中的电子,从而产生电流。
热电效应是指当材料的一侧温度高于另一侧时,由于热电材料的特殊结构,会产生电势差,从而产生电流。
压电效应是指当材料受到外力作用时,会产生电荷分离,从而产生电流。
这三种效应是薄膜发电技术的基础,也是实现能量转化的关键。
在实际应用中,薄膜发电技术主要包括柔性太阳能电池、热电薄膜发电器和压电薄膜发电器。
柔性太阳能电池是利用光伏效应将太阳能转化为电能的装置,其主要材料为柔性薄膜材料,可以灵活地应用在各种曲面和不规则形状的设备上。
热电薄膜发电器是利用热电效应将热能转化为电能的装置,其主要材料为热电材料薄膜,可以应用在一些需要自发热的设备上,如智能温控系统。
压电薄膜发电器是利用压电效应将机械能转化为电能的装置,其主要材料为压电材料薄膜,可以应用在一些需要频繁变形的设备上,如振动传感器。
薄膜发电技术的发展受到材料科学、纳米技术和微电子技术等多个领域的影响。
随着材料科学的不断进步,新型的薄膜材料不断涌现,为薄膜发电技术的发展提供了更多可能性。
纳米技术的发展使得薄膜材料的制备和加工技术得到了极大的提升,进一步推动了薄膜发电技术的发展。
微电子技术的进步为薄膜发电器的集成化和智能化提供了技术支持,使得薄膜发电技术在智能穿戴设备、智能家居等领域有着更广阔的应用前景。
总的来说,薄膜发电技术是一种新型的能量转化技术,具有广阔的应用前景。
通过光伏效应、热电效应和压电效应,薄膜发电技术可以将光能、热能或机械能高效地转化为电能,为可穿戴设备、智能手机、无人机等设备提供持续稳定的电源支持。
光伏膜作用
光伏膜是由光电转换材料制成的薄膜,可以将光能转化为电能,广泛应用于太阳能电池板、太阳能电池组等领域。
光伏膜作为一种新型的能源材料,具有很多独特的性能和应用优势。
光伏膜的基本作用是将太阳能转化为电能。
太阳能是一种清洁、可再生的能源,具有无限的潜力,但由于其能量密度较低,传统的光电转换器件效率较低。
而光伏膜作为一种新型的光电转换材料,可以将太阳能转化为电能,且效率更高,因此在太阳能利用中具有广泛的应用前景。
光伏膜的应用范围非常广泛,除了太阳能电池板、太阳能电池组外,还广泛应用于建筑、汽车、航空航天等领域。
在建筑中,可以将光伏膜作为玻璃幕墙或屋顶材料,将太阳能转化为电能,为建筑提供绿色能源。
在汽车中,可以将光伏膜作为车顶材料,将车顶变成一个太阳能电池板,为汽车提供电能,延长电池续航里程。
在航空航天中,可以将光伏膜应用于太阳能帆板等领域,为航空航天器提供电能。
光伏膜具有很多独特的性能和应用优势。
首先,光伏膜具有很高的转换效率,可以将太阳能转化为电能,效率更高。
其次,光伏膜具有很高的柔性和可塑性,可以根据不同的应用需求进行定制,可以制成各种形状和尺寸,非常适合于各种特殊的应用场合。
此外,光
伏膜具有防水、防晒、防腐、防辐射等多种功能,可以在各种恶劣环境下使用,具有较高的可靠性和稳定性。
光伏膜作为一种新型的能源材料,具有很多独特的性能和应用优势,广泛应用于太阳能电池板、太阳能电池组、建筑、汽车、航空航天等领域,为人们的生活和工作带来了很多便利和好处。
随着技术的不断进步和发展,相信光伏膜的应用前景会更加广阔。
第一章太阳能及其应用1.1太阳能的基本知识太阳是一个由炽热气体构成的球体,主要组成是氢和氦,其中氢占80%左右,氦占19%左右,太阳能是指太阳内部进行着由氢聚变成氦的原子核反应,不停地释放出巨大的能量,不断地向宇宙空间辐射能量。
太阳内部的这种核聚变反应可以维持很长时间,据估计约有几十亿至几百亿年,相对于人类的有限生存时间而言,太阳能可以说是取之不尽,用之不竭的。
整个太阳每秒钟释放出来的能量是无比巨大的,高达3.826×10的33次方尔格或37.3×10的6次方兆焦,相当于每秒钟燃烧1.28亿吨标准煤所放出的能量。
太阳辐射到达地球陆地表面的能量,大约为17万亿千瓦,仅占到达地球大气外层表面总辐射量的10%。
即使这样,它也相当目前全世界一年内能源总消耗量的3.5万倍。
与我们生活中常见的能源相比太阳能有如下优点:第一,太阳能是人类可以利用的最丰富的能源,总量很大,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%,可以说是取之不尽,用之不竭。
我国陆地表面每年接受的太阳能就相当于1700亿吨标准煤。
第二,地球上,无论何处都有太阳能,可以就地开发利用,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,在开发和利用时,不会产生废渣、废水、废气,也没有噪音,更不会影响生态平衡。
1.2太阳能的利用太阳能开发利用是当今国际上一大热点,经过最近20多年的努力,太阳能技术有了长足进步,太阳能利用领域已由生活热水,建筑采暖等扩展到太阳能发电,工农业生产许多部门,人们已经强烈意识到,一个广泛利用太阳能和可再生能源的新时代——太阳能时代即将来到。
现在人们利用现代各种先进技术可以将太阳能转变为我们所需要的能量。
例如:太阳能转化为热能:热水器、开水器、干燥器,采暖和制冷,温室与太阳房,太阳灶和高温炉,海水淡化装置、水泵、热力发电装置及太阳能医疗器具等。
太阳能转化为电能:晶体硅太阳能电池、薄膜太阳能电池等。
第二章太阳能集热器2.1太阳能集热器的分类太阳能集热器是把太阳辐射能转换成热能的设备,是吸收太阳辐射,转变为热能,并将它传给工作介质(流体)的一种特殊换热装置。
在太阳能的热利用中,关键是将太阳的辐射能转换为热能。
由于太阳能比较分散,必须设法把它集中起来,所以,集热器是各种利用太阳能装置的关键部分。
太阳能集热器的分类1.按集热器的传热工质类型分:液体集热器、空气集热器2.按进入采光口的太阳辐射是否改变方向分:聚光型集热器、非聚光型集热器3.按集热器是否跟踪太阳分为:跟踪集热器、非跟踪集热器4.按集热器内是否有真空空间分为:平板型集热器、真空管集热器5.按集热器的工作温度范围分为:低温集热器、中温集热器、高温集热器6.按集热板使用材料分别为:纯铜集热板、铜铝复合集热板、纯铝集热板2.2太阳能集热器薄膜无论哪种形式和结构的集热器,但都要有一个用来吸收太阳辐射的吸收器,吸收器表面热辐射性能对集热器的热性能起着重要作用。
太阳能辐射能量主要集中在0. 3~3μm的波长范围,其中95%以上都分布在波长小于2μm的光谱范围。
而对于温度为几百K的物体其热辐射能主要集中在2~5.0μm的红外波谱范围。
为了提高太阳集热器的热效率,我们要求吸收器表面在波长0.3~2.5μm太阳光谱范围内具有较高的吸收比(α),同时在波长为2.5~5.0μm红外光谱范围内保持尽可能低的热发射比(ε)。
换句话说,就是要使吸收表面在最大限度地吸收太阳辐射的同时,尽可能减小其辐射热损。
获得这种吸收效果的表面的涂层称为选择性吸收涂层。
显而易见,该涂层两个重要的性能参数α、ε对提高集热器的热效率起着至关重要的作用。
因此,研究和应用光谱选择性吸收涂层是太阳能热利用中的重要课题。
太阳能选择性吸收涂层一般都采用多层结构,主要有衬底、吸收层和减反射层或保护层。
涂层制备工艺主要有电镀工艺、电化学工艺、薄膜工艺(物理气相沉积、化学气相沉积)。
(1)电镀涂层黑铬涂层:黑铬涂层的吸收比α和发射比ε分别为0.93~0.97和0.07~0.15,α/ε为6~13,具有优良的光谱选择性。
黑铬涂层的热稳定性和抗高温性能也很好,适用于高温条件,在300℃能长期稳定工作。
此外,黑铬涂层还具有较好的耐候性和耐蚀性。
但是,现在采用的电镀黑铬工艺,电流密度大(15~200A/dm2),溶液导电性差,电镀时会产生大量的焦耳热,需要冷却和通风排气才能维持正常生产。
另外,黑铬镀在非铜件上,需要先预镀铜,再镀光亮镍,最后镀黑铬,生产成本较高。
黑镍涂层:黑镍涂层的吸收比α可达0.93~0.96,热发射比ε为0.08~0.15,α/ε接近6~12,其吸收性能较好。
黑镍涂层很薄,为了提高涂层与基体的结合力和耐蚀性,常采用中间涂层(如Ni,Cu,Cd)或双层镍涂层。
由于黑镍涂层的热稳定性、耐蚀性较差,通常只适用于低温太阳能热利用。
黑钴涂层:黑钴涂层的主要成分是CoS,具有蜂窝型网状结构,其吸收比α可达0.94~0.96,发射比ε为0.12~0.14,α/ε为6.7~8。
(2)电化学涂层铝阳极氧化涂层:铝及铝合金的阳极氧化可在硫酸介质中进行,但在太阳能热利用中,主要用磷酸介质。
铝氧化涂层着色有多种工艺,其中电解着色工艺获得的涂层,具有牢固、稳定、耐晒优良特性,并且可进行大规模生产。
铝阳极氧化涂层是一种多孔膜,孔隙率达22%,电解着色时金属易沉积在微孔中。
用于电解着色的金属盐类有:镍盐、锡盐、钴盐和铜盐等。
铝阳极氧化涂层,耐蚀、耐磨和耐光照等性能也相当好,在太阳能热水器中已得到广泛应用。
CuO转化涂层:以阳极氧化法制取的CuO转化涂层,NaOH电解液的浓度为1mol/L,电流密度为2mA/cm2,温度为50~57℃。
涂层的吸收比可达0.88~0.95,法向发射比为0.15~0.30。
这种CuO涂层有一层黑色绒面,保护不好,会导致吸收比的降低。
(3)真空磁控溅射镀膜该工艺采用真空磁控溅射镀膜的方法,获得多层薄膜,通过多层膜的光学干涉效应获得选择性涂层。
目前国外公司采用电子束蒸发的方法将钛和石英在电子射线枪的作用下汽化,汽化物在加入氮和氧后发生化学反应生成氮氧化钛,最后在金属(铜)带上沉积冷凝而成涂层。
该膜层生产过程中不会产生污染,且自动化生产程度高。
该膜层具有明显太阳光谱选择性,吸收率αs=0.91~0.96,ε<0.1。
多年来人们一直致力于研究开发性能好、寿命长、工艺简单、成本低廉的选择性吸收涂层材料,并取得了丰硕成果。
其中包括金属氧化物、硫化物、碳化物、氮化物以及近几年来出现的金属陶瓷等诸多复合材料。
制备工艺由简单的涂复、金属氧化处理、化学转换、电化学沉积发展到真空蒸镀、磁控溅射等近代薄膜物理方法。
第三章太阳能电池3.1太阳能电池的原理太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器件,这种光电转换过程通常叫做“光伏效应”,因此太阳能电池又称为“光伏电池”太阳能电池的工作原理是基于P-N 结的光伏效应:当N 型半导体与P 型半导体通过适当的方法组合到一起时, 在二者的交界处就形成了P-N 结。
由于多数载流子的扩散,形成了空间电荷区,并形成一个不断增强的从n 型半导体指向p 型半导体的内建电场,导致多数载流子反向漂移。
达到平衡后,扩散产生的电流和漂移产生的电流相等。
如果光照在p–n 结上,而且光能大于p–n 结的禁带宽度,则在p–n 结附近将产生电子-空穴对。
由于内建电场的存在,产生的非平衡电子载流子将向空间电荷区两端漂移,产生光生电势,破坏了原来的平衡。
如果将p-n结和外电路相连,则电路中出现电流。
图太阳能电池的工作原理3.2太阳能电池的分类根据所用材料的不同,太阳能电池可分为:硅太阳能电池;化合物太阳能电池,如砷化镓、硫化镉、铜铟硒等;功能高分子材料制备的太阳能电池;纳米晶太阳能电池等。
不论以何种材料来制作电池,对太阳能电池材料一般的要求有:半导体材料的禁带不能太宽;要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。
基于以上几个方面考虑,硅是最理想的太阳能电池材料,这也是目前在太阳能电池领域硅太阳能电池占主导地位的主要原因。
1,有关高效率,低成本晶体硅太阳能电池开发硅太阳能电池可分为晶体硅太阳能电池和薄膜硅太阳能电池,晶体硅太阳能电池主要是指单晶硅和多晶硅太阳能电池。
规模化生产中,单晶硅太阳能电池具有转换效率最高、技术最为成熟、可靠性高等优点。
澳大利亚新南威尔士大学硅太阳电池及硅发光实验室副主任赵建华研发的PERL(钝化发射极、背面点扩散)太阳能电池转换效率高达24.7%。
多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳能电池相近,但是从制作成本上来讲,比单晶硅太阳能电池要低得多。
多晶硅太阳能电池的光电转化效率相比单晶硅太阳能电池要低。
我国尚德太阳能电力将开始量产转换效率18.8%的单晶硅型、17.2%的多晶硅型太阳能电池单元。
2,新型薄膜电池开发薄膜太阳能电池是最富前途的下一代太阳能电池技术,它节省了硅原料的使用和硅片制造工艺。
与目前常见的硅片太阳能电池相比,硅薄膜太阳能电池用硅量仅为前者的1%左右,可使每瓦太阳能电池成本从2.5美元降至1.2美元。
此外,这种高科技新产品可与建筑物屋顶、墙体材料如玻璃幕墙融为一体,既可并网发电又能节约建筑材料、美化环境。
目前正在研发中和已有产品出售的薄膜太阳能电池主要有以下几种:(1)非晶硅薄膜电池:是薄膜太阳能电池中最成熟的产品之一。
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,但由于其光学带隙为1.7eV, 使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感,这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率。
(2)多晶硅硅薄膜电池:其转换效率高于非晶硅薄膜太阳能电池,又无效率衰退问题,并且有可能在廉价衬底材料上制备,但由于控制薄膜中硅晶粒大小的技术没有解决,尚未能制成有实用价值的太阳能电池。
(3)有机染料敏化电池:它是一种光电化学电池。
(4)铜铟锡(CIS)和锑化镉(CdTe):两种化合物多晶薄膜太阳能电池,中试转换效率已经超过10%。
但是,由于元素镉的有毒性及其对环境的污染,这种太阳能电池技术均不具备长远的产业化生命力。
(5)铜-铟-硒(及其合金)电池:据美国Miasole公司称,他们研制的样品转换效率可达19.5%,试销产品的转换效率可达9%。
但由于铟和硒都是比较稀有的元素,因此,这类电池的发展必然受到限制。
(6)砷化镓III-V化合物薄膜电池:在250℃的条件下,光电转换性能仍很良好,其最高光电转换效率约30%,且能耐高温,特别适合做高温聚光太阳能电池。
但生产成本高,产量受限,目前主要作空间电源用。