薄膜太阳能电池知识大全

薄膜太阳能电池介绍
薄膜太阳能电池是一种新型的光伏器件，其核心原材料包括硅材料、非晶硅材料、CIGS材料和CdTe材料等。

其中，非晶硅材料是太阳能电池的核心原材料之一，具有降低制造成本、易于实现大面积和大批量连续生产等优点，是降低成本和提高光子循环效率的理想材料。

薄膜太阳能电池除了具有平面结构外，还具有可挠性和可制成非平面构造等特性，使其在应用范围上非常广泛，可以与建筑物结合或变成建筑物的一部分。

薄膜太阳能电池的制造方法包括电子回旋共振法、光化学气相沉积法、直流辉光放电法、射频辉光放电法、溅射法和热丝法等。

其中，射频辉光放电法由于其低温过程、易于实现大面积和大批量连续生产，已成为国际公认的成熟技术。

薄膜太阳能电池在光伏建筑一体化、屋顶并网发电系统以及光伏电站等领域有着广泛的应用前景。

此外，非晶硅薄膜太阳电池在高气温条件下衰减微弱，适合高温、荒漠地区建设电站。

同时，薄膜太阳能电池的原材料来源广泛、生产成本低、便于大规模生产，具有广阔的市场前景。

薄膜太阳能电池的原理及应用前景随着能源危机和环境污染问题的日益严重，太阳能逐渐成为了人们研究和利用的重视方向。

薄膜太阳能电池作为一种新型的太阳能利用方式，具有光电转换效率高、制造成本低等优点，正在逐渐成为太阳能利用的新方向。

本文将阐述薄膜太阳能电池的原理及应用前景。

一、薄膜太阳能电池的原理薄膜太阳能电池是一种光电转换器件，利用光电效应将太阳能转化为电能。

所谓光电效应是指在光的作用下，物质中的自由电子被激发成为带电粒子并聚集成电流，从而实现能量转换。

薄膜太阳能电池的结构比较简单，由玻璃基板、透明导电氧化物层、薄膜光电转换层、电子传输层和金属电极层等组成。

当太阳光照射到太阳能电池的表面时，光子会被薄膜材料吸收并激发出电子。

激发出的电子经由电子传输层传输到金属电极层，从而形成电流。

因此，薄膜太阳能电池的实际功率输出与光照强度、薄膜材料的吸收特性、电阻和电池组件的质量等因素有关。

二、薄膜太阳能电池的应用前景由于薄膜太阳能电池具有制造成本低、重量轻、形状可变等特点，因此被广泛应用于各种领域。

下面将分别从三个方面介绍薄膜太阳能电池的应用前景。

1.城市能源利用随着城市化进程的加速，城市能源问题越来越受到关注。

薄膜太阳能电池由于体积小、适应广泛，可以被应用于城市的各种场所，如屋顶、墙壁、路灯、广告牌等。

这些场所利用太阳能发电，不仅可以解决能源储备问题，还可以减轻城市能源负担，缓解环境污染。

2.无人机和航天器用电无人机和航天器的研制离不开高效的能源供应系统，而薄膜太阳能电池正可以应用于这方面。

相较于传统的硅太阳能电池，薄膜太阳能电池具有轻薄、柔性等特点，可以更好地适应于各种复杂环境。

因此，在无人机和卫星技术的发展中，薄膜太阳能电池的应用将变得更加普遍。

3.便携式电源的开发随着科技发展，人们的生活方式和需求也在慢慢改变。

今天，各种便携式电子产品在人们的日常生活中扮演了重要角色，如手机、平板电脑、手电筒等。

而这些设备的发展也离不开高效的电池供应系统。

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。

薄膜太阳能电池的研究和应用太阳能电池作为清洁能源的重要组成部分，一直是科学家们研究的热点。

其中，薄膜太阳能电池具有较低的成本、良好的柔性和可制备性，使得它在研究和应用中备受关注。

一、薄膜太阳能电池的基本原理薄膜太阳能电池是一种光电转换器件，由多层构成。

其中的主要组成部分有：透明导电玻璃基板、透明的导电氧化物（ITO）层、Ⅰ型硅层、Ⅲ型虎门石（CdS）层、具有p型半导体性质的硫化邻二苯酚（PbS）、二甲基硅氮烷（SiN）保护层以及阻挡电流的铝（Al）电极。

在这个过程中，太阳光照射到PbS上，通过光电效应将光能转化为电能，而ITO和Al层正负极极性相反，形成电场，由此产生电流。

二、薄膜太阳能电池的发展历程薄膜太阳能电池的发展历程大致可分为以下几个时期：1、20世纪60年代至70年代初，CdS/Cu2S薄膜电池逐渐发展并得到实际应用。

但这种方式对于硫化铜在实际使用中有比较严峻的问题。

2、70年代中期至80年代，无铅化CdS/CdTe二元化合物薄膜太阳能电池逐渐成熟。

CdS和CdTe均为稳定材料，能够承受较强的光照强度，同时将其制成薄膜，可增强其光吸收性能，提高电池发电效率。

3、80年代末期至90年代，氨化物薄膜太阳能电池逐渐应用。

通过焙烧氨化物，将其转化为氧化物，然后与太阳能电池中的其它材料结构一起焙烧，形成结构稳定，光吸收性良好的薄膜太阳能电池。

4、21世纪以来，非晶硅薄膜太阳能电池开发出。

非晶硅透过磷光照射而成，具有较高的光吸收能力和转化效率。

同时，其较大的面积、较高的稳定性和可塑性，使其广泛应用于建筑、通信等领域。

三、薄膜太阳能电池的应用前景当前，薄膜太阳能电池已经逐渐应用于建筑和户外设备，如智能手表、跟踪器、船舶和太阳能道路照明等方面。

薄膜太阳能电池的优越性在于其具有很高的透光率和可塑性，便于使用，并且符合社会可持续发展战略的要求。

同时，薄膜太阳能电池的发展还面临一些挑战。

其主要问题包括：发光二极管（LED）的可承受光强度范围较小；太阳能电池的功率较低；透明性和透光率不够高；生产成本仍然较高等。

clgs薄膜太阳能电池技术要点
一、引言
薄膜太阳能电池，作为一种新型的光伏技术，正逐渐受到全球的关注。

其中，CLGS薄膜太阳能电池以其独特的性能和优势，在光伏领域中占有重要地位。

本文将重点介绍CLGS薄膜太阳能电池的技术要点。

二、技术原理
CLGS薄膜太阳能电池基于光电效应原理，利用特定波长的光照射在薄膜上的光子产生电子-空穴对，然后在电场的作用下，电子和空穴分别向两极移动，产生电流。

其核心技术在于制备高性能的薄膜材料，以及优化薄膜结构以增强光电转换效率。

三、关键技术
1. 薄膜材料：CLGS薄膜太阳能电池主要采用铜、镓、硒等元素作为主要材料，通过精确控制材料的组成和厚度，实现高效的光电转换。

2. 薄膜制备：制备CLGS薄膜的方法有多种，如电沉积、真空蒸镀、化学气相沉积等。

选择合适的制备方法，保证薄膜的均匀性、致密性和稳定性是关键。

3. 表面处理：为了提高光的吸收效率和降低反射损失，需要对薄膜表面进行特殊处理，如纳米纹理化、化学蚀刻等。

4. 集成技术：将制备好的薄膜太阳能电池集成到各种应用场景中，需要考虑到其耐久性、稳定性以及与各种材料的兼容性。

四、技术优势与挑战
CLGS薄膜太阳能电池具有较高的光电转换效率、低制造成本、易于
大规模生产等优势。

然而，其技术挑战也不容忽视，如提高光电转换效率、解决材料短缺问题、降低生产成本等。

五、未来展望
随着科技的进步和研究的深入，我们相信CLGS薄膜太阳能电池的技术会不断优化，其应用领域也将越来越广泛。

未来，CLGS薄膜太阳能电池有望成为光伏产业的主流技术之一，为可再生能源的发展和全球能源结构的转型做出重要贡献。

薄膜太阳能工作原理
薄膜太阳能是一种利用光电效应将太阳光转化为电能的技术。

其工作原理如下：
1. 光吸收：薄膜太阳能电池通常由多层薄膜组成，其中包括吸收光线的材料层。

当阳光照射到太阳能电池上时，光子被吸收并转化为能量。

2. 光电效应：材料层中的光子被电子吸收后，会激发材料中的电子跃迁到一个高能级。

这个过程称为光电效应。

3. 能级分离：在光电效应之后，电子会在材料中形成能级分离。

电子在高能级会形成富电子区域，而低能级会形成带正电荷的空穴区域。

4. 电子漂移：由于电子和空穴的带电状态，它们会受到电场力的作用而进行漂移。

电子和空穴通过导电材料中的导电带传输。

5. 电流输出：当电子和空穴通过导电材料移动时，它们会产生电流。

这个电流可以被电路连接，供给外部设备使用。

薄膜太阳能的工作原理基于光电效应，当光线被吸收后，电子的跃迁和能级分离会导致电子和空穴的运动和漂移，从而产生电流输出。

这种技术可以有效地将太阳能转化为电能，具有广泛的应用前景。

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3SiO2(20~40nm)TCO(700~1000nm) a-si(~300nm) SiO2(100nm) μc-Si (~1.7μm ) AZO (~100nm) Ag (130~200nm)五、非晶硅薄膜太阳能电池制备图5是非晶硅太阳能电池制备方法示意图，把硅烷(SiH4)等原料气体导入真空度保持在10—1000Pa的反应室中，由于射频(RF)电场的作用,产生辉光放电，原料气体被分解，在玻璃或者不锈钢等衬底上形成非晶硅薄膜材料。

硅基薄膜太阳能电池基础知识 非晶硅薄膜太阳能电池及制造工艺 内容提纲 一、非晶硅薄膜太阳能电池结构、制造技术简介 二、非晶硅太阳能电池制造工艺 三、非晶硅电池封装工艺 一、非晶硅薄膜太阳能电池结构、制造技术简介 1、电池结构 分为：单结、双结、三结 2、制造技术 三种类型： ①单室，多片玻璃衬底制造技术 该技术主要以美国Chronar、APS、EPV公司为代表 ②多室，双片(或多片)玻璃衬底制造技 该技术主要以日本KANEKA公司为代表 ③卷绕柔性衬底制造技术(衬底：不锈钢、聚酰亚胺) 该技术主要以美国Uni-Solar公司为代表 所谓“单室，多片玻璃衬底制造技术”就是指在一个真空室内，完成P、I、N三层非晶硅的沉积方法。

作为工业生产的设备，重点考虑生产效率问题，因此，工业生产用的“单室，多片玻璃衬底制造技术”的非晶硅沉积，其配置可以由X个真空室组成(X为≥1的正整数)，每个真空室可以放Y个沉积夹具(Y为≥1的正整数)，例如： •1986年哈尔滨哈克公司、1988年深圳宇康公司从美国Chronar公司引进的内联式非晶硅太阳能电池生产线中非晶硅沉积用6个真空室，每个真空室装1个分立夹具，每1个分立夹具装4片基片，即生产线一批次沉积6×1×4=24片基片，每片基片面积305mm×915mm。

•1990年美国APS公司生产线非晶硅沉积用1个真空室，该沉积室可装1个集成夹具，该集成夹具可装48片基片，即生产线一批次沉积1×48=48片基片，每片基片面积760mm×1520mm。

•本世纪初我国天津津能公司、泰国曼谷太阳公司(BangKok Solar Corp)、泰国光伏公司(Thai Photovoltaic Ltd)、分别引进美国EPV技术生产线，非晶硅沉积也是1个真空室，真空室可装1个集成夹具，集成夹具可装48片基片，即生产线一批次沉积1×48=48片基片，每片基片面积635mm×1250mm。

薄膜太阳能电池知识大全说明：薄膜太阳电池可以使用在价格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金属片等不同材料当基板来制造，形成可产生电压的薄膜厚度仅需数μm，因此在同一受光面积之下可较硅晶圆太阳能电池大幅减少原料的用量(厚度可低于硅晶圆太阳能电池90%以上)，目前转换效率最高以可达13%，薄膜电池太阳电池除了平面之外，也因为具有可挠性可以制作成非平面构造其应用范围大，可与建筑物结合或是变成建筑体的一部份，在薄膜太阳电池制造上，则可使用各式各样的沈积(deposition)技术，一层又一层地把p-型或n-型材料长上去，常见的薄膜太阳电池有非晶硅、CuInSe2 (CIS)、CuInGaSe2 (CIGS)、和CdTe..等。

薄膜太阳电池产品应用：半透明式的太阳能电池模块：建筑整合式太阳能应用(BIPV)薄膜太阳能之应用：随身折迭式充电电源、军事、旅行薄膜太阳能模块之应用：屋顶、建筑整合式、远程电力供应、国防薄膜太阳能电池的特色：1.相同遮蔽面积下功率损失较小(弱光情况下的发电性佳)2.照度相同下损失的功率较晶圆太阳能电池少3.有较佳的功率温度系数4.较佳的光传输5.较高的累积发电量6.只需少量的硅原料7.没有内部电路短路问题(联机已经在串联电池制造时内建)8.厚度较晶圆太阳能电池薄9.材料供应无虑10.可与建材整合性运用(BIPV)太阳能电池厚度比较：晶硅(200～350μm)、非晶性薄膜(0.5μm)薄膜太阳能电池的种类：非晶硅(Amorphus Silicon, a-Si)、微晶硅(Nanocrystalline Silicon，nc-Si，Microcrystalline Silicon，mc-Si)、化合物半导体II-IV 族[CdS、CdTe(碲化镉)、CuInSe2]、色素敏化染料(Dye-Sensitized Solar Cell)、有机导电高分子(Organic/polymer solar cells) 、CIGS (铜铟硒化物)..等薄膜太阳能电池分类表薄膜太阳能电池制造厂商：联相光电、富阳光电、旭能光电、绿能科技、新能光电、茂迪、奇美能源、大亿光电、大丰能源、鑫笙能源、威奈联合、嘉晶电子、崇越科技、台达电、中环、宇通光电薄膜太阳能测试设备厂商：庆声科技薄膜太阳能制程流程表薄膜太阳能模块结构图说明：薄膜太阳能模块是由玻璃基板、金属层、透明导电层、电器功能盒、胶合材料、半导体层..等所构成的。

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非晶硅太阳电池的原理非晶硅太阳电池是 20 世纪 70 年代中期发展起来的一种新型薄膜太阳电池, 与其他太阳电池相比,非晶硅电池具有以下突出特点: 1).制作工艺简单,在制备非晶硅薄膜的同时就能制作 pin 结构. 2).可连续,大面积,自动化批量生产. 3).非晶硅太阳电池的衬底材料可以是玻璃,不锈钢等,因而成本小. 4).可以设计成各种形式,利用集成型结构,可获得更高的输出电压和光电转换效率. 5).薄膜材料是用硅烷 SiH4 等的辉光放电分解得到的,原材料价格低. 1.非晶硅太阳电池的结构,原理及制备方法非晶硅太阳电池是以玻璃, 不锈钢及特种塑料为衬底的薄膜太阳电池, 结构如图 1 所示. 为减少串联电阻, 通常用激光器将 TCO 膜, 非晶硅(A-si)膜和铝(Al)电极膜分别切割成条状, 如图 2 所示.国际上采用的标准条宽约 1cm,称为一个子电池,用内部连接的方式将各子电池串连起来, 因此集成型电池的输出电流为每个子电池的电流, 总输出电压为各个子电池的串联电压.在实际应用中,可根据电流,电压的需要选择电池的结构和面积,制成非晶硅太阳电池.1.1 工作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, VL = Vb 当时,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非晶硅太阳电池的转换效率定义为:Pi 是光入射到电池上的总功率密度,Isc 是短路电流密度,FF 为电池的填充因子,Voc 为开路电压,Im 和 Vm 分别是电池在最大输出功率密度下工作的电流密度和电压. 目前,子电池的开路电压约在 0.8V—0.9V 之间,Isc 达到 13mA/cm2,FF 在 0.7-0.8 之间,η达到12%以上. 由于太阳光谱中的能量分布较宽,主要部分由 0.3μm—1.5μm 的波长范围组成.现有的任何一种半导体材料都只能吸收能量比其能隙值高的光子,即只能在一有限波段转换太阳能量, 故单结太阳电池不可能完全有效地利用太阳能. 采用分波段利用太阳能光谱的叠层电池结构则是有效提高光电转换效率的有效方法之一, 而且也是主要趋势. 叠层太阳电池的结构见图 4. 目前常规的叠层电池结构为 a-Si/a-SiGe, a-Si/a-Si/a-SiGe, a-Si/a-SiGe/a-SiGe, a-SiC/a-Si/a-SiGe 等.1.2 非晶硅太阳电池的制备图 5 是非晶硅太阳能电池制备方法示意图, 把硅烷(SiH4)等原料气体导入真空度保持在 10—1000Pa 的反应室中,由于射频(RF)电场的作用,产生辉光放电,原料气体被分解,在玻璃或者不锈钢等衬底上形成非晶硅薄膜材料. 此时如果原料气体中混入硅烷(B2H6)即能生成 P 型非晶硅,混入磷烷(PH3)即能生成 N 型非晶硅.仅仅用变换原料气体的方法就可生成 pin 结,做成电池.为了得到重复性好,性能良好的太阳电池,避免反应室内壁和电极上残存的杂质掺入到电池中, 一般都利用隔离的连续等离子反应制造装置, p,i,n 各层分别在专用即的反应室内沉积.2.非晶硅太阳电池的应用非晶硅太阳电池的应用市场有两个方面:一个是弱光电池市场,如计算器,手表等荧光下工作的微功耗电子产品;二是电源及功率应用领域.如太阳能收音机,太阳帽,庭园灯, 微波中继站,航空航海信号灯,气象监测及光伏水泵,户用电源等.随着非晶硅电池稳定效率的不断提高以及生产规模的不断扩大, 成本的大幅度下降, 促进了非晶硅太阳电池更大范围和更大规模的应用.非晶硅薄膜太阳能电池的优点非晶硅太阳能电池之所以受到人们的关注和重视,是因为它具有如下诸多的优点: 1.非晶硅具有较高的光吸收系数.特别是在 0.3-0.75um 的可见光波段,它的吸收系数比单晶硅要高出一个数量级.因而它比单晶硅对太阳能辐射的吸收率要高 40 倍左右, 用很薄的非晶硅膜(约 1um 厚)就能吸收 90%有用的太阳能.这是非晶硅材料最重要的特点,也是它能够成为低价格太阳能电池的最主要因素.2. 非晶硅的禁带宽度比单晶硅大,随制备条件的不同约在 1.5-2.0 eV 的范围内变化, 这样制成的非晶硅太阳能电池的开路电压高.3.制备非晶硅的工艺和设备简单,淀积温度低,时间短,适于大批生产.制作单晶硅电池一般需要 1000 度以上的高温,而非晶硅电池的制作仅需 200 度左右.4.由于非晶硅没有晶体硅所需要的周期性原子排列,可以不考虑制备晶体所必须考虑的材料与衬底间的晶格失配问题.因而它几乎可以淀积在任何衬底上,包括廉价的玻璃衬底,并且易于实现大面积化. 5.制备非晶硅太阳能电池能耗少,约 100 千瓦小时,能耗的回收年数比单晶硅电池短很多:独立光伏电源系统设计方法经过光伏工作者们坚持不懈的努力,太阳能电池的生产技术不断得到提高,并且日益广泛地应用于各个领域.特别是邮电通信方面,由于近年来通信行业的迅猛发展,对通信电源的要也越来越高, 所以稳定可靠的太阳能电源被广泛使用于通信领域. 而如何根据各地区太阳能辐射条件, 来设计出既经济而又可靠的光伏电源系统, 这是众多专家学者研究已久的课题,而且已有许多卓越的研究成果,为我国光伏事业的发展奠定了坚实的基础.笔者在学习各专家的设计方法时发现, 这些设计仅考虑了蓄电池的自维持时间 (即最长连续阴雨天) , 而没有考虑到亏电后的蓄电池最短恢复时间 (即两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数) . 这个问题尤其在我国南方地区应引起高度重视, 因为我国南方地区阴雨天既长又多, 而对于方便适用的独立光伏电源系统, 由于没有应急的其他电源保护备用, 所以应该将此问题纳入设计中一起考虑. 本文综合以往各设计方法的优点, 结合笔者多年来实际从事光伏电源系统设计工作的经验, 引入两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数作为设计的依据之一, 并综合考虑了各种影响太阳能辐射条件的因素,提出了太阳能电池,蓄电池容量的计算公式,及相关设计方法. 影响设计的诸多因素太阳照在地面太阳能电池方阵上的辐射光的光谱, 光强受到大气层厚度 (即大气质量) , 地理位置,所在地的气候和气象,地形地物等的影响,其能量在一日,一月和一年内都有很大的变化,甚至各年之间的每年总辐射量也有较大的差别. 太阳能电池方阵的光电转换效率, 受到电池本身的温度, 太阳光强和蓄电池电压浮动的影响,而这三者在一天内都会发生变化,所以太阳能电池方阵的光电转换效率也是变量. 蓄电池组也是工作在浮充电状态下的,其电压随方阵发电量和负载用电量的变化而变化.蓄电池提供的能量还受环境温度的影响. 太阳能电池充放电控制器由电子元器件制造而成, 它本身也需要耗能, 而使用的元器件的性能,质量等也关系到耗能的大小,从而影响到充电的效率等. 负载的用电情况, 也视用途而定, 如通信中继站, 无人气象站等, 有固定的设备耗电量. 而有些设备如灯塔,航标灯,民用照明及生活用电等设备,用电量是经常有变化的. 因此,太阳能电源系统的设计,需要考虑的因素多而复杂.特点是:所用的数据大多为以前统计的数据,各统计数据的测量以及数据的选择是重要的. 设计者的任务是:在太阳能电池方阵所处的环境条件下(即现场的地理位置,太阳辐射能,气候,气象,地形和地物等),设计的太阳能电池方阵及蓄电池电源系统既要讲究经济效益,又要保证系统的高可靠性. 某特定地点的太阳辐射能量数据, 以气象台提供的资料为依据, 供设计太阳能电池方阵用.这些气象数据需取积累几年甚至几十年的平均值. 地球上各地区受太阳光照射及辐射能变化的周期为一天 24h.处在某一地区的太阳能电池方阵的发电量也有 24h 的周期性的变化,其规律与太阳照在该地区辐射的变化规律相同. 但是天气的变化将影响方阵的发电量.如果有几天连续阴雨天,方阵就几乎不能发电,只能靠蓄电池来供电, 而蓄电池深度放电后又需尽快地将其补充好. 设计者多数以气象台提供的太阳每天总的辐射能量或每年的日照时数的平均值作为设计的主要数据. 由于一个地区各年的数据不相同,为可靠起见应取近十年内的最小数据.根据负载的耗电情况,在日照和无日照时, 均需用蓄电池供电. 气象台提供的太阳能总辐射量或总日照时数对决定蓄电池的容量大小是不可缺少的数据. 对太阳能电池方阵而言, 负载应包括系统中所有耗电装置(除用电器外还有蓄电池及线路,控制器等)的耗量. 方阵的输出功率与组件串并联的数量有关, 串联是为了获得所需要的工作电压, 并联是为了获得所需要的工作电流,适当数量的组件经过串并联即组成所需要的太阳能电池方阵. 3 蓄电池组容量设计太阳能电池电源系统的储能装置主要是蓄电池. 与太阳能电池方阵配套的蓄电池通常工作在浮充状态下, 其电压随方阵发电量和负载用电量的变化而变化. 它的容量比负载所需的电量大得多.蓄电池提供的能量还受环境温度的影响.为了与太阳能电池匹配,要蓄电池工作寿命长且维护简单.(1)蓄电池的选用能够和太阳能电池配套使用的蓄电池种类很多,目前广泛采用的有铅酸免维护蓄电池, 普通铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池三种. 国内目前主要使用铅酸免维护蓄电池, 因为其固有的"免"维护特性及对环境较少污染的特点,很适合用于性能可靠的太阳能电源系统,特别是无人值守的工作站. 普通铅酸蓄电池由于需要经常维护及其环境污染较大, 所以主要适于有维护能力或低档场合使用.碱性镍镉蓄电池虽然有较好的低温,过充,过放性能,但由于其价格较高,仅适用于较为特殊的场合. (2)蓄电池组容量的计算蓄电池的容量对保证连续供电是很重要的.在一年内,方阵发电量各月份有很大差别. 方阵的发电量在不能满足用电需要的月份, 要靠蓄电池的电能给以补足; 在超过用电需要的月份,是靠蓄电池将多余的电能储存起来.所以方阵发电量的不足和过剩值,是确定蓄电池容量的依据之一.同样,连续阴雨天期间的负载用电也必须从蓄电池取得.所以,这期间的耗电量也是确定蓄电池容量的因素之一. 因此,蓄电池的容量 BC 计算公式为: BC=A×QL×NL×TO/CCAh(1)式中:A 为安全系数,取 1.1～1.4 之间; QL 为负载日平均耗电量,为工作电流乘以日工作小时数;NL 为最长连续阴雨天数;TO 为温度修正系数,一般在 0℃以上取 1,-10℃以上取 1.1,-10℃以下取 1.2;CC 为蓄电池放电深度,一般铅酸蓄电池取 0.75,碱性镍镉蓄电池取 0.85. 4 太阳能电池方阵设计 (1)太阳能电池组件串联数 Ns 将太阳能电池组件按一定数目串联起来,就可获得所需要的工作电压,但是,太阳能电池组件的串联数必须适当.串联数太少,串联电压低于蓄电池浮充电压,方阵就不能对蓄电池充电.如果串联数太多使输出电压远高于浮充电压时,充电电流也不会有明显的增加.因此, 只有当太阳能电池组件的串联电压等于合适的浮充电压时,才能达到最佳的充电状态. 计算方法如下: Ns=URUoc=(Uf+UD+Uc)Uoc(2)式中:UR 为太阳能电池方阵输出最小电压;Uoc 为太阳能电池组件的最佳工作电压;Uf 为蓄电池浮充电压;UD 为二极管压降,一般取 0.7V;UC 为其它因数引起的压降. 蓄电池的浮充电压和所选的蓄电池参数有关, 应等于在最低温度下所选蓄电池单体的最大工作电压乘以串联的电池数. (2)太阳能电池组件并联数 Np 在确定 NP 之前,我们先确定其相关量的计算方法. ①将太阳能电池方阵安装地点的太阳能日辐射量 Ht,转换成在标准光强下的平均日辐射时数H(日辐射量参见表 1):H=Ht×2.778/10000h(3)式中:2.778/10000(h?m2kJ)为将日辐射量换算为标准光强(1000Wm2)下的平均日辐射时数的系数. ②太阳能电池组件日发电量 QpQp=Ioc×H×Kop×CzAh(4)式中:Ioc 为太阳能电池组件最佳工作电流;Kop 为斜面修正系数(参照表 1);Cz 为修正系数,主要为组合,衰减,灰尘,充电效率等的损失,一般取 0.8. ③两组最长连续阴雨天之间的最短间隔天数 Nw,此数据为本设计之独特之处,主要考虑要在此段时间内将亏损的蓄电池电量补充起来,需补充的蓄电池容量 Bcb 为:Bcb=A×QL ×NLAh(5) ④太阳能电池组件并联数 Np 的计算方法为:Np=(Bcb+Nw×QL)(Qp×Nw)(6)式(6) 的表达意为: 并联的太阳能电池组组数, 在两组连续阴雨天之间的最短间隔天数内所发电量, 不仅供负载使用,还需补足蓄电池在最长连续阴雨天内所亏损电量. (3)太阳能电池方阵的功率计算根据太阳能电池组件的串并联数, 即可得出所需太阳能电池方阵的功率 P:P=Po×Ns×NpW(7)式中:Po 为太阳能电池组件的额定功率.光致衰减效应光致衰减效应也称 S-W 效应.a-Si:H 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,称为 Steabler-Wronski 效应. 对 S-W 效应的起因,至今仍有不少争议,造成衰退的微观机制也尚无定论,成为迄今国内外非晶硅材料研究的热门课题.总的看法认为,S-W 效应起因于光照导致在带隙中产生了新的悬挂键缺陷态(深能级),这种缺陷态会影响 a-Si:H 薄膜材料的费米能级 EF 的位置,从而使电子的分布情况发生变化,进而一方面引起光学性能的变化,另一方面对电子的复合过程产生影响.这些缺陷态成为电子和空穴的额外复合中心,使得电子的俘获截面增大,寿命下降. 在 a-Si:H 薄膜材料中,能够稳定存在的是 Si-H 键和与晶体硅类似的 Si-Si 键,这些键的键能较大,不容易被打断. 由于 a-Si:H 材料结构上的无序,使得一些 Si-Si 键的键长和键角发生变化而使Si-Si 键处于应变状态.高应变 Si-Si 键的化学势与 H 相当, 可以被外界能量打断,形成Si-H 键或重新组成更强的 Si-Si 键.如果断裂的应变 Si-Si 键没有重构,则 a-Si:H 薄膜的悬挂键密度增加.为了更好地理解 S-W 效应产生的机理并控制 a-Si:H 薄膜中的悬挂键,以期寻找稳定化处理方法和工艺,20 多年来,国内外科学工作者进行了不懈的努力,提出了大量的物理模型,主要有弱键断裂(SJT)模型,"H 玻璃"模型,H 碰撞模型,Si-H-Si 桥键形成模型,"defect pool"模型等,但至今仍没有形成统一的观点.大量实验结果对非晶硅太阳电池的光致衰减的机理有不同的解释,但是实验现象基本上是一致的,即光照后大都发现 Jsc 于 FF 下降较大,而 Uoc 拜年话绩效.此外,最初几个小时.电池性能衰减较快,而后趋于稳定,而且衰减快慢于光强有关.例如, 测试 N-I-P 及P-I-N 结构的非晶硅太阳电吃,在不同负载(开路,短路,最佳负载) 下持续光照后,发现开路时效率衰减最快,短路时最稳定,效率下降主要是 Jsc 的衰减所致.从实验结果看,光致衰减与电池的 I 层厚度有关,无论对 ITO/N-I-P/SS 还是 ITO/P-I-N/SS 都是如此,其影响程度随 I 层的减薄而减小,对 ITO/N-I-P/SS 太阳电池更是如此.然而,在 I 层参入少量硼之后,太阳电池的光致衰减会大大减轻,这表明非晶硅电池的光致衰减可通过选择合适的结构以及形成结时的掺杂技术来改善.太阳能术语大气质量 AM(Air Mass) 太阳光通过大气层的路径长度,简称 AM,外层空间为 AM 0,阳光垂直照射地球时为 AM1(相当春/秋分分阳光垂直照射于赤道上之光谱),太阳电池标准测试条件为 AM 1.5(相当春/秋分阳光照射于南/北纬约 48.2 度上之光谱). 日照强度(Irradiance) 单位面积内日射功率,一般以 W/㎡或 mW/c ㎡为单位,AM 0 之日照强度超过1300W/㎡,太阳电池标准测试条件为 1000W/㎡(相当于 100mW/c ㎡). 日射量(Radiation) 单位面积于单位时间内日射总能量,一般以百万焦尔/年.平方米(MJ/Y.㎡)或百万焦尔/月. 平方米(MJ/M.㎡),1 焦尔为 1 瓦特功率于 1 秒钟累积能量(1J=1W.s). 太阳能电池(Solar Cell) 具有光伏效应(Photovoltaic Effect)将光(Photo)转换成电(Voltaic)的组件,又称为光伏电池(PV Cell),太阳能电池产生的电皆为直流电. 太阳光电(Photovoltaic) 简称PV(photo=light 光线,voltaics=electricity 电力),由于这种电力方式不会产生氮氧化物,以及对人体有害的气体与辐射性废弃物,被称为「清净发电技术」. PV System,则是将太阳光能转换成电能整套系统,称为太阳光电系统或光伏系统,依分类有独立型,并联型与混合型. PV 模板(PV Module) 将多只太阳电池串联提升电压,并以坚固外材封装以利应用,又称为模块(PV Pannel 或 PV Module). PV 组列(PV String)将模板多片串联成一列, 组列的目的在提高电压, 10 片模板电压 20 伏特 5 安培串联成组将列,组列电压即有 200 伏特,电流为 5 安培. PV 数组(PV Array) 将多个组列并联即为数组. 数组目的在提高电流, 5 串组列电压 200 伏特 5 安培并联成数将组,数组电压为 200 伏特,电流为 25 安培.由 1 个组列构成的数组,数组就相当于组列. 独立型系统(Stand Along System) 将多只太阳电池串联提升电压,并以坚固外材封装以利应用,又称为模块(PV Pannel 或 PV Module). 并联型系统(Grided System) PV 数组输出经换流器转换成交流与市电或自备发电机并联,系统无需配置蓄电装置. 混合型系统(Hybrid System) 独立型与并联型混合体,在天灾市电停止供电时,并联型系统会停止运作,混合型可切换于独立型继续供电,因此又称为防灾型. 瓩(kW) 千瓦,发电设备容量的计算单位;1 瓩=1000 瓦(Watt). 峰瓩(kWp) P 表 peak,代表峰值.指装设的太阳电池模板在标准状况下,(即模板温度 25℃,转换转换效率 15%)最大发电量总和.通常 1 峰瓩可发 3-5 度电. 瓩时(kWh) 为衡量发电用量的单位,指使用 1000 瓦的电器设备 1 小时所消耗的电力,俗称「度」. MW(Mega Watt) 百万瓦,在衡量太阳光电公司产能时通常采用单位. 安培小时 Ah(Ampere Hour) 另一种电能量表示方式,通常用于蓄电池容量,50Ah 表示 5 安培 10 小时容量或 1 安培 50 小时容量,唯蓄电池容量不能全部利用. 负载(Load) 特定时间内,每单位时间输出的电力或电流. 建材一体太阳电池模板(BIPV,Building Integrated Photovoltaics) 将太阳光电系统结合建筑设计的一种节能建材产品,可直接取代传统屋顶,窗户,外墙及遮阳(雨)棚等.可大幅改善传统太阳光电系统笨重外型,不但美观还可以增加空间效益;打造另一个太阳光电建筑产业的市场商机 . 电力调节器(Power Conditioner) 负责电力调节功能设备的统称,对蓄电池充电/放电调节的控制器,或将直流转换交流调节的换流器皆是. 充电控制器(Charger) 具蓄电池充电控制功能, 可控制充电电流大小, 当蓄电池电压达饱和电压时能予切断充电功能的控制器,这是独立型配置蓄电池必要设备. 放电控制器(Charger) 蓄电池放电控制功能, 可限制放电电流大小或时间, 当蓄电池于截止电压时能予切断放电功能的控制器,这是独立型配置蓄电池必要设备. 充/放电控制器(Charger/Discharger) 具充电与放电功能的控制器,常用于独立型系统上. 变流器(Inverter) /photovoltaic将直流电转换成交流设备,又称为逆变器,用于并网型 PV 系统换流器是专属规格,不同于一般市售改变频率的换流器太阳能技术太阳能技术太阳能随着煤炭,石油,天然气储量的减少,传统化石能源价格飞涨,光伏发电逐渐由特殊场合应用走向传统用电领域. 太阳能发电将是唯一随着时间推移价格逐渐下降的能源. 太阳能发电绿色无污染,不受地域限制,不会被某些国家或地区垄断. 太阳能发电原理太阳能电池实质上是一个可以发电的二极管,太阳能电池的核心是 PN 结.太阳光照在硅材料构成的 PN 结上,产生光生载流子,正的载流子(空穴)被 PN 结的内建电场扫到电池的正极,负的载流子(电子)被扫到负极,从而在正负极间产生了光生电动势. 为什么要采用非晶硅薄膜太阳能电池 1. 弱光性好即使在很弱的光照下,电池也可以工作. 2. 温度系数小强光照射下,电池温度上升时,电池效率下降很小. 3. 电池重量轻采用硅薄膜替代了传统的硅片,电池重量显著下降. 4. 易于实现光伏建筑一体化非晶硅薄膜电池可作成透光和不透光两种,电池颜色可调; 电池面积大,整块玻璃为一块电池,没有拼装痕迹.用于光伏建筑一体化(BIPV)时美观大方,轻巧耐用.晶硅光伏幕墙非晶硅光伏幕墙(PV Facades)5. 耐老化电池进光面没有 EVA 塑料,避免了 EVA 老化对电池光吸收的影响6. 年发电量大有单位曾经做过测定,和单晶硅,多晶硅太阳电池相比,同样标称功率的非晶硅薄膜电池年发电量最大.单晶硅,多晶硅,非晶硅年发电量对比 7. 能耗回收期短非晶硅电池在制作过程中耗能较小, 电池投入发电后工作 1 年半的电量就可以弥补制作时消耗的能量,是真正的绿色能源. 参数指标厚度/μm 工艺温度/℃耗能/kWhm2 能耗回收期/year 单晶硅电池 400 1000 2000 19.3 多晶硅电池 400 1000 1000 14.0 非晶硅电池 1 200 100 1.0-1.58. 可以做成柔性电池非晶硅薄膜电池的衬底可以是玻璃,也可以是不锈钢,塑料,可以根据要求做成柔性电池,进一步拓宽了应用场合.柔性非晶硅薄膜电池太阳能发电系统原理太阳能发电系统由太阳能电池组,太阳能控制器,蓄电池(组)组成.如输出电源为交流220V 或 110V,还需要配置逆变器.各部分的作用为:(一)太阳能电池板:太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分,也是太阳能发电系统中价值最高的部分. 其作用是将太阳的辐射能力转换为电能, 或送往蓄电池中存储起来, 或推动负载工作. (二) 太阳能控制器:太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态,并对蓄电池起到过充电保护,过放电保护的作用.在温差较大的地方,合格的控制器还应具备温度补偿的功能.其他附加功能如光控开关,时控开关都应当是控制器的可选项; (三) 蓄电池:一般为铅酸电池,小微型系统中,也可用镍氢电池,镍镉电池或锂电池. 其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来, 到需要的时候再释放出来. (四) 逆变器:太阳能的直接输出一般都是 12VDC,24VDC,48VDC.为能向 220VAC 的电器提供电能,需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能,因此需要使用 DC-AC 逆变器.太阳能发电的应用太阳能发电的应用根据是否和国家电网连接,太阳能发电分为离网发电和并网发电两种. 离网发电(off-grid): 太阳能发电仅提供给电池板所有者使用.离网发电规模一般较小.比如太阳能草坪灯, 太阳能幕墙,太阳能屋顶等.太阳能草坪灯(solar garden lamp)光伏屋顶(PV Roofs)并网发电(on-grid): 太阳能电池板所发的电量除了能够供应电池所有者使用外,还有剩余电量,可以提供给国家电网,由电网分配.并网发电规模一般较大,比如沙漠电站,大面积光伏幕墙等.光伏屋顶并网发电 desert)沙漠电站(solar1。

薄膜太阳能电池的归纳总结薄膜太阳能电池是一种新型的太阳能转换设备，其独特的结构与材料使得其在太阳能领域有着广泛的应用前景。

本文将对薄膜太阳能电池的原理、发展历程、优缺点以及应用领域进行归纳总结。

一、薄膜太阳能电池的原理薄膜太阳能电池是通过几个薄膜层之间的相互作用和能量转换来实现太阳能的转化过程。

它主要由包括透明导电层、n型半导体层、p型半导体层、反射层和背接触层等多个功能层组成。

光线首先穿过透明导电层进入电池，经过吸收层后，光能被转化为电能，并通过导电层输出。

二、薄膜太阳能电池的发展历程薄膜太阳能电池起源于20世纪80年代初，当时主要使用硅薄膜材料。

随着技术的发展，航空航天领域对薄膜太阳能电池的需求促进了其进一步研究与创新。

近年来，薄膜太阳能电池的发展经历了无机材料、有机材料、无机-有机混合材料等多个阶段，并在效率、稳定性和成本方面取得了长足的进步。

三、薄膜太阳能电池的优缺点1. 优点：a. 薄膜太阳能电池相比传统硅晶体太阳能电池更轻薄、柔软，适应于更多的应用场景，如建筑外墙、柔性设备等。

b. 制造过程简单，不需要高温高压的工艺条件，成本较低。

c. 在低光照条件下仍能产生电能，具备良好的低光响应性能。

2. 缺点：a. 效率较传统硅晶体太阳能电池低，尚需要进一步提升。

b. 光电转换过程中存在能量损失，影响系统整体效率。

c. 长期使用中薄膜太阳能电池可能受到环境因素的影响，稳定性有待提升。

四、薄膜太阳能电池的应用领域1. 太阳能建筑集成：薄膜太阳能电池适用于建筑外墙、屋顶、窗户等各种形状的建筑表面，能够与建筑完美融合，实现建筑与能源的高效利用。

2. 移动设备应用：由于薄膜太阳能电池的轻薄柔软特性，使其成为移动设备（如手机、平板电脑、手表等）的理想充电装置，提供便携式、可持续的能源供应。

3. 太阳能汽车：将薄膜太阳能电池应用于汽车车顶、车窗等部位，可实现汽车自身充电，降低能源消耗，为电动汽车提供可持续的动力。