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几种常见太阳能电池的材料和性能对比

几种常见太阳能电池的材料和性能对比

太阳能电池出现的背景随着社会的不断进步与发展,地表内蕴藏的各种能源,如石油、天然气、煤炭等传统的非再生资源日益减少,资源短缺问题已经不断涌现。据有关科学家研究表明,地球探明的可开采的石油储量仅可使用大约41年,煤炭储量可使用大约223年,天然气的储存量可使用大约63年。而且大量地使用石油和煤炭的同时也导致了环境越来越恶劣,给人类和动植物生存构成了巨大挑战。面对如此严峻的能源问题和环境问题,开发新能源成为了各国重中之重的任务。而太阳能电池就是把吸收的太阳光通过一些材料转化为电能。

太阳能电池板

正是基于此背景,西方国家例如德国、法国、意大利等大力促进光伏产业的迅速发展,相信在不远的未来太阳能电池必定会成为各国的首要发展项目。目前,太阳能电池已被广泛运用到了各个领域,给国人带来了许多便利。 太阳能电池在国内外的研究状况从1839年,法国的物理学家发现了光伏效应开始,到1954年,科学家研制出硅晶体太阳能电池,再到如今各种太阳能电池得以广泛应用,太阳能电池得以大力的发展。回顾太阳能电池的发展史,我们会发现太阳能电池正在朝着效率高,成本低,薄膜化的方向前进。如果从更新换代的角度划分太阳能电池的发展历程,大概可以划分出三代,即一代的晶体太阳电池、二代的薄膜太阳电池和三代的新概念太阳电池。一代的晶体太阳能电池,包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳电池。发展至今,硅还是理想的太阳能电池材料,85%以上的太阳能电池组件由晶体硅组成。而且在硅太阳能电池中以单晶硅太阳能电池技术已经很娴熟,其转换效率也为很高,达到24。7%,所以大规模应用和工业生产中,单晶硅太阳能电池占据主导地位。多晶硅太阳能电池一般采用低等级的半导体多晶硅,与单晶硅太阳能电池所要采用的高纯度硅晶体相比,多晶硅太阳能电池成本较低,而且转换效率与单晶硅太阳能电池比较接近,其转换也能达到21。 4%,逐渐地多晶硅太阳电池发展起来。 二代的薄膜太阳电池,包括多晶硅薄膜太阳电池、非晶硅薄膜太阳电池、多元化合物薄膜太阳电池(砷化镓薄膜太阳能电池、碲化镉薄膜太阳电池)。其中由于多晶硅薄膜的制造工艺多种多样,致使其发展迅速。

非晶硅薄膜太阳电池是一种以非晶硅化合物为基本组成的薄膜太阳能电池,其是目前应用广泛的硅薄膜太阳电池。非晶硅薄膜的吸收特性是影响太阳电池量子效率的主要因素,如果能解决这一问题,非晶硅薄膜太阳电池的转化效率将进一步提高。砷化镓薄膜太阳能电池,其也具有效率高的转化率,达到28。4%。砷化镓薄膜太阳能电池因为其优点广泛应用于航天飞行器的主电源。为了进一步提高太阳能电池的光电转换效率,各国学者开始研究太阳能电池的效率极限和能量损失机制,并在此基础上提出了第三代太阳能电池的概念。目前第三代太阳能电池还在进行概念和简单的试验研究,主要有叠层太阳电池、量子阱太阳电池等。其中聚光条件下GaInP/GaAs/GaInNAs三结太阳电池已经达到了43。5%的转换效率。叠层太阳电池主要应用于通信卫星供电、太阳能影院灯等。鉴于资源问题越来越突出,各国对于发展太阳能电池也越来越重视,中国也不甘落后,相继投入到太阳能电池的研究。我国北京市太阳能研究所从20世纪到90年代进行电池研究开发,采用倒金字塔表面织构化、发射区钝化、背场等技术,使电池的效率也达到了19。8%。

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