太陽(yáng)能電池板-材料？？

【專(zhuān)家解說(shuō)】：太陽(yáng)能電池板太陽(yáng)能電池板主要材料是“硅”，“硅”是我們這個(gè)星球上儲(chǔ)藏最豐量的材料之一。自從19世紀(jì)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了晶體硅的半導(dǎo)體特性后，它幾乎改變了一切，甚至人類(lèi)的思維。20世紀(jì)末，人類(lèi)的生活中處處可見(jiàn)“硅”的身影和作用，晶體硅太陽(yáng)能電池是近15年來(lái)形成產(chǎn)業(yè)化最快的。生產(chǎn)過(guò)程大致可分為五個(gè)步驟：a、提純過(guò)程b、拉棒過(guò)程c、切片過(guò)程d、制電池過(guò)程e、封裝過(guò)程。目錄•分類(lèi)•組成•壽命•功率計(jì)算方法•發(fā)電系統(tǒng)•設(shè)計(jì)因素•工作原理•價(jià)格•作用•發(fā)展現(xiàn)狀•制作太陽(yáng)能電池板[顯示部分][顯示全部]分類(lèi)編輯本段回目錄太陽(yáng)能電池板：Solarpanel分類(lèi)：晶體硅電池板：多晶硅太陽(yáng)能電池、單晶硅太陽(yáng)能電池。非晶硅電池板：薄膜太陽(yáng)能電池、有機(jī)太陽(yáng)能電池?；瘜W(xué)染料電池板：染料敏化太陽(yáng)能電池。組成編輯本段回目錄 （1）單晶硅太陽(yáng)能電池單晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為15%左右，最高的達(dá)到24％，這是目前所有種類(lèi)的太陽(yáng)能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的，但制作成本很大，以致于它還不能被大量廣泛和普遍地使用。由于單晶硅一般采用鋼化玻璃以及防水樹(shù)脂進(jìn)行封裝，因此其堅(jiān)固耐用，使用壽命一般可達(dá)15年，最高可達(dá)25年。 （2）多晶硅太陽(yáng)能電池多晶硅太陽(yáng)電池的制作工藝與單晶硅太陽(yáng)電池差不多，但是多晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率則要降低不少，其光電轉(zhuǎn)換效率約12％左右(2004年7月1日日本夏普上市效率為14.8%的世界最高效率多晶硅太陽(yáng)能電池)。從制作成本上來(lái)講，比單晶硅太陽(yáng)能電池要便宜一些，材料制造簡(jiǎn)便，節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大量發(fā)展。此外，多晶硅太陽(yáng)能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽(yáng)能電池短。從性能價(jià)格比來(lái)講，單晶硅太陽(yáng)能電池還略好。 （3）非晶硅太陽(yáng)能電池非晶硅太陽(yáng)電池是1976年出現(xiàn)的新型薄膜式太陽(yáng)電池，它與單晶硅和多晶硅太陽(yáng)電池的制作方法完全不同，工藝過(guò)程大大簡(jiǎn)化，硅材料消耗很少，電耗更低，它的主要優(yōu)點(diǎn)是在弱光條件也能發(fā)電。但非晶硅太陽(yáng)電池存在的主要問(wèn)題是光電轉(zhuǎn)換效率偏低，目前國(guó)際先進(jìn)水平為10％左右，且不夠穩(wěn)定，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其轉(zhuǎn)換效率衰減。 （4）多元化合物太陽(yáng)電池多元化合物太陽(yáng)電池指不是用單一元素半導(dǎo)體材料制成的太陽(yáng)電池。現(xiàn)在各國(guó)研究的品種繁多，大多數(shù)尚未工業(yè)化生產(chǎn)，主要有以下幾種：a)硫化鎘太陽(yáng)能電池b)砷化鎵太陽(yáng)能電池c)銅銦硒太陽(yáng)能電池(新型多元帶隙梯度Cu(In,Ga)Se2薄膜太陽(yáng)能電池)Cu(In,Ga)Se2是一種性能優(yōu)良太陽(yáng)光吸收材料，具有梯度能帶間隙（導(dǎo)帶與價(jià)帶之間的能級(jí)差）多元的半導(dǎo)體材料，可以擴(kuò)大太陽(yáng)能吸收光譜范圍，進(jìn)而提高光電轉(zhuǎn)化效率。以它為基礎(chǔ)可以設(shè)計(jì)出光電轉(zhuǎn)換效率比硅薄膜太陽(yáng)能電池明顯提高的薄膜太陽(yáng)能電池?？梢赃_(dá)到的光電轉(zhuǎn)化率為18％，而且，此類(lèi)薄膜太陽(yáng)能電池到目前為止，未發(fā)現(xiàn)有光輻射引致性能衰退效應(yīng)（SWE），其光電轉(zhuǎn)化效率比目前商用的薄膜太陽(yáng)能電池板提高約50~75%，在薄膜太陽(yáng)能電池中屬于世界的最高水平的光電轉(zhuǎn)化效率。壽命編輯本段回目錄現(xiàn)在太陽(yáng)能電池板廠家提供的數(shù)據(jù)是包用20年，不是儲(chǔ)能的鉛酸電池，只是電池板，現(xiàn)在每瓦的價(jià)格在國(guó)內(nèi)差不多30-40元，國(guó)際價(jià)格3.5-3.8美元每瓦。價(jià)格是按瓦算的！功率計(jì)算方法編輯本段回目錄太陽(yáng)能交流發(fā)電系統(tǒng)是由太陽(yáng)電池板、充電控制器、逆變器和蓄電池共同組成；太陽(yáng)能直流發(fā)電系統(tǒng)則不包括逆變器。為了使太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)能為負(fù)載提供足夠的電源，就要根據(jù)用電器的功率，合理選擇各部件。下面以100W輸出功率，每天使用6個(gè)小時(shí)為例，介紹一下計(jì)算方法：1.首先應(yīng)計(jì)算出每天消耗的瓦時(shí)數(shù)(包括逆變器的損耗)：若逆變器的轉(zhuǎn)換效率為90％，則當(dāng)輸出功率為100W時(shí)，則實(shí)際需要輸出功率應(yīng)為100W/90％=111W；若按每天使用5小時(shí)，則耗電量為111W*5小時(shí)=555Wh。2.計(jì)算太陽(yáng)能電池板：按每日有效日照時(shí)間為6小時(shí)計(jì)算，再考慮到充電效率和充電過(guò)程中的損耗，太陽(yáng)能電池板的輸出功率應(yīng)為555Wh/6h/70%=130W。其中70％是充電過(guò)程中，太陽(yáng)能電池板的實(shí)際使用功率。發(fā)電系統(tǒng)編輯本段回目錄太陽(yáng)能電池板概念太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池組、太陽(yáng)能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流220V或110V，還需要配置逆變器。各部分的作用為： （一）太陽(yáng)能電池板：太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽(yáng)的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來(lái)，或推動(dòng)負(fù)載工作。太陽(yáng)能電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。 （二）太陽(yáng)能控制器：太陽(yáng)能控制器的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對(duì)蓄電池起到過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開(kāi)關(guān)、時(shí)控開(kāi)關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項(xiàng)。 （三）蓄電池：一般為鉛酸電池，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時(shí)將太陽(yáng)能電池板所發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來(lái)，到需要的時(shí)候再釋放出來(lái)。 （四）逆變器：在很多場(chǎng)合，都需要提供220VAC、110VAC的交流電源。由于太陽(yáng)能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。為能向220VAC的電器提供電能，需要將太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。在某些場(chǎng)合，需要使用多種電壓的負(fù)載時(shí)，也要用到DC-DC逆變器，如將24VDC的電能轉(zhuǎn)換成5VDC的電能（注意，不是簡(jiǎn)單的降壓）。設(shè)計(jì)因素編輯本段回目錄太陽(yáng)能電池板1、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的使用場(chǎng)所，該地日光輻射情況2、系統(tǒng)的負(fù)載功率大小3、系統(tǒng)的輸出電壓，直流還是交流4、系統(tǒng)每天需要工作的時(shí)間5、如遇到?jīng)]有日光照射的陰雨天氣，系統(tǒng)需連續(xù)供電的天數(shù)6、負(fù)載的情況，純電阻性、電容性還是電感性，啟動(dòng)電流的大小7、系統(tǒng)需求的數(shù)量工作原理編輯本段回目錄太陽(yáng)能電池板太陽(yáng)光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴---電子對(duì)，在p---n結(jié)電場(chǎng)的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽(yáng)能電池的工作原理。太陽(yáng)能發(fā)電方式太陽(yáng)能發(fā)電有兩種方式，一種是光—熱—電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光—電直接轉(zhuǎn)換方式。 （1）光—熱—電轉(zhuǎn)換方式通過(guò)利用太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，一般是由太陽(yáng)能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的蒸氣，再驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。前一個(gè)過(guò)程是光—熱轉(zhuǎn)換過(guò)程；后一個(gè)過(guò)程是熱—電轉(zhuǎn)換過(guò)程，與普通的火力發(fā)電一樣.太陽(yáng)能熱發(fā)電的缺點(diǎn)是效率很低而成本很高，估計(jì)它的投資至少要比普通火電站貴5～10倍.一座1000MW的太陽(yáng)能熱電站需要投資20～25億美元，平均1kW的投資為2000～2500美元。因此，目前只能小規(guī)模地應(yīng)用于特殊的場(chǎng)合，而大規(guī)模利用在經(jīng)濟(jì)上很不合算，還不能與普通的火電站或核電站相競(jìng)爭(zhēng)。 （2）光—電直接轉(zhuǎn)換方式該方式是利用光電效應(yīng)，將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光—電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個(gè)半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽(yáng)光照到光電二極管上時(shí)，光電二極管就會(huì)把太陽(yáng)的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當(dāng)許多個(gè)電池串聯(lián)或并聯(lián)起來(lái)就可以成為有比較大的輸出功率的太陽(yáng)能電池方陣了。太陽(yáng)能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點(diǎn).太陽(yáng)能電池壽命長(zhǎng)，只要太陽(yáng)存在，太陽(yáng)能電池就可以一次投資而長(zhǎng)期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽(yáng)能電池不會(huì)引起環(huán)境污染；太陽(yáng)能電池可以大中小并舉，大到百萬(wàn)千瓦的中型電站，小到只供一戶用的太陽(yáng)能電池組，這是其它電源無(wú)法比擬的電池板原料：玻璃，EVA，電池片、鋁合金殼、包錫銅片、不銹鋼制價(jià)、蓄電池等。價(jià)格編輯本段回目錄太陽(yáng)能電池板很昂貴，每平方米售價(jià)人民幣近6000元，1.5每平方太陽(yáng)能電池板光照好的情況下約200瓦，大約30平方的屋頂，大概是4KW，投資大概是18萬(wàn)，年光照按200天、日光照10小時(shí)，效率按50%計(jì)算約合4000度，一般家庭是用不起的，這就是為什么太陽(yáng)能不能普及，因?yàn)槌杀咎吡?。中?guó)生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池板基本上都出口了，國(guó)內(nèi)很少用，隨著科技進(jìn)步，價(jià)格會(huì)降下來(lái)。作用編輯本段回目錄利用光電效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能，將太陽(yáng)的光能轉(zhuǎn)化為電能后，輸出直流電存入蓄電池中（以化學(xué)能儲(chǔ)存），要用時(shí)再釋放出來(lái)！沒(méi)有存儲(chǔ)，電的存儲(chǔ)是另外的裝置，和太陽(yáng)能電池板沒(méi)關(guān)系。電池的充電是化學(xué)手段。發(fā)展現(xiàn)狀編輯本段回目錄太陽(yáng)能電池板美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院研究人員2008年開(kāi)發(fā)出一種新型涂層，將其覆蓋在太陽(yáng)能電池板上能使后者的陽(yáng)光吸收率提高到96.2%，而普通太陽(yáng)能電池板的陽(yáng)光吸收率僅為70%左右。新涂層主要解決了兩個(gè)技術(shù)難題，一是幫助太陽(yáng)能電池板吸收幾乎全部的太陽(yáng)光譜，二是使太陽(yáng)能電池板吸收來(lái)自更大角度的太陽(yáng)光，從而提高了太陽(yáng)能電池板吸收太陽(yáng)光的效率。普通太陽(yáng)能電池板通常只能吸收部分太陽(yáng)光譜，而且通常只在吸收直射的太陽(yáng)光時(shí)工作效率較高，因此很多太陽(yáng)能裝置都配備自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，以保證太陽(yáng)能電池板始終與太陽(yáng)保持最有利于吸收能量的角度。制作太陽(yáng)能電池板編輯本段回目錄第一步：制作二氧化鈦膜先把二氧化鈦粉末放入研缽中與粘合劑進(jìn)行研磨，接著用玻璃棒緩慢地在導(dǎo)電玻璃上進(jìn)行涂膜。把二氧化鈦膜放入酒精燈下燒結(jié)10～15分鐘，然后冷卻。第二步：利用天然燃料為二氧化鈦著色如圖四所示，把新鮮的或冰凍的黑梅、山梅、石榴籽或紅茶，用一大湯匙的稅進(jìn)行擠壓，然后把二氧化鈦膜放進(jìn)去進(jìn)行著色，大約需要5分鐘，知道膜層變成深紫色，如果膜層兩面著色的不均勻，可以在放進(jìn)去浸泡5分鐘，然后用乙醇沖洗，并用柔軟的紙輕輕地擦干。第三步：制作反電極電池需要正電極，當(dāng)然也需要反電極。正電極和反電極一樣，是由涂有導(dǎo)電的SnO2膜層構(gòu)成的，利用一個(gè)簡(jiǎn)單的萬(wàn)用表就可以判斷玻璃的那一面是可以導(dǎo)電的，利用手指也可以做出判斷，導(dǎo)電面較為粗糙。如突五所示，把非導(dǎo)電面標(biāo)上‘+’，然后用鉛筆在導(dǎo)電面上均勻地涂上一層石墨。第四步：加入電解質(zhì)利用含碘離子的溶液作為太陽(yáng)能電池的電解質(zhì)，它主要用于還原和再生燃料。如圖六所示，在二氧化鈦膜表面上滴加一到兩滴電解質(zhì)即可。第五步：組裝電池把著色后的二氧化鈦膜面朝上放在桌上，在膜上面滴一到兩滴含碘和碘離子的電解質(zhì)，然后把反電極的導(dǎo)電面朝下壓在二氧化鈦膜上。把兩片玻璃稍微錯(cuò)開(kāi)，以便利用暴露在外面的部分作為電極的測(cè)試用。利用兩個(gè)夾子把電池夾住，這樣，你的太陽(yáng)能電池就做成了。第六步：電池的測(cè)試在室外太陽(yáng)光下，可以獲得開(kāi)路電壓0.4V,短路電流1mA/cm2的太陽(yáng)能電池。