太阳能电池

随着我国经济的快速发展，能源问题已经成为制约地区经济发展的重要瓶颈。同时，石油、煤炭等不可再生能源的大量使用，已经造成较为严重的环境污染问题，危害人民身体健康，影响人民生活质量。在这一背景下，大家都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染的能源。对此，国家也给予了指导，要把发展可再生能源作为一项重大的战略举措，在审议并原则通过的《可再生能源中长期发展规划》中，提出我国力争到2010年使包括太阳能在内的可再生能源消费量占能源消费总量的比例，由2005年的7.5%提高到10%左右，到2020年达到15%左右。

此外，随着城市建设的快速发展，社会对城市公共设施的需求也越来越大，垃圾桶、路边休闲椅、警示牌、草坪灯……都成为市政建设的必备品。以广州为例，据环卫部门提供的资料显示，环卫部门在全市就设置了不少于20万个垃圾桶放置点。但市场上现有的此类产品普遍存在原材料不环保、造型设计不合理、款式观念落后等缺陷。因此，它们已经无法适应现代城市建设的需求，在这一背景下，市场呼吁采用节能环保的原材料、造型设计科学化、款式时尚、观念超前的新一代市政工程产品的出现。因此，一些高科技、符合现代城市建设需要的市政设施必将拥有越来越庞大的市场。每日照射到地球表面上的太阳能是非常巨大的，资料显示，太阳每秒钟照射到地球上的能量高达173000TW，相当于500万吨的煤，两秒钟的能量相当于云南省小龙潭矿务局一年的的产煤量，这家企业在中国产煤量排名43。而这173000TW只占太阳总辐射能（约为3.75×1026w）的22亿分之一。另外根据目前太阳产生的核能速度估算，氢的储量足够维持上百亿年，而地球的寿命约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。同时，地球上绝大部分地区的太阳能分布十分丰富，以我国为例：年日照时间超过2200h，2/3以上地区太阳能年辐射总量高于5016MJ/㎡。不可再生资源逐渐被消耗殆尽，如果我们可以把这么巨大而且用之不竭的太阳能很好地利用起来，那么我们的能源问题就不在是问题！

太阳电池是新型可再生能源中最为重要的一种能源来源

目前，太阳能主要转换利用方式有，太阳能-热能转换，黑色吸收面吸收太阳辐射，可以将太阳能转换成热能，其吸收性能好，但辐射热损失大，所以黑色吸收面不是理想的太阳能吸收面。选择性吸收面具有高的太阳吸收比和低的发射比，吸收太阳辐射的性能好，且辐射热损失小，是比较理想的太阳能吸收面。这种吸收面由选择性吸收材料制成，简称为选择性涂层。它是在本世纪40年代提出的，1955年达到实用要求，70年代以后研制成许多新型选择性涂层并进行批量生产和推广应用，目前已研制成上百种选择性涂层。我国自70年始研制选择性涂层，取得了许多成果，并在太阳集热器上广泛使用，效果十分显著。太阳能-电能转换，电能是一种高品位能量，利用、传输和分配都比较方便。将太阳能转换为电能是大规模利用太阳能的重要技术基础，世界各国都十分重视，其转换途径很多，有光电直接转换，有光热电间接转换等。这里重点介绍光电直接转换器件--太阳电池。世界上，1941年出现有关硅太阳电池报道，19年研制成效率达6％的单晶硅太阳电池，1958年太阳电池应用于卫星供电。在70年代以前，由于太阳电池效率低，售价昂贵，主要应用在空间。70年代以后，对太阳电池材料、结构和工艺进行了广泛研究，在提高效率和降低成本方面取得较大进展，地面应用规模逐渐扩大，但从大规模利用太阳能而言，与常规发电相比，成本仍然大高。

太阳能发展优势，比如说太阳能汽车和传统汽车进行比较，太阳能电动车以光电代油，可节约有限的石油资源。白天，太阳电池把光能转换为电能自动存储在动力电池中，在晚间还可以利用低谷电（220V）充电。无污染，无噪音。因为不用燃油，太阳能电动车不会排放污染大气的有害气体。没有内燃机，太阳能电动车在行驶时听不到燃油汽车内燃机的轰鸣声。与燃油汽车的比较优势。实用型太阳能动力车除行驶速度远低于燃油汽车外，与燃油汽车相比，还是有诸多优势的。首先，太阳能电动车耗能少，只需采用3-4平方米的太阳电池组件便可使太阳能电动车行驶起来。燃油汽车在能量转换过程中要遵守卡诺循环的规律来作功，热效率比较低，只有1/3左右的能量消耗在推动车辆前进上，其余2/3左右的能量损失在发动机和驱动链上；而太阳能电动车的热量转换不受卡诺循环规律的，90%的能量用于推动车辆前进。在都市行车，为了等候交通信号灯，必须不断的停车和启动，既造成了大量的能源浪费，又加重了空气污染，使用太阳能电动车，减速停车时，可以不让电动机空转，大大提高了能源使用效率和减少了空气污染。

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太阳电池是新型可再生能源中最为重要的一种能源来源

生物能发电需要大量适合植物生长的土地，风能发电需要在多风的高原地区使用，潮汐能只可以在沿海部分使用，地热能必须在有丰富地热资源的地区使用。太阳能范围广，廉价，清洁，安全，太阳电池是新型可再生能源中最为重要的一种能源来源。无论何时何地，人类都离不开能源，然而现在，诸如石油、煤炭等不可再生能源越来越稀缺，于是人们迫切的需要开发新型可再生的能源，新型可再生能源有生物能、太阳能、风能、潮汐能、地热能等。其中太阳电池可以将太阳能转换为电能，是最为重要的一种能量来源。

据中国能源报：在多种再生资源利用上，太阳能的比例是最大的，是人类持续发展的主要动力。近段时间，在太阳能利用上，太阳能热发电利用以其环保经济逐渐受到业内的关注。近期，太阳能热发电项目如塔式、槽式等方式不同程度的在试验和工程化阶段。据世界能源组织（IEA）、欧洲联合研究中心、欧洲光伏工业协会预测，2020年世界光伏发电将占总电力的1%，到2040年光伏发电将占全球发电量的20%，按此推算未来数十年，全球光伏产业的增长率将高达25%-30%。可以预言，在21世纪中叶，太阳能光伏发电成为人类的基础能源之

很多国家在光伏利用方面采取了一系列激励措施，通过推进起到了很好的效果。发达国家主要采用屋顶计划和并网发电等基本形式推广太阳电池。比如有代表性的光伏发展项目：1990年德国首先提出1000屋顶计划；1997年美国宣布百万太阳能屋顶计划；2000年澳大利亚在悉尼运动员村安装了665套1KWp屋顶光伏系统，成为当时世界最大的光伏住宅小区；2000年意大利实施“全国太阳能屋顶计划”等等。德国在推广光伏发电方面还采取了一些有力措施，主要是银行贷款和上网电价补贴等。光伏组件可以回收利用

太阳能电池由组件组成，可以大规模批量生产、随时随地组装，使用非常方便。废旧的太阳能电池还可以回收利用，材料重复使用率很高。以日本太阳能电池使用情况为例：太阳能电池的使用者通过制造商或专门的电池分解企业可将其多次分解，各环节都会产生可再次利用的设备或资源，最后将无法再次利用的物质作为垃圾处理。太阳能电池各部分分解提炼后各项资源的重量比大概为：玻璃

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70%、铝10%、粘合封胶10%、硅5%、其他5%太阳电池的工作原理和结构

太阳电池以“光电效应”为根本原理，太阳光与半导体相互作用，光子把半导体中的电子激发出来，形成光生载流子，所产生的电子-空穴对靠半导体内形成的势垒分开到两极，产生电势差。从而将光能转化为电能，电是一种高品质的能量，可以被用于生活中的很多方面。目前，太阳能电池主要有多元化合物薄膜太阳能电池，聚合物多层修饰电极型太阳能电池，纳米晶太阳能电池，染料敏化纳米晶体太阳能电池，有机太阳能电池，硅太阳能电池是目前发展最成熟的,在应用中居主导地位。其中最典型的是PN结太阳电池。工业生产中，成本是首先要考虑的因素。分析表明，每峰瓦商业化光伏组件的成本为2.8-3.0欧元。其中，光伏组件成本的40%-50%来自硅锭生长、制锭和切片。其发展趋势是发展廉价、优质的太阳能级多晶硅原料，增大衬底的尺寸，降低切片的锯缝痕损失和减小衬底厚度到200μm以下，电池制造和组件封装各占组件最终成本的25%-30%。现在我们在这些方面取得了一些阶段性的进展。比如：由于多线锯的发明，能够生产出厚度为150μm甚至更薄的硅片，这样电池的最终厚度可以达到120μm或更小，能够节省大量的材料，同时能够有效地进行陷光和表面钝化，则厚度越小效果越好。硅带和片硅技术可以完全避免切口损失，已经在实验中开发出来了。目前，EFG（边缘膜生长）技术在商业化硅带技术中发展的非常好，它可以将组件成本降到最低。

从基本的丝印工艺所做的不同成本要素的敏感性分析表明电池效率是降低成本的最重要因素，降低成本是引进提高效率的技术到商业化电池生产中的动力。在如何提高效率方面也有了许多新的发现，比如用氟化氢和胺酸的混合液对多晶硅进行织构化是一个绝佳的方法，比传统的各向异性腐蚀具有更低的反射和更好的转换效率。尽量减少太阳能电池表面挡板玻璃对太阳光的反射，增加透射。可以采取下面的方法特高抬眼能利用效率，改进透明电极在太阳光整个谱段的透射率，从而减少太阳光辐射在电池表面的反射损失。采用多个p-n结叠层结构，使太阳光能的利用率尽可能大。增加入射光在太阳能电池吸收层内的传输距离

太阳能电池是人类利用太阳能的一个重要途径，也是人类解决日益严峻的全球能源危机的一个重

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太阳电池是新型可再生能源中最为重要的一种能源来源

要方法，开发研究太阳能电池对人类的生存和发展具有十分重要的意义！虽然目前太阳能电池光电转换效率低、成本高，还无法大规模投入市场，但是随着科学研究的不断深入以及新型材料的开发使用，我们有理由相信：在不久的将来，太阳能电池将会被人们广泛使用！

预测采用各种新方法和新工艺，在今后5~10年有望把硅片的成本降低到现在的60~70%，并将在15年间降低到现在的30%左右。这样，太阳电池组件的生产成本就会降低一半左右。

太阳电池因其优势必将在今后的能源结构中占据很大的比例。一项技术的推广与它所产生的效益和成本有很大关系，太阳电池的发展趋势就是提高光电转换效率和降低成本。化石资源的短缺和环境的恶化都迫使我们寻找新的能源，巨大的太阳能对我们充满了诱惑，太阳电池以“光电效应”为基础，将太阳的光能转换为电能。太阳电池和其他新型可再生能源相比，具有以下优势：来源大、效率的提升潜力大、投入的研究多、鼓励、组件可回收利用等，综上所述，太阳电池是新型可再生能源中最为重要的一种能源来源。

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