太阳能电池概述

太阳能转换效率研究回顾分析与未来展望

导读：

我国太阳能光电化学转换的研究以实现低价高效利用太阳能为目标，二十年来在不同材料体系中研究了上百种材料，大大促进了光电转换材料特别是多晶、薄膜半导体及新一代纳米结构半导体和有机／半导体复合材料的发展。

引言

进入二十世纪以来，人类的工业文明得以迅猛发展，由此引发的能源危机和环境污染成为急待解决的严重问题，利用和转换太阳能是解决世界范围内的能源危机和环境问题的一条重要途径。世界上第一个认识到光电化学转换太阳能为电能可能实现的是Becquere1，他在1839年发现涂布了卤化银颗粒的金属电极在电解液中产生了光电流，以后Brattain、Garrett 及Gerisher等人先后提出和建立了一系列有关光电化学能量转换的基本概念和理论，开辟了光电化学研究的新领域。1972年Honda和Fujishima应用n-TiO2电极成功的进行太阳能光分解水制氢，使人们认识到光电化学转换太阳能为电能和化学能的应用前景。从此，以利用太阳能为背景的光电化学转换成为一个非常活跃的科学研究前沿。光电化学太阳电池的一个突出的特点是材料制备工艺简单，即使应用多晶半导体也可期望获得有较高的能量转换效率，可大大降低成本，增加大规模应用的可能性，因此光电能量的直接转换成为最引人注目的一个重要研究方面。

我国自1978年进行光电化学能量转换方面的研究，其进展情况可大致分为三个阶段：七十年代后期，为寻找廉价光电化学转换太阳能的方法和途径广泛地进行了各种半导体电极／电解液体系的光电化学转换研究；八十年代中期，随着人工化学模拟光合作用研究的深入，有机光敏染料体系的光电能量转换很快兴起并得到很大发展；九十年代以来，由于新材料的诞生和迅速发展，新型纳米结构半导体和有机／纳米半导体复合材料成为光电化学能量转换研究的主要对象和内容。

1常规和非常规半导体电极的光电化学太阳电池

用于光电化学太阳电池中半导体电极研究的材料包括有：Si、Ⅱ-Ⅵ族化合物CdX（X=S、Se、Te）、Ⅲ-Ⅴ族化合物（GaAs、InP）、二硫族层状化合物（MoS2、FeS2）、三元化合物（CuInSe2、CuInS2、AgInSe2）及氧化物半导体（TiO2、ZnO、Fe2O3）等，其中窄禁带半导体（Eg≤2.0eV）可获得较高的光电转换效率，但存在光腐蚀现象，宽禁带半导体（Eg≥3.0eV）有良好的稳定性，但对太阳能的吸收率低。因此大量的研究工作都是围绕提高光电效率和稳定性进行的。

同固体太阳电池一样，Si在光电化学电池研究中也是一个重点对象。Si是较理想的光电极材料，但在电解质水溶液中容易光腐蚀，其表面生成SiOX绝缘层使光电流急骤衰减。因此，克服光腐蚀是Si光电化学电池研究的主要内容。在n-Si电极表面化学沉积Au，形成Au 与Si 表面渗合层，可减少光腐蚀；用电沉积法将聚丁基紫精修饰于p-Si电极表面，也使光腐蚀明显下降。n型和P型外延硅（n／n+-Si、p／n+-Si）电极由于电荷分离效率高，其光电流较大。通过表面修饰几个纳米厚的金属层（Pt、Ni、Au、Cu、Co），进一步提高光稳定性，可以获得光电性能优越的光电化学电池。其中以真空蒸镀或溅射方法在外延硅表面修饰Pt 或Ni以及Pt／Ni（Ni／Pt）复合层的效果较好，如Pt／n／n+-Si和Pt／p/n+-Si电极在KBr-Br2电解液中光电转换效率分别达到12.2%和13.6%，用MOCVD方法在p／p+-Si电极表面覆盖TiO2薄膜形成异质结结构，不仅提高了光稳定性能，而且在一定电压下光电流增大了10倍。用同样的方法覆盖α- Fe2O3，和ZnO薄膜也得到了类似的结果。用LB膜技术在n-Si电极表面修饰排列有序的Pt团簇（平均直径为4nm），其开路电压达到了0.685V。金属和金属氧化膜的表面修饰加速了光生空穴的界面转移，从而有效抑制了电极自身光腐蚀，同时也提高了光电性能。

Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体CdX（X=S、Se、Te）是光电化学研究较为普遍的光电极材料，其

主要优点是可用多种方法如粉末压片法、涂敷法、真空沉积、化学气相沉积、电沉积、化学溶液沉积以及喷涂热解法等制备，得到转换效率较高的多晶或薄膜光电极，这些方法价格低廉、简单易行，多数还可适用于大面积制备。在CdX（X=S、Se、Te）化合物中CdS的能隙较大（Eg=2.4eV），只能吸收小于517nm波长的太阳光，曾用压片烧结、涂敷、喷涂热分解制备各种CdS电极并用RuS2进行光谱敏化，将吸收截止波长由517nm延长至890nm，但转换效率都很低，因此研究的重点是CdSe和CdTe电极。用涂敷法在各种金属基底（钛、铬、钼、铂）、非金属基底（二氧化锡、石墨、破碳）上都可成功制备性能稳定、重现性好的CdSe 薄膜电极。在金属基底CdSe薄膜结合力强，界面电阻小，经过电极表面的化学刻蚀和光化学刻蚀获得了7％的能量转换效率。进一步控制热处理气氛中的含氧量使转换效率提高至8.3％。制备中用Te替代部份Se形成CdSe和CdSexTe1-x薄膜电极，其光谱响应范围与X值大小有关，当调X=0.63时能量转换效率达到12.3％。CdTe具有吸收太阳光能的最佳能隙（Eg=1.4eV），其单晶电极在多硫溶液中达到15.6％的光电转换效率，但用电沉积法制备多晶薄膜电极却只获得3.6％的转换效率。比较CdX（X=S、Se、Te）光电极性能不难看出，CdSe 和CdSexTe1-x薄膜的光电性能和稳定性能优于CdS和CdTe电极，是光电化学研究中有发展前途的光电极材料。在CdS和CdTe薄膜的研究中证明了表面修饰也是改善光电性能的有效措施，研究Au、Pt、Ru和Pd等贵金属修饰CdS和CdTe电极，发现贵金属在电极表面的构型不同会产生不同效果，大量的Pt岛覆盖电极表面降低了电极界面光电化学反应的极化，增大了反应的交换电流，是电极界面光电催化的最佳构型。Pd的修饰形成了金属致密层，结果使光电性能下降，产生与Pt修饰相反的效果。用LB膜技术实现分子取向、排列结构和浓度可控的条件下研究具有不同氧化还原电位和传递电荷性质的二茂铁衍生物修饰CdSe，薄膜电极，将电极表面的微观分子设计与宏观电极过程联系起来，为修饰分子的优化提供大量信息，使半导体电极表面修饰技术有很大的提高和发展。

对Ⅲ~Ⅴ族化合物半导体主要研究GaAs和InP单晶电极，它们具有吸收太阳光能的最佳带隙，可以构成高效的光电化学电池。n-GaAs电极在多硒溶液中有较好的稳定性，经H2SO4- H2O2混合溶液的反复刻蚀，再吸附Ru3+离子后有效降低表面复合，使光电转换效率大大提高，接近于20％。n-InP电极的晶面取向和掺杂浓度对光电性能有很大影响，掺杂浓度低（1016cm-3）的光电流、光电压优于掺杂浓度高（1018cm-3)的电极；在Fe2+/Fe3+酸性溶液中，性能稳定，转换效率达到18％，p-InP电极在V2＋／V3＋溶液中表面经Ag修饰和电镀Cu改善背面接触后效率达到18.8％。

过渡金属二硫族层状化合物具有特殊的电子结构，其过渡金属存在分离的d轨道，受激电子在d-d轨道间跃迁，最大跃迁能为1.1eV-1.8eV，而且不影响化学键，因此其光稳定性好。研究天然晶体MoS2电极发现其光电性能存在各向异性的特征，电极的表面性质是决定光电性能的关键因素，通过离子特性吸附和表面活性剂处理都能明显提高光电流和光电压，FeS2电极则可通过界面配位化学途径来改善其光电性能。

在三元半导体化合物中研究了CuInS2和CuInSe2及其固溶体的烧结多晶电极，通过固溶体的组成变化来改变电极的能隙及电子亲合势，得到CuInS2（1.51eV）、CuInS1.5Se0.5(1.44eV)、CuInSSe（1.24eV）、CuInS0.5Se1.5（1.13eV）和CuInSe2(1.04eV）不同组成的三元化合物多晶电极，在多硫溶液中以CuInS2，电极的光电流、光电压最大，转换效率达到1.8％，而且间断运行一年光电性能未见衰减。AgInSe2电极在多碘溶液中的光电化学性能优于CuInSe2。

氧化物半导体一般具有很好的光稳定性能，但存在的问题是能量转换效率较低，因此研究的重点是通过光谱敏化、离子掺杂和光电催化作用来改善其光电性能。最有代表性的是TiO2，热氧化制备的多晶薄膜电极在通氮无氧的K4Fe（CN）6和HClO4混合溶液中浸渍，由于K4Fe（CN）6与TiO2表面中的Ti4＋形成电荷转移配合物，使TiO2的吸收光谱由400nm

扩展到600nm以上。另外，还研究了铱和钴对TiO2电极光电化学反应的催化作用，铱以大量微孔的透光层形式，钴则以高度分散的微岛固定在TiO2电极表面，都能快速捕获光生空穴催化界面光反应氧化，将钴微粒载在多孔铱层产生了更大的光电流，说明铱和钴的联合作用比单一催化剂有更好效果，ZnO电极只能吸收紫外光用染料罗丹明日B进行光谱敏化，明显增加了可见光波长区（400nm－700nm）的光电流。α-Fe2O3薄膜电极用二茂铁化学真空沉积（VCD法）在高纯Ti层上制备，其工作光谱扩展至670nm，比α-Fe2O3能隙相对应的550nm红移了120nm，这是归因于在热处理过程中Ti由基底扩散而导致的掺杂效应。

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2.有机光敏染料的光电能量转换

自然界绿色植物的光合作用是已知最为有效的太阳光能转换体系。许多人利用类似叶绿素分子结构的有机光敏染料设计人工模拟光合作用的光能转换体系，进行光电转换的研究。由于有机光敏染料可以自行设计合成，与无机半导体材料相比，材料选择余地大，而且易达到价廉的目标。如金属卟啉和金属酞菁是大Π共轭有机分子与金属组成的配合物，具有较高的化学稳定性，能较强吸收可见光谱，作为有机光伏材料，它是目前广泛研究的对象。

2.1单层有机光敏染料电极

用真空沉积、旋转涂布和电化学沉积等方法，将有机染料修饰在金属、导电玻璃或半导体表面上，在电解液中研究其光电性能。在不同金属卟啉化合物中以Zn、Mg为中心金属的光电性能最佳。不同功能取代基如羟基、硝基、胺基、羧基、甲基等对光电性能有明显的影响，说明可以通过改变功能取代基的种类和位置来优化其光电性能。金属酞菁化合物的光电性能也与中心金属密切相关，三价、四价酞菁化合物（AlClPc，GaClPc，InClPc，SiCl2Pc，GeCl2，TiOPc，VOPc）比二价金属酞菁化合物（ZnPc，MgPc，CoPc，SnPc，PbPc，FePc，NiPc）的光电性能优越，这是因为三价、四价金属酞菁的光谱响应较宽，而且分子中的氯原子和氧原子有利于电子传递。酞菁铜的电化学聚合膜由于聚合物分子比单体具有更大的共轭体系，电子更易于移动和迁移，而且电聚膜与垫底接触电阻小，因此表现出比其单体更佳的光电性能。除有机光敏染料外，影响光电性能的还有电解液的酸碱性和氧化还原性质以及环境中的氧化性和还原性气氛等。

2.2双层有机光敏染料电极

金属卟啉的最大吸收在410nm左右，大于410nm波长的光吸收较弱，金属酞菁则在600－700nm波长有较强的光吸收，将不同光谱响应的二种有机染料如四吡啶卟啉或四甲苯基卟啉与酞菁锌或酞菁铝组合形成双层结构电极，扩展了吸收太阳光谱响应范围，产生明显的光电性能加合效应。

具有不同半导体性质的有机光敏染料可以构成双层有机p/n结电极，即有机固态异质结太阳电池，如n型的北红类与P型的酞菁类化合物组成的有机异质结太阳电池ITO／MePTC ／MPc／Ag（MePTC为北红衍生物，MPc为InClPc、VOPc、GaClPc、TiOPc、H2Pc、ZnPc），其吸收光覆盖了400nm900nm波长的可见光能（MePTC吸收400nm一600nm，MPc吸收600nm900nm波长的可见光），使光电流从单层染料电他的几微安增大到几百微安，电他的填充因子和光电转换效率也显著提高，吸收和荧光光谱研证明MePTC向MPc进行了能量转移，各种MPc在真空镀膜中形成不同分子排列的结构对激子迁移产生影响，因此表现出不同的光电特性。在InClPc膜中进一步用VOPc掺杂改善了InClPc固体膜的晶体状态，使光电流和填充因子呈现出增效行为。说明有机分子的掺杂是提高有机太阳电池光电转换效率的一条有效的途径。

2.3有机光敏染料分子的有序组合

有机光敏染料（S）和电子给体（D）或受体分子（A）键合的多元光敏偶极分子（S-D-A）作为模拟光合作用反应中心的模型化合物。近来研究非常活跃，如酞菁与球烯分子C60构成

电荷转移复合物。卟啉、酞菁与电子受体葱酮键合的二元分子由于加速了分子内光敏电子转移速度，使光电流和光电压都比单元染料分子大。为更好模拟植物光合作用在高度有序体系中进行的高效光能转换，设计合成一系列的二元、三元及四元光敏偶极分子，如卟啉-紫精（S-A）、卟啉-紫精-咔唑（S-A-D），卟啉-对苯二酯-紫精-咔唑（S-A1-A2-D）酞菁-紫精-二茂铁（S-A-D）等。用LB膜技术将分子进行有序组合，研究不同结构的多元偶极分子通过多步电荷转移过程，提高了电荷分离效率，使它们的光电流和光电压：四元分子>三元>二元.>单元分子。进一步对分子的排列、空间取向和分子问距等进行优化使电荷分离态寿命延长至微秒级。这不仅为人工模拟光合作用光能转换的研究提供了大量的科学信息，而且设计合成了一大批性能稳定、结构新颖的多元光敏偶极分子，为深入研究有机光敏染料体系的能量转换和发展有机／纳米半导体复合光电材料奠定了良好基础。

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3.纳米结构半导体电极的光电能量转换

九十年代以来随着纳米结构半导体材料的发展，为新一代光电转换材料的研究指明了方向。半导体纳米结构材料具有不同于体材料的一些光学、电学特性，对光电化学能量转换过程产生重要的影响，随着新材料的引进，相关的新概念、新理论和新技术也大大充实了半导体光电化学研究内容，成为当前光电化学研究中最为活跃的一个新领域，半导体光电化学的研究进入了一个新阶段。

3.1超晶格量子阶半导体电极

超晶格量子阶半导体是由两种不同的半导体材料交替生长厚度为几到几十原子层的超薄层，形成一个比原晶格大若干倍的新周期结构的人工半导体晶体。超晶格量子阱半导体电极具有独特的晶体结构和优于体材料的光电特性，如激子二维运动受限，不仅寿命长而且光吸收性能强，在相同浓度下载流子迁移率比体材料大，热载流子寿命大，增强了热载流子效应等，有利于提高光电转换效率，而且可以在单分子层水平上通过选择半导体材料的种类，调节势垒高度、势阱层的厚度等结构参数，设计生长高量子产率的超晶格量子阱电极。实现“能带工程”在光电化学能量转换中的应用。用分子束外延法设计生长适合于光电化学研究的晶格匹配型GaAs／A1xGa1-xAs量子阱电极（两种半导体材料的晶格常数之差小于1%）和应变型InxGa1-xAs／GaAs量子阱电极（两种半导体材料的晶格常数之差大于1%），研究其在非水溶液中的光电转换性能以及阱宽、垒宽、外垒及周期等因素对光电性能的影响。在室温下观察到对应于激子强吸收的光电流峰，随量子阱宽度从10nm减小到5nm，量子阱内能级分离程度增加，激子光电流峰明显蓝移，呈现显著的光电化学量子化效应和强激子光吸收性能，而阱宽10nm的单量子阱光电流量子产率与阱宽5nm的单量子阱量子产率基本相同，表现出二维激子的光吸收与量子阱宽基本无关的特性。但外垒厚度的增加，不利于光生载流子的界面电荷转移，激子强吸收效应退化。在多量子阱电极中的各量子阱是独立地参与界面电荷转移的，多量子阱电极的量子产率基本上可认为是各量子阱的加和。在以上研究的基础上成功设计生长了50周期四种不同阱宽GaAs／AlxGa1-xAs多量子阱电极，其激子吸收覆盖了整个测量波长，在二茂铁乙腈溶液中量子产率为GaAs体电极的三倍，表现出优良的光电转换性能。

通过多种瞬态、稳态技术的研究得到不同于体材料的界面热力学和动力学性能，如GaAs ／AlxGa1-xAs量子阱电极在非水溶液中空间电荷层电场分布——量子阱中是匀强电场。内垒则为较理想的耗尽层模型。量子限制Stark效应受溶液氧化还原离子与电极表面相互作用强弱的影响。实验结果和理论计算都表明，量子阱电极的表面复合速率比体材料GaAs慢，这是由于量子阱中的光生载流子主要通过热发射进行分离，限域在量子阱中空穴热发射到价带连续带能级的时间比电子快数百倍，因此空穴界面分离速率远高于电子。这也是GaAs／A1xGa1-xAs电极量子产率高的一个重要原因。另外GaAs／AlxGa1-xAs和InxGa1-x/GaAs两种

量子阱在非水溶液中都表现出光生载流子界面隧穿电荷转移所导致的不同于体材料的光电流一电压关系的异常行为。3.2纳晶多孔半导体薄膜电极

纳晶多孔电极是另一类研究较多的纳米结构半导体电极，它是由几纳米到几十纳米的半导体纳晶粒子组成的具有三维网络多孔结构的薄膜电极，保持了半导体纳米颗粒的量子尺寸效应、表面效应、介电效应以及所导致不寻常的光电化学行为。常用的涂敷法、化学沉积法、电化学沉积法、等离子体沉积法等方法在控制一定条件下都可用于制备纳晶多孔半导体薄膜。目前研究较多的是TiO2纳晶多孔薄膜，用溶胶－凝胶法或水热法制备的纳米胶粒直接涂敷在导电玻璃上，烧结后形成了比表面、比体材料多晶薄膜大1000倍的纳晶薄膜，在电解液中正面光照比背面光照得到的光电流小，表明光生电子在具有多孔性质的纳晶薄膜中的输运是浓度梯度下的扩散输运机制，而不是体材料电极在空间电荷电场驱动下进行电荷输运。在经过TiCl4和HCl表面改性后，光电性能明显改善，表面态密度的减小和电子输运通道的改善是主要原因。

用化学沉积和电沉积法制备平均粒径为几个纳米到十几纳米的CdSe和CdTe纳晶薄膜，在多硫溶液中得到的光电流谱呈现光电流起始波长随纳晶粒径减小而兰移的量子尺寸效应。瞬态光电流和光电压谱研究了光生空穴和电子扩散控制的界面动力学机制，由于纳晶粒径小其界面不存在空间电荷层，光生电荷的分离主要依赖于光生空穴和电子进行界面氧化还原反应的速度差别，因此与体材料电极的界面电荷转移行为主要不同之处是界面复合速度较大，而且存在着经过表面态的间接电荷转移过程。另外还用表面光电压谱研究了CdS、Fe2O3、Nb2O5，等纳晶薄膜的光伏特性。

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4.有机／纳米半导体复合薄膜的光电化学太阳电池

在纳米结构半导体和有机光敏染料新型光电功能材料发展的基础上，将二种材料的不同光电功能特性进行有机的结合，通过染料分子的吸附功能基团与纳米半导体相互作用，使染料分子与纳米半导体表面之间建立电性耦合，有效地促进了电荷转移，形成有机／纳米半导体复合光电功能材料。复合光电功能材料有利于实现光电功能特性的优势互补，优化组合，这样无疑会带来不同于常规材料的许多优异性能。如充分发挥有机光敏染料的天线作用能量转移本领，达到广谱采集太阳光能，纳米半导体构造的三维网络多孔微结构可以提供足够大的容量装载有机染料分子，并具有高效收集和输运电荷的特性。而且有机分子设计合成和灵活性以及纳米半导体技术的不断创新，因此在技术发展和性能提高上都有很大的潜力。特别是原材料便宜、制造工艺简单，在低成本、低价格方面有突出的优势。目前以联吡啶钌衍生物／二氧化钛纳晶复合薄膜为基础的太阳电池作为发展低价高效可实用性的光伏电池，是国内外研究和关注的一个热点。国内的纳晶半导体光电化学电池研究自1994年以来在以下方面取得很大进展：

（1）拓宽有机光敏染料的光谱响应，提高采光效率

联吡啶钌衍生物采集400－600nm波长区的可见光能，大于600nm长波区的光能吸收率很低，这是影响该电池光电转换效率的一个很重要因素。选择在＞600nm长波区有强吸收的方酸菁化合物，使其与联吡啶钌衍生物进行可见光波长的互补吸收达到它们对纳晶TiO2薄膜的协同敏化作用。以吡啶盐取代的方酸菁化合物对纳晶TiO2薄膜有较强的吸附性能，其激发态电子能注入纳晶TiO2，导带，在600－700nm波长区产生光电响应，在与联吡啶钌衍生物合适的混合浓度比例条件下，两者发生能量传递和电子转移，产生了光敏化纳晶TiO2的协同效应。使600－800nm长波区的量子产率显著增加，在光电流、光电压、填充困子和转换效率等电他的性能参数上都有明显提高，说明有机光敏染料的协同敏化可以提高采光效率和光电性能，这比设计合成多元有机染料的方法更为简捷、易行。

（2）增强有机光敏染料与纳米半导体表面的相互作用，提高电子注入效率联吡啶钌的

吸附功能基团与纳晶TiO2薄膜表面的Ti原子相互作用形成电子耦合，大大促进光激发下的电荷转移过程。通过设计合成具有强吸附取代基团的联吡啶钌和纳晶TiO2薄膜表面的化学处理改性达到增强两者相互键合能力，使电子注入的量子产率得到提高。如羧基取代基与Ti原子通过螯合，或桥键、酯键方式键合产生了强相互作用。键合能力其次是磷酸基，羟基和酯基较弱。吸附基取代位置的不同，因分子结构的空间位阻效应对染料分子的激发态和基态能级的改变和吸附性能也有很大影响。羧基取代基在4，4，位置的联吡啶钌与纳晶TiO2薄膜表面相互作用增强，空间位阻较小，敏化后光电流效率大大高于其它吸附基团取代的联吡啶钌。纳晶TiO2薄膜的表面化学处理后从红外光谱上证明其Ti原子与染料分子的螯合和桥键合作用增强，使光电流效率进一步增大，说明这也是增强相互作用提高电子注入效率的一条有效途径。

（3）有机染料／纳米半导体复合薄膜电极的表面修饰抑制界面复合反应染料激发态注入纳晶TiO2导带的电子与电解液中氧化还原离子的界面暗态复合反应，导致光电压下降是影响光电转换效率的重要原因。用单臂紫精和四特丁基吡啶对联吡啶钌敏化的纳晶TiO2薄膜进行表面修饰，使界面暗态电荷复合反应速度大大下降，暗电流明显减小。在不影响光电流情况下光电压提高约100mV左右，填充因子和光电转换效率也都有明显提高。

与此同时，对电极载铂技术，改善电解液的质量传递及电解液固体化的研究都有很大进展。小面积电池（≤1cm2的光电转换效率达到7％－9％，大面积电池（～50cm2）和电池的组合工艺都已开展研究。在以上研究基础上，目前正在加强应用性研究，加快工艺研究的步伐，使光电化学低价、高效转换太阳能的目标得以早日实现。

我国太阳能光电化学转换的研究以实现低价高效利用太阳能为目标，二十年来在不同材料体系中研究了上百种材料，大大促进了光电转换材料特别是多晶、薄膜半导体及新一代纳米结构半导体和有机／半导体复合材料的发展。相应的一些可实用的关键技术也迅速涌现，如电极表面化学修饰作为提高电极光电性能的可行技术已得到广泛应用。虽然多数的研究尚处于实验室阶段，但从近期的研究分析，有机／纳米复合薄膜光电化学电池在发展低价高效太阳电池上有很强的竞争力和生命力。目前无论从达到的性能技术指标和应用研究的进展上都显示了它即将进入应用领域，标志着实现光电化学转换太阳能已不再是很遥远的事情。

太阳能电池发展现状综述

太阳能电池发展现状综述 摘要：随着社会的发展，传统能源消耗殆尽,能源越来越收到重视。其中发展前景最为广阔的莫过于太阳能。太阳能绿色环保，因此逐渐受到了人们的普遍重视。太阳能已成为新能源领域最具活力的部分，世界各国都致力于发展太阳能。本文主要阐述了太阳能电池的发展历程，太阳能电池的种类，太阳能电池的现状以及发展前景. 关键词：太阳能电池；太阳能电池种类；发展现状； Narration on the Current Situation of Solar Battery Abstract:With the development of society, traditional energy will be used up in a short time.Eneygy are being payed more and more attention.And the solar energy is the most promising.Because of its’environmental protection,it gets widespread attention. Solar energy has become the most vibrant part among the new energy field,and all countrise tried their best to develop solar energy.This article mainly explains the development of solar battery,the types of solar battery,curent situation of solar battery and its’ prospect. Key Words:solar battery; types of solar battery; curent situation of solar battery 1引言 随着经济的发展，能源的重要性日趋凸显。但是石油、煤等不可生起源消耗殆尽，人们开始探索新的能源。太阳能取之不尽用之不竭，因此受到了人们的亲睐。在太阳能电池领域中，太阳能的光电利用是近些年来发展最快、最具活力的研究领域[1]．太阳能电池的研制和开发日益得到重视．制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础．其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生的光电子转化反应。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：①硅太阳能电池；②以无机盐如砷化镓Ⅲ一V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；③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：①半导体材料的禁带不能太宽；②要有较高的光电转换效率；③材料本身对环境不造成污染；④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[2]．这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因. 本文简要地综述了太阳能电池发展进程，太阳能电池的种类，以及发展现状，并讨论了太阳能电池的发展趋势。 2太阳能电池现状及其前景

太阳能电池板与蓄电池配置计算公式

太阳能电池板与蓄电池配置计算公式(图) 太阳能电池板与蓄电池配置计算公式 一：首先计算出电流： 如：12V蓄电池系统； 30W的灯2只，共60瓦。 电流＝60W÷12V＝5A 二：计算出蓄电池容量需求： 如：路灯每夜累计照明时间需要为满负载7小时(h)； (如晚上8：00开启，夜11：30关闭1路，凌晨4：30开启2路，凌晨5：30关闭) 需要满足连续阴雨天5天的照明需求。(5天另加阴雨天前一夜的照明，计6天) 蓄电池＝5A×7h×(5＋1)天＝5A×42h＝210AH 另外为了防止蓄电池过充和过放，蓄电池一般充电到90%左右；放电余留20%左右。 所以210AH也只是应用中真正标准的70%左右。 三：计算出电池板的需求峰值(WP)： 路灯每夜累计照明时间需要为7小时(h)； ★：电池板平均每天接受有效光照时间为4.5小时(h)； 最少放宽对电池板需求20%的预留额。 WP÷17.4V＝(5A×7h×120%)÷4.5h WP÷17.4V＝9.33 WP＝162(W)

光伏发电系统计算方法 光伏系统的规模和应用形式各异，如系统规模跨度很大，小到几瓦的太阳能庭院灯，大到MW级的太阳能光伏电站。其应用形式也多种多样，在家用、交通、通信、空间应用等诸多领域都能得到广泛的应用。尽管光伏系统规模大小不一，但其组成结构和工作原理基本相同。 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11 0V，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：在很多场合，都需要提供220VAC、110VAC的交流电源。由于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。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器，如将24VDC的电能转换成5VDC的电能（注意，不是简单的降压）。 光伏系统的设计包括两个方面：容量设计和硬件设计。 在进行光伏系统的设计之前，需要了解并获取一些进行计算和选择必需的基本数据：光伏系统现场的地理位置，包括地点、纬度、经度和海拔；该地区的气象资料，包括逐月的太阳能总辐射量、直接辐射量以及散射辐射量，年平均气温和最高、最低气温，最长连续阴雨天数，最大风速以及冰雹、降雪等特殊气象情况等。 蓄电池的设计包括蓄电池容量的设计计算和蓄电池组的串并联设计。首先，给出计算蓄电池容量的基本方法。 （1）基本公式

有机太阳能电池研究进展(1)

专题介绍 有机太阳能电池研究进展 X 林　鹏,张志峰,熊德平,张梦欣,王　丽 (北京交通大学光电子技术研究所,信息存储、显示与材料开放实验室,北京,100044) 摘　要:有机太阳能电池与无机太阳能电池相比,还存在许多关键性问题。为了改善有机太阳能电池的性能,各种研究工作正在进行,这些研究主要是为了寻找新的材料,优化器件结构。对电池原理、部分表征方法、效率损失机制、典型器件结构、最近的发展、以及未来的发展趋势作了简要描述。 关键词:有机太阳能电池;器件结构;给体;受体;转换效率 中图分类号:T N 383 文献标识码:A 文章编号:1005-488X(2004)01-0055-06 Progres s in Study of Organic Sola r Ce ll LIN Peng ,ZHANG Zhi -feng ,XIONG De -ping ,ZHANG Meng -xin ,WANG Li (I nstitute of O p toelectronics T echnology ,Beij ing J iaotong University ,Beijing ,100044,China )Abstr act :Compaer ed with inorganic solar cells ,organic solar cells still have many critical pr oblems.In order to improve the properties of organic solar cells,a lot of different studies have been carried on.T he main purposes of these studies are to seek new mater ials and new device structure.A brief review of the theory of photovoltaic cells,along with some aspects of their characterization ,the basic efficiency loss mechanism ,typical device structures ,and the trends in research will be presented. Key wor ds :organic photovoltaic cell;device structure;donor;acceptor ;conversion effi-ciency 前　言 进入21世纪以来,由于煤、石油、天然气等自然资源有限,已经不能满足人类发展的需要。环境污染也已经成为亟待解决的严重问题。同使用矿物燃料发电相比,太阳能发电有着不可比拟的优点。 太阳能取之不尽,太阳几分钟射向地球的能量相当 于人类一年所耗用的能量。太阳能的利用已经开始逐年增长。但目前使用的硅等太阳能电池材料,因成本太高,只能在一些特殊的场合如卫星供电、边远地区通信塔等使用。目前太阳能发电量只相当于全球总发电量的0.04%。要使太阳能发电得到大规模推广,就必须降低太阳能电池材料的成本,或 第24卷第1期2004年3月 光　电　子　技　术OPT OELECT RONIC T ECHNOLOGY Vol.24No.1 Mar.2004 　 X 收稿日期:2003-11-17 作者简介:林　鹏(1978-),男,硕士生。主要从事光电子技术研究。 张志峰(1977-),男,硕士生。主要从事有机电致发光(OLED)的研究工作。熊德平(1975-),男,硕士生。主要从事无机半导体材料方面的研究工作。

太阳能电池计算完整版

太阳能电池计算 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】

单晶硅太阳能电池板，铝合金边框，钢化玻璃面板 拍前请确认货期。 详细参数： 多晶硅太阳能板100W可充12V/24V 净重：11KGS 工作电压： 工作电流： 开路电压： 短路电流： 蓄电池：24V/12V 二、产品特点： 采用平均转换效率在15%以上的优质单晶硅太阳电池单片，具有优良的弱光响应性能，符合IEC61215和电气保护II级标准。太阳能电池转换效率高。而且太阳能电池板阵列一次性性能佳。 太阳能电池板阵列的表面采用高透光绒面钢化玻璃封装，气密性、耐候性好，抗腐蚀。 阳极氧化铝边框：机械强度高，具有良好的抗风性和防雹性，可在各种复杂恶劣的气候条件下使用，便于安装。 太阳能电池板在制造时，先进行化学处理，表面做成了一个象金字塔一样的绒面，能减少反射，更好地吸收光能。 采用双栅线，使组件的封装的可靠性更高。 太阳能电池板阵列抗冲击性能佳，符合IEC国际标准。 太阳能电池板阵列层之间采用双层EVA材料以及TPT复合材料，组件气密性好，抗潮，抗紫外线好，不容易老化。 直流接线盒：采用密封防水、高可靠性多功能ABS塑料接线盒，耐老化防水防潮性能好；连接端采用易操作的专用公母插头，使用安全、方便、可靠。 带有旁路二极管能减少局部阴影而引起的损害。 工作温度：-40℃～+90℃ 使用寿命可达20年以上，衰减小于20%。 三、问题集锦： 1、什么是太阳能电池 答：太阳能电池是基于半导体的光伏效应将太阳辐射直接转换为电能的半导体器件。现在商品化的太阳能电池主要有以下几种类型：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池，目前还有碲华镉电池、铜铟硒电池、纳米氧化钛敏化电池、多晶硅薄膜太阳能电池及有机太阳能电池等。 晶体硅（单晶、多晶）太阳能电池需要高纯度的硅原料，一般要求纯度至少是%，也就是一千万个硅原子中最多允许2个杂质原子存在。硅材料是用二氧化硅（SiO2，

太阳能电池板选择

太阳能电池板选择
太阳能电池的最大功率 Pmax=开路电压×短路电流， 这是它们的理想功率， 而平时大家衡量太阳能电池的是额定功率 Pm。实际中额定功率是小于最大功率 的，主要是由于太阳能电池的输出效率 u 只有 70%左右。在使用中由于受光强 度的不同，所以不同时刻的功率也是不同的，根据实验数据它的实际平均功率 P=0.7Pm。如果太阳能电池要直接带动负载，并且要使负载长期稳定的工作， 则负载的额定功率为 Pr=0.7Pm。 如果按照负载的功率选择太阳能电池的功率则 电池的功率为： Pm=1.43Pr。 就是说太阳能电池的功率要是负载功率的 1.43 倍。 在选择太阳能电池的功率时,应合理选择负载的耗电功率,这样才能使发电功 率与耗电功率处于一种平衡状态。当然太阳能电池的发电功率也会受到季节、气 候、地理环境和光照时间等多方面因素的制约。
蓄电池的使用（这里仅以夏季为例,介绍太阳能电池与蓄电池在一般情况下的使用）
蓄电池是一种储存电能的容器,常被作为其它电路的“能源基地”。由于太 阳能电池所产生的电力有限，因此要尽可能的扩大“基地”的储电容量，但也不 能无限扩大，因为太阳能电池只能在白天发电，其日发电量 M＝发电功率（最 大输出功率）×有效光照时间×发电时间，由此它的日电量等于输出电流与有效 光照时间的乘积,即:C=IH(Ah)。而蓄电池的容量则使放电时间和放电电流的乘 积，因此计算公式为：C=IH(单位 Ah，就是额定 1A 的电流放电一小时)。那么 太阳能电池和蓄电池在容量和电量上使如何计算的呢？我们可以通过电功率公 式:P=IU 演化为:P=Iuh/h=CU/h。

中国太阳能光伏产业发展现状及未来发展趋势(精)

中国太阳能光伏产业发展现状及未来发展趋势 来源:CSIA 类历史上从未有如2009 年底哥本哈根会议那样的事件,会使“节能减排”、“低碳”等字眼如此深入人心,全球经济的发展方向和导航标也已然转向了低碳经济。太阳能作为一种清洁的可再生能源,是未来低碳社会的理想能源之一,当下正越来越受到世界各国的重视。产业概况太阳能光伏产业链是由硅提纯、硅锭/硅片生产、光伏电池制作、光伏电池组件制作、应用系统五个部分组成。在整个产业链中,从硅提纯到应用系统,技术门槛越来越低,相应地,企业数量分布也越来越多,且整个光伏产业链的利润主要是集中在上游的晶体硅生产环节,上游企业的盈利能力明显优于下游。 全球太阳能光伏产业发展现状全球太阳能光伏产业发展现状CSIA 最新研究报告称,目前太阳能电池主要分为单晶硅电池、多晶硅电池和薄膜电池三种。单晶硅电池技术成熟,光电转换效率高,但其生产成本较高,技术要求高;多晶硅电池成本相对较低,技术成熟,但光电转换效率相对较低;而薄膜电池成本低,发光效率高,但目前其在技术稳定性和规模生产上均存在一定的困难。随着技术的进步,未来薄膜电池会有更好的发展前景。 在各国政府的大力支持下,太阳能光伏产业得到了快速的发展。2006 年至2009 年,太阳能光伏电池产量的年均增长率为60%。由于受到2008 年金融危机的影 响,2009 年前两个季度光伏电池产量的增长速度有所放缓,但随着2009 年下半年市场需求的复苏, 2009 年全年的太阳能电池产量达到了10431MW,比2008 年增长42.5%。 年全球太阳能电池产量点击此处查看全部新闻图片 目前太阳能光伏发电的成本大约是燃煤成本的11—18 倍,因此目前各国光伏产业的发展大多依赖政府的补贴,政府的补贴规模决定着本国的光伏产业的发展规模。目前在政府的补贴力度上,以德国、西班牙、法国、美国、日本等发达国家的支持力度最大。2008 年,西班牙推出了优厚的光伏产业补贴政策,使其国内光伏产业

有关太阳能电池板的数据计算(1)

一，太阳能光电产品计算 下面以1kW输出功率，每天使用6个小时为例，介绍一下计算数据： 1.首先应计算出每天消耗的瓦时数(包括逆变器的损耗)： 通常逆变器的转换效率为90%（国内企业研制的大功率光伏逆变器最高转换率 已达98.8%），则当输出功率为P 1=1kW时，则实际需要输出功率应为P 2 =1kW/90％ =1.11kW；若按每天使用6小时，则耗电量为W 1 =1.11kW*6小时=6.66kWh。 2.蓄电池的选择： 按照蓄电池一次充满后连续放电（非浮充状态下）可供负载一天（6小时）使用 蓄电池采用规格: 2400WH/12V。 蓄电池容量：2400WH/12V=200AH，蓄电池每日放电量 6.66kw/12v=555Ah，即每天（6小时使用时间）的用电量为12V555Ah。蓄电池的最大放电深度最好保持在70%以内, 所以输入应为：W 2 =W 1 /0.7=6.66kwh/0.7=9.51kWh。 总共容量的计算：555Ah/0.7=792.85Ah≈800Ah，实际没有800AH的容量，可以用200AH四组就可以了． 3.太阳能电池容量的计算与当地的地理位置、太阳辐射、气侯等因素有关。首先计算标准辐照度下当地的年平均日照时数H（h） H＝年辐射总量（kcal/cm2）×1.63（Wh/kcal） 365×0.1（W/cm2） 式中0.1W/cm2是25℃，AM1.5光谱时的辐照度，也是太阳能电池的标准测试条件。 表1 我国各类地区太阳能年辐射量 将年总辐射量代入公式，可得到各地区标准辐照度下当地的年平均日照时数H （h），结果如表1 按每日有效日照时间为H小时计算，再考虑到充电效率和充电过程中的损耗，充电过程中，太阳能电池板的实际使用功率为70％。 太阳能电池板的输出功率应为P 3 =9.51kWh/H/70%=13.585/H(W)。 太阳能峰值功率WP是在标准条件下：辐射强度1000W/m2，大气质量AM15，电池温度25℃条件下，太阳能电池的输出功率。太阳能电池的额定输出功率与转换效率有关，一般来讲，单位面积的电池组件，转换效率越高，其输出功率越大。太阳能电池目前的转换效率一般在14-17%之间，每平方米的太阳能电池组件输出功率约140-170WP. 面积功率*面积=功率 我们按照面积电池（m2）光电转换效率为15%计算，假设此时太阳光的总功率为 1000W/m2组件的功率为P 3 =13.585/H(kW)

几种新型太阳能电池性能比较

以化合物半导体为基体制成的太阳能电池。在种类繁多的化合物半导体材料中，不乏兼备优良光电特性、高稳定性、宜于加工制造的太阳能电池材料。化合物可构成同质结太阳能电池、异质结太阳能电池和肖特基结太阳能电池。它既可制成高效或超高效太阳能电池，又可制成低成本大面积薄膜太阳能电池，从而拓宽了光电材料的研究范围，也极大地丰富了太阳能电池家族。目前，世界上光电转换效率最高的是化合物半导体太阳能电池(如砷化镓太阳能电池效率η=24%～28%)，或者是以化合物作为重要组分的太阳能电池(如砷化镓和硅叠合聚光太阳能电池效率η=32%～37%，薄膜硒铟铜/非晶硅太阳能电池效率η=14%～17%)。 在元素周期表中的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，如砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP);Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体，如硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、碲化锌(ZnTe)等，都具有直接禁带跃迁的能带结构，吸收系数大，结构比较稳定。若用Ⅰ-Ⅲ族元素取代Ⅱ-Ⅵ族化合物中的Ⅱ族元素，则得到Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族三元化合物，如硒铟铜(CuInSe)、硫铟铜(CuInS)等。对应地，用Ⅱ-Ⅳ族元素代替Ⅲ-Ⅴ族化合物中的Ⅲ族元素，则构成Ⅱ-Ⅳ-Ⅴ族三元化合物，如锌硅砷(ZnSiAs2)等。从中可以挑选禁带宽度适合于吸收不同波长的太阳光、且可制成低电阻p型或n型基体的化合物半导体来制造太阳能电池。 具有代表性的化合物半导体太阳能电池有砷化镓太阳能电池、硫化镉太阳能电池和硒铟铜太阳能电池。 砷化镓太阳能电池Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳能电池，其主要特点是： (1) GaAs的禁带宽度达1.43 eV，能有效地吸收太阳光，其理论效率达28%。 (2) GaAs是直接禁带跃迁材料，吸收系数大。吸收90%的太阳能只需5μm厚的GaAs，而硅则需厚为100μm以上才能吸收同样多的太阳能。 (3)耐高温，耐辐射，适宜于做聚光太阳能电池(聚光比可以高达1000～1735倍)，也适宜于做太空飞行器上用的太阳能电池。 砷化镓太阳能电池的主要缺点是：价格昂贵，功率/重量比小，表面复合速度大等。 自1956年砷化镓太阳能电池问世以来，已制成pn结GaAs同质结太阳能电池和GaAlAs/GaAs 异质面太阳能电池等。砷化镓还可以分别与元素半导体、其他化合物构成许多异质结构的多晶薄膜GaAs太阳能电池。砷化镓太阳能电池的结构类同于硅太阳能电池，开路电压为0.88～1.0 V，短路电流密度稍低，一般为20～30 mA/cm2。 硫化镉太阳能电池是最先问世的Ⅱ-Ⅵ族化合物太阳能电池。硫化镉的禁带宽度为2.42 eV，吸收系数大，是比较理想的异质结窗口材料，CdS-Cu2S太阳能电池的效率极限为17.8%。但在研究中发现，CdS-Cu2S电池在自然光照条件下，铜离子会在pn结中宏观迁移，因而造成输出功率下降。现在正在用CdTe和其他合适的材料来制造低成本薄膜太阳能电池。 碲化镉太阳能电池碲化镉具有稳定性好、薄膜沉积速度快、价格便宜等优点，因而碲化镉与硒铟铜同样被选为当前最有希望的两种薄膜化合物太阳能电池之一。其光电转换效率，1991年为12.5%，1995年为15.8%，2000年有可能达到18%而进入产业化生产。 硒铟铜太阳能电池性能最好的Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物太阳能电池。硒铟铜是目前已知的Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族三元化合物半导体中性能最好的光电材料，禁带宽度为1.01～1.04 eV，有直接能带结构，在异质结电池中可作为理想的基体材料。硒铟铜与硫化镉、碲化镉材料一样，可以用真空沉积法、喷涂法、丝网印刷法和悬浮电镀法制造薄膜电池。电池结构与硅薄膜电池类同。也可制成前壁型和后壁型两种。CuInSe电池的开路电压比硅的低，约为0.4～0.5 V，而短路电流密度可高达40 mA/cm2左右，是一种稳定性比较好的薄膜太阳能电池。其光电转换效率，1991年为13%，1995年为17%，2000年可达20%。

光伏电池的原理及发展现状

光伏电池的原理及发展现状 众所周知，太阳能是一种用之不竭、储量巨大的清洁可再生能源，每天到地球表面的辐射能量相当于数亿万桶石油燃烧的能量，太阳能开发与利用逐步成府重点发展的战略。热能和光能利用是太阳能应用的两种重要形式。光伏发电是利用光伏电池的光伏效应将太阳光的光能直接转换为电能的一种可再生、无污染的发电方式，正在全球范围内迅猛发展，其不仅要替代部分化石能源，而且未来将成为世界能源供应的主体，是世界各国可再生能源发展的重点。本文阐述了太阳能光伏电池的原理，综述了国内外光伏发电技术的发展现状及发展趋势。 光伏电池的原理及发展现状1839 年，法国的Edmond Becquerel 发现了光伏效应，即光照能使半导体材料内部的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流。光伏电池是基于半导体P- N 结接受太阳光照产生光伏效应，直接将光能转换成电能的能量转换器。1954 年，美国Bell 实验室的G．Pearson 等发明了单晶硅光伏电池，其原理如图1 所示。 图 1 中，太阳光照射到光伏电池表面，其吸收具有一定能量的光子，在内部产生处于非平衡状态的电子－空穴对;在P- N 结内建电场的作用下，电子、空穴分别被驱向N，P 区，从而在P- N 结附近形成与内建电场方向相反的光生电场;光生电场抵消P- N 结内建电场后的多余部分使P，N 区分别带正、负电，于是产生由N 区指向P 区的光生电动势; 当外接负载后，则有电流从P 区流出，经负载从N 区流入光伏电池。图2 为光伏电池等效电路，其中，Iph为与光伏电池面积、入射光辐照度成正比的光生电流（1 cm2硅光伏电池的Iph值为16 ～30 mA）;ID，Ish分别为P- N 结的正向电流、漏电流;串联电阻RS主要由电池体电阻、电极导体电阻等组成（RS一般＜1 ）;旁漏电阻Rsh 由硅片边缘不清洁或体内缺陷所致（Rsh一般为几k）;RL 为外接负载电阻，IL，UO 分别为光伏电池输出电压、电流;当负载开路（RL= ）时，UO即为开路电压Uoc，其与环境温度成反比、与电池面积无关（在100 mW/cm2的光谱辐照度下，硅光伏电池的Uoc一般为450 ～600 mV。与图2 对应的光伏电池解析模型，

(整理)太阳能电池性能研究项目简介.

CdS敏化太阳能电池性能研究 项目简介 申报意义： 面对能源的潜在危机和生态环境的不断恶化，基于能源及环境两方面的考虑，一种对环境友好的可再生能源的开发利用受到人们的关注。鉴于常规能源供给的有限性和环保压力的增加，太阳能是各种可再生能源中最重要最丰富的清洁能源，世界上许多国家掀起了开发利用太阳能的研究热潮。 采用无机半导体纳米粒子作为敏化纳晶薄膜太阳能电池的光敏剂具有明显的优点： 首先，无机半导体纳米粒子光吸性能可通过改变粒子尺寸来调节。而改变无机纳米半导体材料的尺寸小需要改变材料的化学组成，因此具有操作简单、方便的特点。 其次，无机半导体材料通常具有比有机染料分子更大的消光系数及更好的(光)化学稳定性。基于这些理论，无机半导体材料有望其成为一种可取代有机染料分予的光敏材料，而对无机纳米半导体敏化太阳能电池的研究对开发廉价有效的太阳能电池具有非常重要的意义。背景： 敏化太阳能电池是由一种通过在可见光区具有较强光吸收性能的有机或窄禁带无机半导体材料(敏化剂)吸收太阳光的光子能量后 将光生电荷转移到另一种宽禁带半导体材料，从而实现太阳能光电转换的光电转换太阳能电池系统。其中宽禁带半导体多为纳米多孔

Ti02。按照所用光敏化剂的种类不同，敏化太阳能电池可分为有机染料敏化太阳能电池和无机纳米材料敏化太阳能电池。 1991年，瑞士Gratzel研究小组研制出用羧酸联吡啶钌(II)染料敏化的Ti02纳米晶多孔膜的太阳能电池，称为Gratzel太阳能电池或染料敏化Ti02纳晶太阳能电池。目前，在染料敏化太阳能电池中普遍使用的，也是效率较好的敏化剂为钌的多联吡啶络台物系列染料。染料敏化纳米薄膜太阳能电池的制作方法简单，成本低，光电转换效率高，是目前广泛研究的太阳能电池系统。但可用作高效太阳能电池敏化剂的染料为数不多，许多染料在近红外区的吸收很弱，其吸收光谱不能与太阳光谱很好的匹配。因此大量的研究集中在合成能与太阳光谱很好的匹配的有机染料化合物。但新染料的合成通常需要比较复杂的合成及分离、提纯路线。 近年来，利用无机纳米半导体粒子作为光敏剂进行敏化纳晶太阳能电池的研究正在逐渐增多。已有的研究表明窄禁带半导体材料如PbS，CdS，CdSe，Ag2S，Sb2S3和Bi2S3等都可以用作敏化太阳能电池的光敏剂。 设想： CdS纳米半导体材料在太阳光可见区具有优良的光学吸收性能，而且其导带能级比Ti02的导带能级更负，因此当光激发CdS时产生的光生电子能有效地转移到Ti02的导带从而实现光生电子空穴的有效分离。同时CdS作为无机半导体材料还具有大的消光系数及优良的光化学 稳定性。因此CdS为一种优良的无机光敏剂材料。

太阳能电池板与蓄电池配置计算公式

太阳能电池板与蓄电池配置计算公式 一：首先计算出电流： 如：12V蓄电池系统； 30W的灯2只，共60瓦。 电流=60W-12V= 5A 二：计算出蓄电池容量需求： 如：路灯每夜累计照明时间需要为满负载7小时(h); (如晚上8：00 开启，夜11：30 关闭1 路，凌晨4：30 开启2 路，凌晨5：30 关闭) 需要满足连续阴雨天5 天的照明需求。(5 天另加阴雨天前一夜的照明，计6 天) 蓄电池=5A X7h X(5 + 1)天=5A X42h= 210AH 另外为了防止蓄电池过充和过放，蓄电池一般充电到90%左右；放电余留20%左右。 所以210AH也只是应用中真正标准的70%左右。 三：计算出电池板的需求峰值(WP)： 路灯每夜累计照明时间需要为7小时(h); ★：电池板平均每天接受有效光照时间为小时(h) ； 最少放宽对电池板需求20%的预留额。 W- = (5A X7h X120%— WP-= WP=162(W)

光伏发电系统计算方法 光伏系统的规模和应用形式各异，如系统规模跨度很大，小到几瓦的太阳能庭院灯，大到MV级的太阳能光伏电站。其应用形式也多种多样，在家用、交通、通信、空间应用等诸多领域都能得到广泛的应用。尽管光伏系统规模大小不一，但其组成结构和工作原理基本相同。 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11 0V,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：在很多场合，都需要提供220VAC 110VAC的交流电源。由于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。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器，如将24VDC的电能转换成5VDC的电能（注意，不是简单的降压）。光伏系统的设计包括两个方面：容量设计和硬件设计。

太阳能电池的研究现状及发展

太阳能电池的研究现状及发展 【摘要】近年来随着人们对环境的重视，对新能源的需要变得越来越大，太阳能成为新型能源将被广泛应用。黄铁矿结构的二硫化铁（FeS2）是一种具有合适的禁带宽度（Eg≈0.95eV）和较高光吸收系数（当λ≤700nm时，α=5×105cm-1）的半导体材料，而且其组成元素在地球上储量丰富、无毒，有很好的环境相容性。因此，FeS2薄膜在光电子以及太阳能电池材料等方面有潜在的应用前景，受到人们的广泛关注。本文从不同制备方法所制备出的二硫化铁薄膜的研究结果，来分析二硫化铁薄膜的研究状况。 【关键词】能源;二硫化铁;制备方法;光电性能 1.引言 太阳能电池自1954年由诺贝尔实验室和RCA公司几位杰出的科学家发明问世以来，由于地球变暖现象的日益严重，世界各国对二氧化碳的排放量均采取严格的管制，再加上石油匮乏，40年后将消耗殆尽，其价格持续攀升，这些因素都促成了对代替能源的重视与需求，也激发了太阳能产业的蓬勃发展。 太阳是一座聚合核反应器，它一刻不停地向四周空间放射出巨大的能量。它的发射功率为3.865×1026J/S（相当于烧掉1.32×1016ton标准煤释放出来的能量）。地球大气表层所接收的能量仅是其中的22亿分之一，但是地球一年接收的太阳的总能量却是现在人类消耗能源的12000倍。另外，根据文献记载太阳的质量为1.989×1030kg，根据爱因斯坦相对论（E=mc2）可以计算出太阳上氢的含量足够维持800亿年。而由地质资料得出的地球年龄远远小于这个数字。因此可以说太阳能是取之不尽、用之不竭的[1-3] 2.太阳能电池 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。 2.1 太阳能电池发展 目前，太阳能电池产品是以半导体为主要材料的光吸收材料，在器件结构上则使用P型与N型半导体所形成的PN结产生的内电场，从而分离带负电荷的电子与带正电荷的空穴而产生电压。由于晶体硅材料与器件在技术的成熟度方面领先于其他半导体材料，最早期的太阳能电池极为晶体硅制成，直到近几年晶体硅太阳能电池仍有大约90%的市场占有率。除了技术与投资门槛较低以外，不用担心硅原料匮乏等都是造成其市场占有率高的主因。 在晶体硅太阳能电池之后，大约从1980年起开始有非晶硅薄膜太阳能电池

太阳能电池板日发电量简易计算方法

太阳能电池板日发电量简易计算方法 太阳能电池板日发电量 简易计算方法 太阳能交流发电系统是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池共同组成；太阳能直流发电系统则不包括逆变器。为了使太阳能发电系统能为负载提供足够的电源，就要根据用电器的功率，合理选择各部件。太阳能发电系统的设计需要考虑如下因素： Q1、太阳能发电系统在哪里使用？该地日光辐射情况如何？ Q2、系统的负载功率多大？ Q3、系统的输出电压是多少，直流还是交流？ Q4、系统每天需要工作多少小时？ Q5、如遇到没有日光照射的阴雨天气，系统需连续供电多少天？ 下面以(负载)100W输出功率，每天使用6个小时为例，介绍一下计算方法： 1. 首先应计算出每天消耗的瓦时数(包括逆变器的损耗)： 若逆变器的转换效率为90％，则当输出功率为100W时，则实际需要输出功率应为100W/90％=111W；若按每天使用6小时，则耗电量为111W*6小时=666Wh，即0.666度电。 2. 计算太阳能电池板： 按每日有效日照时间为5小时计算，再考虑到充电效率和充电过程中的损耗，太阳能电池板的输出功率应为666Wh÷5h÷70% =190W。其中70％是充电过程中，太阳能电池板的实际使用功率。 3. 180瓦组件日发电量 180×0.7×5=567WH=0.63度 1MW日发电量=1000000×0.7×5=3500,000=3500度 例2：安10w灯，每天照明6小时，3个连雨天，如何计算太阳能电池板wp?以及12V 蓄电池ah? 每天的用电量: 10W X 6H= 60WH, 计算太阳能电池板: 假设你安装点的平均峰值日照时数为4小时. 则:60WH/4小时, = 15WP 太阳能电池板. 再计算充放电损耗, 以及每天需要给太阳能电池板的补充: 15WP/0.6= 25WP, 也就是一块25W的太阳能电池板就够了. 再计算蓄电池. 60WH/12V=5AH. 每天要用12V5AH的电量. 三天则为12V15AH.

太阳能电池发展现状及存在的主要问题

太阳能电池发展现状及存在的主要问题 晨怡热管2008-10-17 23:05:45 一、2005年国际太阳能电池产业发展情况 2005年，世界太阳能电池总产量1656MW，其中日本仍居首位，762M W，占世界总产量的46％，欧洲为464M W，占总产量的28％，美国156M W，占总产量的9％，其他274MW，占总产量的17％。 2004年全球前14位太阳能电池公司总产量达到1055MW，占当年世界总产量的88.3％，近五年来，日本Sharp公司一直领先，2004年产量达到324MW，见表1。

以2004年数据分析，各种太阳能电池中硅基太阳能电池占总产量的98％，晶体硅太阳能电池占总产量的84.6％，多晶硅太阳能电池占总量的56％，见表2。

2005年，世界光伏市场安装量1460M W，比2004年增长34％，其中德国安装最多，为837MW，比2004年增长53％，占世界总安装量的57％；欧洲为920MW，占总世界安装量的63％，日本安装量292M W，增幅为14％，占世界总安装量的20％；美国安装量为102MW，占世界总安装量的7％，其他安装量为146M W，占世界总安装量的10％。

至2005年全世界光伏系统累计安装量已超过5GW，2005年一年内投资太阳能电池制造业的资金超过10亿美元。现在，一个世界性的问题是制造太阳能的电池的硅原材料紧缺，尽管2005年全世界硅原材料供应增长了12％，但仍然供不应求，国际上长期供货合同抬价25％。持续的硅材料紧缺将对2006年太阳能电池生产产生较大的影响，预计2006年世界太阳能电池产量的增幅将不限制在10％左右。要解决硅材料的紧缺问题预计将需要5年以上的时间。 根据光伏市场需求预测，到2010年，全世界光伏市场年安装量将在3.2G到3.9GW之间，而光伏工业年收入将达到186美元到231亿美元。 日本和欧美各国都提出了各自的中长期PV发展路线图。 按日本的PV路线图（TV Roadmap 2030），到2030年PV电力将达到居民电力消耗的50％（累计安装容量约为100GW），具体的发展目标见表3和表4。

太阳能电池计算(苍松参考)

单晶硅太阳能电池板，铝合金边框，钢化玻璃面板 拍前请确认货期。 详细参数： 多晶硅太阳能板100W 可充12V/24V 净重：11KGS 工作电压：33.5V 工作电流：2.99A 开路电压：41.5V 短路电流：3.57A 蓄电池：24V/12V 二、产品特点： ●采用平均转换效率在15%以上的优质单晶硅太阳电池单片，具有优良的弱光 响应性能，符合IEC61215和电气保护II级标准。太阳能电池转换效率高。 而且太阳能电池板阵列一次性性能佳。 ●太阳能电池板阵列的表面采用高透光绒面钢化玻璃封装，气密性、耐候性好， 抗腐蚀。 ●阳极氧化铝边框：机械强度高，具有良好的抗风性和防雹性，可在各种复杂 恶劣的气候条件下使用，便于安装。 ●太阳能电池板在制造时，先进行化学处理，表面做成了一个象金字塔一样的 绒面，能减少反射，更好地吸收光能。 ●采用双栅线，使组件的封装的可靠性更高。 ●太阳能电池板阵列抗冲击性能佳，符合IEC国际标准。 ●太阳能电池板阵列层之间采用双层EVA材料以及TPT复合材料，组件气密性 好，抗潮，抗紫外线好，不容易老化。 ●直流接线盒：采用密封防水、高可靠性多功能ABS塑料接线盒，耐老化防水 防潮性能好；连接端采用易操作的专用公母插头，使用安全、方便、可靠。 ●带有旁路二极管能减少局部阴影而引起的损害。 ●工作温度：-40℃～+90℃ ●使用寿命可达20年以上，衰减小于20%。 三、问题集锦： 1、什么是太阳能电池 答：太阳能电池是基于半导体的光伏效应将太阳辐射直接转换为电能的半导体器件。现在商品化的太阳能电池主要有以下几种类型：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池，目前还有碲华镉电池、铜铟硒电池、纳米氧化钛敏化电池、多晶硅薄膜太阳能电池及有机太阳能电池等。

太阳能电池特性测量

太阳能电池特性实验仪 能源短缺和地球生态环境污染已经成为人类面临的最大问题。本世纪初进行的世界能源储量调查显示，全球剩余煤炭只能维持约216年，石油只能维持45年，天然气只能维持61年，用于核发电的铀也只能维持71年。另一方面，煤炭、石油等矿物能源的使用，产生大量的CO 2、SO 2等温室气体，造成全球变暖，冰川融化，海平面升高，暴风雨和酸雨等自然灾害频繁发生，给人类带来无穷的烦恼。根据计算，现在全球每年排放的CO 2已经超过500亿吨。我国能源消费以煤为主，CO 2的排放量占世界的15%，仅次于美国，所以减少排放CO 2、SO 2广义地说，太阳光的辐射能、水能、风能、生物质能、潮汐能都属于太阳能,它们随着太阳和地球的活动，周而复始地循环，几十亿年内不会枯竭，因此我们把它们称为可再生能源。太阳的光辐射可以说是取之不尽、用之不竭的能源。太阳与地球的平均距离为1亿5千万公里。 在地球大气圈外，太阳辐射的功率密度为1.353kW /m 等温室气体，已经成为刻不容缓的大事。推广使用太阳辐射能、水能、风能、生物质能等可再生能源是今后的必然趋势。 2 ，称为太阳常数。到达地球表面时，部分太阳光被大气层吸收，光辐射的强度降低。在地球海平面上，正午垂直入射时，太阳辐射 的功率密度约为1kW /m 2 太阳能发电有两种方式。光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成蒸气，再驱动汽轮机发电，太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高。光—电直接转换方式是利用光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能，光—电转换的基本装置就是太阳能电池。 ，通常被作为测试太阳电池性能的标准光辐射强度。太阳光辐射的能量非常巨大，从太阳到地球的总辐射功率比目前全世界的平均消费电力还要大数十万倍。每年到达地球的辐射能相当于49000亿吨标准煤的燃烧能。太阳能不但数量巨大，用之不竭，而且是不会产生环境污染的绿色能源，所以大力推广太阳能的应用是世界性的趋势。 与传统发电方式相比，太阳能发电目前成本较高，所以通常用于远离传统电源的偏远地区，2002年，国家有关部委启动了“西部省区无电乡通电计划”，通过太阳能和小型风力发电解决西部七省区无电乡的用电问题。随着研究工作的深入与生产规模的扩大，太阳能发电的成本下降很快，而资源枯竭与环境保护导致传统电源成本上升。太阳能发电有望在不久的将来在价格上可以与传统电源竞争，太阳能应用具有光明的前景。 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，聚合物太阳能电池，有机太阳能电池等。其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。 本实验研究单晶硅，多晶硅，非晶硅3种太阳能电池的特性。 实验内容 1． 太阳能电池的暗伏安特性测量 2． 测量太阳能电池的开路电压和光强之间的关系 3． 测量太阳能电池的短路电流和光强之间的关系 4． 太阳能电池的输出特性测量

中国光伏发电的发展现状及趋势知识讲解

中国光伏发电的发展现状及趋势

中国光伏发电的发展现状及趋势 苏青峰上海联孚新能源科技有限公司 太阳能作为一种可永续利用、可再生的清洁能源，有着巨大的开发应用潜力。太阳每秒钟放射的能量大约是1.6×1023kW，其中到达地球的能量高达8×1013kW，相当于6×109t标准煤。太阳30分钟辐照地球的能量就够全世界1年的能源消耗。人类赖以生存的自然资源几乎全部转换自太阳能，人类利用太阳能的历史更是可以追溯到人类起源时代。太阳能是人类得以生存和发展所需的最基础的能源形式，从现代科技的发展来看，太阳能开发利用技术的进步有可能决定着人类未来的生活方式。 据IEA发布预测：2006年至2030年世界一次能源需求从117.3亿吨油当量增长了170.1多亿吨油当量，平均年增长45%。石油将在50年左右枯竭，天然气将在57~65年内枯竭，煤还可以供应169年。能源消耗远大于能源的供给，能源天平严重失衡，严峻的能源形势已摆在世人面前，人类正面临前所未有的能源危机。 目前，全球二氧化碳的排放量已达到300亿吨。如不加控制，将在2030年达到400亿吨，人类的生存环境面临着前所未有的挑战和危机。在已知的新能源形式中，太阳能肯定能够满足人类发展的能量需求。太阳能光伏发电的应用将能够有效降低环境污染，改善全球能源紧缺状况。当今，国家已把“节能减排、安全环保”作为“十一五”期间能源利用与发展的重点方向和目标，并列入了国家发改委“十六个重大专项”。

太阳能光伏发电技术的开发始于20世纪50年代。随着全球能源形势趋紧，太阳能光伏发电作为一种可持续的能源替代方式，于近年得到迅速发展。随着全球经济和科学技术的飞速发展，世界许多国家将光伏发电作为发展的重点，光伏产业的技术进步已经使太阳能应用成为可能，并首先在太阳能资源丰富的国家，如德国和日本，得到了大面积的推广和应用。在国际市场和国内政策的拉动下，中国的光伏产业逐渐兴起，并迅速成为后起之秀，涌现出无锡尚德、南京中电、江苏林洋、常州天合和天威英利等一大批优秀的光伏企业，带动了上下游企业的发展，中国光伏发电产业链正在形成。 随着传统能源的日益枯竭和石油价格的不断上升，以及人们对自身生存环境要求的不断提升，积极寻找新的替代能源已刻不容缓，作为无污染的清洁能源，太阳电池必将会得到迅速的发展。虽然太阳能光伏发电成本较高，但是从长远看，随着技术的进步，以及其他能源利用形式的逐渐饱和，太阳能可以在2015年之后成为主流能源利用形式，有着不可估量的发展潜力。国际经验表明，政策扶持是光伏产业发展的最主要驱动力，政府的政策导向将决定光伏产业的发展水准和市场需求，太阳能产业的发展对我们国家能源的开发和利用具有极其深远的意义。 光伏产业市场现状 在全球气候变暖、人类生态环境恶化、常规能源资源短缺并造成环境污染的形势下，太阳能光伏发电技术普遍得到各国政府的重