太阳能学习资料

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1、太阳能学习资料！（YY版)一、基本知识1 00 纳米（nm) = 微米（m)1 00 微米（m) = 毫米(m）1 00毫米（mm）= 米 (m） 太阳能电池是一种能将光能直接转换成电能的半导体器件，其结构如图所示。它实质上是一个大面积的半导体P结。硅光电池的基体材料为一薄片P型单晶硅，其厚度在0。44mm以栅状电极下，在它的表面上利用热扩散法生成一层N型受光层,基体和受光层的交接处形成P结。在型受光层上制作有栅状负电极,另外在受光面上还均匀覆盖有抗反射膜,它是一层很薄的天蓝色一氧化硅膜，可以使电池对有效人射光的吸收率达到0以上,并使硅光电池的短路电流增加25%30%。 硅光电池的工作原理是光

2、生伏特效应。当光照射在硅光电池的PN结区时,会在半导体中激发出光生电子一空穴对。P结两边的光生电子一空穴对，在内电场的作用下，属于多数载流子的不能穿越阻挡层，而少数载流子却能穿越阻挡层。结果,P区的光生电子进入N区，N区的光生空穴进入p区,使每个区中的光生电子一空穴对分割开来。光生电子在N区的集结使区带负电，光生电子在p区的集结使P区带正电。P区和N区之间产生光生电动势。当硅光电池接人负载后,光电流从区经负载流至NE，负载中即得到功率输出。 晶体硅太阳电池工作原理及示意图太阳辐射能光子转变为电能的过程,叫“光生伏打效应”,人们把能产生“光生伏打效应”的器件称为“光伏器件”；因为半导体PN结器件

3、在阳光下的光电转换效率最高，所以通常把这类光伏器件称为“太阳电池”。晶体硅太阳电池是指：单晶硅片为基体的单晶硅太阳电池与多晶硅晶片为基体的多晶硅太阳电池的总称. fon=宋体ize0.5pt晶体硅太阳电池是具有-N结结构的半导体器件.太阳电池吸收太阳光能后，激发产生电子、空穴对,电子、空穴对被半导体内部P结自建电场分开，电子流入n区，空穴流入区，形成光生电场。将晶体硅太阳电池的正、负电极与外接电路连接，外接电路中就有光ft宋体iz=1.5pt生电流流过。 制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种，因此太阳电池的种类也很多;目前技术最成熟,并最具有商业价值的太阳电池要算晶体硅太阳电池，即单晶硅太阳

4、电池和多晶硅太阳电池的统称，商品化太阳电池市场0是晶体硅太阳电池。 太阳电池发电直接利用取之不竭、无处不有的太阳能，不消耗工质、不排放废物、无转动、无噪声，是一种理想的清洁安全新能源.使用上具有结构简单、易安装、建设周期短，维护简便甚至免维护,应用范围广等优点. 通常将多个太阳电池片串、并联成一定电性能的太阳电池串，封装成具有机械强度的太阳电池组件。太阳电池方阵是太阳电池的组合体，将多个组件固定在支架上，用导线连在一起,产生系统所需的电压和电流. 太阳能光伏光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可

5、以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并为电网供电。 光伏板组件可以制成不同形状,而组件又可连接,以产生更多电力。近年，天台及建筑物表面均会使用光伏板组件,甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。 太阳热能 现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力.除了运用适当的科技来收集太阳能外,建筑物亦可利用太阳的光和热能，方法是在设计时加入合适的装备，例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料. 【利用太阳能的历史】 据记载，人类利用太阳能已有300多年

6、的历史。将太阳能作为一种能源和动力加以利用，只有300多年的历史.真正将太阳能作为“近期急需的补充能源”,“未来能源结构的基础”，则是近来的事。20世纪7年代以来,太阳能科技突飞猛进，太阳能利用日新月异。近代太阳能利用历史可以从115年法国工程师所罗门德考克斯在世界上发明第一台太阳能驱动的发动机算起。该发明是一台利用太阳能加热空气使其膨胀做功而抽水的机器。在1615年190年之间,世界上又研制成多台太阳能动力装置和一些其它太阳能装置.这些动力装置几乎全部采用聚光方式采集阳光，发动机功率不大，工质主要是水蒸汽,价格昂贵,实用价值不大,大部分为太阳能爱好者个人研究制造。2世纪的100年间，太阳能科

7、技发展历史大体可分为七个阶段. 第一阶段(1900190年） 在这一阶段,世界上太阳能研究的重点仍是太阳能动力装置，但采用的聚光方式多样化，且开始采用平板集热器和低沸点工质,装置逐渐扩大,最大输出功率达7.64kW，实用目的比较明确，造价仍然很高。建造的典型装置有:1年,在美国加州建成一台太阳能抽水装置,采用截头圆锥聚光器，功率:7。3kW;192 1908年，在美国建造了五套双循环太阳能发动机，采用平板集热器和低沸点工质；913年，在埃及开罗以南建成一台由5个抛物槽镜组成的太阳能水泵,每个长。5m，宽，总采光面积达12502. 第二阶段(1201945年)在这0多年中，太阳能研究工作处于低潮

8、，参加研究工作的人数和研究项目大为减少，其原因与矿物燃料的大量开发利用和发生第二次世界大战（91945年）有关，而太阳能又不能解决当时对能源的急需，因此使太阳能研究工作逐渐受到冷落。 第三阶段(195195年）在第二次世界大战结束后的2年中，一些有远见的人士已经注意到石油和天然气资源正在迅速减少，呼吁人们重视这一问题,从而逐渐推动了太阳能研究工作的恢复和开展，并且成立太阳能学术组织,举办学术交流和展览会，再次兴起太阳能研究热潮。 在这一阶段,太阳能研究工作取得一些重大进展，比较突出的有：195年,美国贝尔实验室研制成实用型硅太阳电池，为光伏发电大规模应用奠定了基础;95年,以色列泰伯等在第一次

9、国际太阳热科学会议上提出选择性涂层的基础理论，并研制成实用的黑镍等选择性涂层，为高效集热器的发展创造了条件。此外，在这一阶段里还有其它一些重要成果,比较突出的有： 192年，法国国家研究中心在比利牛斯山东部建成一座功率为50的太阳炉。1年，在美国佛罗里达建成世界上第一套用平板集热器供热的氨-水吸收式空调系统,制冷能力为5冷吨。191年，一台带有石英窗的斯特林发动机问世.在这一阶段里，加强了太阳能基础理论和基础材料的研究,取得了如太阳选择性涂层和硅太阳电池等技术上的重大突破.平板集热器有了很大的发展，技术上逐渐成熟。太阳能吸收式空调的研究取得进展,建成一批实验性太阳房.对难度较大的斯特林发动机和

10、塔式太阳能热发电技术进行了初步研究。 第四阶段（1961973年） 这一阶段，太阳能的研究工作停滞不前,主要原因是太阳能利用技术处于成长阶段，尚不成熟，并且投资大,效果不理想,难以与常规能源竞争，因而得不到公众、企业和政府的重视和支持。 第五阶段(197318年) 自从石油在世界能源结构中担当主角之后,石油就成了左右经济和决定一个国家生死存亡、发展和衰退的关键因素，17年0月爆发中东战争，石油输出国组织采取石油减产、提价等办法,支持中东人民的斗争，维护本国的利益.其结果是使那些依靠从中东地区大量进口廉价石油的国家，在经济上遭到沉重打击. 于是，西方一些人惊呼：世界发生了“能源危机（有的称“石油

11、危机”）。这次“危机在客观上使人们认识到：现有的能源结构必须彻底改变,应加速向未来能源结构过渡。从而使许多国家，尤其是工业发达国家，重新加强了对太阳能及其它可再生能源技术发展的支持,在世界上再次兴起了开发利用太阳能热潮。97年,美国制定了政府级阳光发电计划,太阳能研究经费大幅度增长,并且成立太阳能开发银行，促进太阳能产品的商业化。日本在194年公布了政府制定的“阳光计划”,其中太阳能的研究开发项目有：太阳房、工业太阳能系统、太阳热发电、太阳电池生产系统、分散型和大型光伏发电系统等。为实施这一计划,日本政府投入了大量人力、物力和财力。70年代初世界上出现的开发利用太阳能热潮,对我国也产生了巨大影

12、响。一些有远见的科技人员,纷纷投身太阳能事业,积极向政府有关部门提建议,出书办刊，介绍国际上太阳能利用动态；在农村推广应用太阳灶 ，在城市研制开发太阳能热水器，空间用的太阳电池开始在地面应用。 75年，在河南安阳召开“全国第一次太阳能利用工作经验交流大会,进一步推动了我国太阳能事业的发展.这次会议之后，太阳能研究和推广工作纳入了我国政府计划，获得了专项经费和物资支持。一些大学和科研院所,纷纷设立太阳能课题组和研究室，有的地方开始筹建太阳能研究所。当时,我国也兴起了开发利用太阳能的热潮。这一时期，太阳能开发利用工作处于前所未有的大发展时期，具有以下特点： 各国加强了太阳能研究工作的计划性，不少国

13、家制定了近期和远期阳光计划。开发利用太阳能成为政府行为,支持力度大大加强。国际间的合作十分活跃，一些第三世界国家开始积极参与太阳能开发利用工作. 研究领域不断扩大，研究工作日益深入，取得一批较大成果，如CPC、真空集热管、非晶硅太阳电池、光解水制氢、太阳能热发电等。 各国制定的太阳能发展计划，普遍存在要求过高、过急问题，对实施过程中的困难估计不足,希望在较短的时间内取代矿物能源，实现大规模利用太阳能.例如，美国曾计划在185年建造一座小型太阳能示范卫星电站，195年建成一座0万W空间太阳能电站。事实上，这一计划后来进行了调整，至今空间太阳能电站还未升空。 太阳热水器、太阳电池等产品开始实现商业

14、化，太阳能产业初步建立，但规模较小，经济效益尚不理想。 第六阶段（9801992年） 0年代兴起的开发利用太阳能热潮，进入0年代后不久开始落潮，逐渐进入低谷。世界上许多国家相继大幅度削减太阳能研究经费,其中美国最为突出.导致这种现象的主要原因是:世界石油价格大幅度回落,而太阳能产品价格居高不下，缺乏竞争力；太阳能技术没有重大突破，提高效率和降低成本的目标没有实现,以致动摇了一些人开发利用太阳能的信心；核电发展较快，对太阳能的发展起到了一定的抑制作用。 受80年代国际上太阳能低落的影响,我国太阳能研究工作也受到一定程度的削弱，有人甚至提出:太阳能利用投资大、效果差、贮能难、占地广，认为太阳能是未

15、来能源,主张外国研究成功后我国引进技术.虽然，持这种观点的人是少数,但十分有害,对我国太阳能事业的发展造成不良影响。这一阶段,虽然太阳能开发研究经费大幅度削减，但研究工作并未中断，有的项目还进展较大，而且促使 人们认真地去审视以往的计划和制定的目标，调整研究工作重点，争取以较少的投入取得较大的成果。 第七阶段（192年至今） 由于大量燃烧矿物能源，造成了全球性的环境污染和生态破坏,对人类的生存和发展构成威胁。在这样背景下，192年联合国在巴西召开“世界环境与发展大会”，会议通过了里约热内卢环境与发展宣言，2世纪议程和联合国气候变化框架公约等一系列重要文件,把环境与发展纳入统一的框架,确立了 可

16、持续发展的模式.这次会议之后,世界各国加强了清洁能源技术的开发，将利用太阳能与环境保护结合在 一起,使太阳能利用工作走出低谷，逐渐得到加强。世界环发大会之后，我国政府对环境与发展十分重视,提出10条对策和措施，明确要“因地制宜地开发和推广太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质能等清洁能源”，制定了中国2世纪议程，进一步明确 了太阳能重点发展项目.9年国家计委、国家科委和国家经贸委制定了新能源和可再生能源发展纲要 （196 10年），明确提出我国在199201年新能源和可再生能源的发展目标、任务以及相应的对策和措施 。这些文件的制定和实施，对进一步推动我国太阳能事业发挥了重要作用。 96年，联合国

17、在津巴布韦召开“世界太阳能高峰会议”,会后发表了哈拉雷太阳能与持续发展宣言 ，会上讨论了世界太阳能1年行动计划（196 205年),国际太阳能公约，世界太阳能战略规划等重要文件.这次会议进一步表明了联合国和世界各国对开发太阳能的坚定决心，要求全球共同行动 ，广泛利用太阳能。1992年以后，世界太阳能利用又进入一个发展期,其特点是:太阳能利用与世界可持续发展和环境保护紧密结合，全球共同行动，为实现世界太阳能发展战略而努力；太阳能发展目标明确，重点突出，措施得力，有利于克服以往忽冷忽热、过热过急的弊端，保证太阳能事业的长期发展；在加大太阳能研究开发力度的同时，注意科技成果转化为生产力，发展太阳能产

18、业，加速商业化进程,扩大太阳能利用领域和规模，经济效益逐渐提高；国际太阳能领域的合作空前活跃,规模扩大，效果明显。通过以上回顾可知，在本世纪1年间太阳能发展道路并不平坦，一般每次高潮期后都会出现低潮期，处于低潮的时间大约有45年。太阳能利用的发展历程与煤、石油、核能完全不同,人们对其认识差别大，反复多,发展时间长。这一方面说明太阳能开发难度大,短时间内很难实现大规模利用；另一方面也说明太阳能利用还受矿物能源供应，政治和战争等因素的影响，发展道路比较曲折.尽管如此，从总体来看，20世纪取得的太阳能科技进步仍比以往任何一个世纪都大。 【利弊】 优点:(）普遍：太阳光普照大地，无论陆地或海洋,无论高

19、山或岛屿，都处处皆有,可直接开发和利用，且勿须开采和运输。 （2）无害:开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的. （）巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于30万亿t标煤,其总量属现今世界上可以开发的最大能源. (4）长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲,可以说太阳的能量是用之不竭的. 缺点: （）分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。平均说来,北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳辐射的辐照度最大,在垂直于太阳光方向1平

20、方米面积上接收到的太阳能平均有0W左右；若按全年日夜平均,则只有200W左右。而在冬季大致只有一半,阴天一般只有1/5左右，这样的能流密度是很低的。因此,在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。 （2）不稳定性:由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的,又是极不稳定的,这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题,即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来,以供夜间或阴雨

21、天使用，但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。(3)效率低和成本高：目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置,因为效率偏低，成本较高，总的来说,经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内,太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。太阳能利用中的经济问题: 第一，世界上越来越多的国家认识到一个能够持续发展的社会应该是一个既能满足社会需要，而又不危及后代人前途的社会。因此，尽可能多地用洁净能源代替高含碳量的矿物能源,是能源建设应该遵循的原则。随着能源形式的变化，常规能源的贮量日益下降,其价格必然上涨,而控制环境污染也必须增大投资

22、。 第二,我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭约占商品能源消费结构的76%,已成为我国大气污染的主要来源。大力开发新能源和可再生能源的利用技术将成为减少环境污染的重要措施.能源问题是世界性的，向新能源过渡的时期迟早要到来。从长远看，太阳能利用技术和装置的大量应用，也必然可以制约矿物能源价格的上涨。【我国太阳能资源】 在我国,西藏西部太阳能资源最丰富，最高达233 Kh/ (日辐射量6.K/ ），居世界第二位，仅次于撒哈拉大沙漠。 根据各地接受太阳总辐射量的多少，可将全国划分为五类地区。 一类地区 为我国太阳能资源最丰富的地区,年太阳辐射总量68400MJ，相当于日辐射量5.1。4KWh/

23、。这些地区包括宁夏北部、甘肃北部、新疆东部、青海西部和西藏西部等地。尤以西藏西部最为丰富，最高达2333 K/(日辐射量6.4K/)，居世界第二位，仅次于撒哈拉大沙漠。二类地区 为我国太阳能资源较丰富地区，年太阳辐射总量为5856680 MJm2，相当于日辐射量455。1Wh/。这些地区包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地。 三类地区 为我国太阳能资源中等类型地区,年太阳辐射总量为50080 MJ/m，相当于日辐射量3。85KWh/。主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建

24、南部、苏北、皖北、台湾西南部等地。 四类地区 是我国太阳能资源较差地区，年太阳辐射总量40050 M/,相当于日辐射量.23。8Kh/。这些地区包括湖南、湖北、广西、江西、浙江、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏北部、安徽南部以及黑龙江、台湾东北部等地. 五类地区 主要包括四川、贵州两省，是我国太阳能资源最少的地区，年太阳辐射总量335000MJ，相当于日辐射量只有。53.2KW/。 太阳能辐射数据可以从县级气象台站取得,也可以从国家气象局取得。从气象局取得的数据是水平面的辐射数据，包括:水平面总辐射,水平面直接辐射和水平面散射辐射。 从全国来看，我国是太阳能资源相当丰富的国家，绝大多数地区年

25、平均日辐射量在4 kWh以上，西藏最高达7 kW/。【太阳能热利用】 就目前来说,人类直接利用太阳能还处于初级阶段，主要有太阳能集热、太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电等方式。太阳能集热器 太阳能热水器装置通常包括太阳能集热器、储水箱、管道及抽水泵其他部件。另外在冬天需要热交换器和膨胀槽以及发电装置以备电厂不能供电之需 。太阳能集热器（soar coector)在太阳能热系统中,接受太阳辐射并向传热工质传递热量的装置。按传热工质可分为液体集热器和空气集热器。按采光方式可分为聚光型和聚光型集热器两种.另外还有一种真空集热器：一个好的太阳能集热器应该能用2030年。自从大约1980年以来所制作

26、的集热器更应维持00年且很少进行维修。 太阳能热水系统 早期最广泛的太阳能应用即用于将水加热,现今全世界已有数百万太阳能热水装置。太阳能热水系统主要元件包括收集器、储存装置及循环管路三部分.此外，可能还有辅助的能源装置(如电热器等)以供应无日照时使用，另外尚可能有强制循环用的水,以控制水位或控制电动部份或温度的装置以及接到负载的管路等.依循环方式太阳能热水系统可分两种： 1、自然循环式： 此种型式的储存箱置于收集器上方。水在收集器中接受太阳辐射的加热，温度上升，造成收集器及储水箱中水温不同而产生密度差，因此引起浮力,此一热虹吸现像，促使水在除水箱及收集器中自然流动。由与密度差的关系，水流量于收

27、集器的太阳能吸收量成正比。此种型式因不需循环水,维护甚为简单,故已被广泛采用。 2、强制循环式： 热水系统用水使水在收集器与储水箱之间循环。当收集器顶端水温高于储水箱底部水温若干度时,控制装置将启动水使水流动.水入口处设有止回阀以防止夜间水由收集器逆流，引起热损失.由此种型式的热水系统的流量可得知(因来自水的流量可知），容易预测性能，亦可推算于若干时间内的加热水量。如在同样设计条件下,其较自然循环方式具有可以获得较高水温的长处,但因其必须利用水，故有水电力、维护(如漏水等）以及控制装置时动时停,容易损坏水等问题存在。因此，除大型热水系统或需要较高水温的情形,才选择强制循环式，一般大多用自然循环

28、式热水器。 暖房 利用太阳能作房间冬天暖房之用，在许多寒冷地区已使用多年.因寒带地区冬季气温甚低,室内必须有暖气设备，若欲节省大量化石能源的消耗,设法应用太阳辐射热。大多数太阳能暖房使用热水系统,亦有使用热空气系统。太阳能暖房系统是由太阳能收集器、热储存装置、辅助能源系统，及室内暖房风扇系统所组成，其过程乃太阳辐射热传导,经收集器内的工作流体将热能储存,在供热至房间.至辅助热源则可装置在储热装置内、直接装设在房间内或装设于储存装置及房间之间等不同设计。当然亦可不用储热双置而直接将热能用到暖房的直接式暖房设计,或者将太阳能直接用于热电或光电方式发电，在加热房间，或透过冷暖房的热装置方式供作暖房使

29、用.最常用的暖房系统为太阳能热水装置,其将热水通至储热装置之中（固体、液体或相变化的储热系统）,然后利用风扇将室内或室外空气驱动至此储热装置中吸热，在把此热空气传送至室内；或利用另一种液体流至储热装置中吸热，当热流体流至室内，在利用风扇吹送被加热空气至室内，而达到暖房效果。 太阳能发电 即直接将太阳能转变成电能，并将电能存储在电容器中,以备需要时使用。【空间太阳能电源】 第一个空间太阳电池载于1958年发射的Vantuard，体装式结构，单晶Si衬底,效率约0%(28）.到了97年代，人们改善了电池结构，采用SF、光刻技术及更好减反射膜等技术，使电池的效率增加到14。在70年代和0年代，地面太

30、阳电池大约每5。5年全球产量翻番;而空间太阳电池在空间环境下的性能，如抗辐射性能等得到了较大改善。由于80年代太阳电池的理论得到迅速发展，极大地促进了地面和空间太阳电池性能的改善。到了9年代,薄膜电池和电池的研究发展很快,而且聚光阵结构也变得更经济，空间太阳电池市场竞争十分激烈。在继续研究更高性能的太阳电池,主要有两种途径:研究聚光电池和多带隙电池。 空间太阳电池主要性能电池效率 由于太阳电池在不同光强或光谱条件下效率一般不同,对于空间太阳电池一般采用AM0光谱(1。367KW/）,对于地面应用一般采用AM1.5光谱(即地面中午晴空太阳光,.00 Km2）作为测试电池效率的标准光源.太阳电池在

31、M光谱效率一般低于M1.5光谱效率24个百分点，例如一个AM0效率为16的i太阳电池5效率约为1）。 5,AM0条件下太阳电池效率 电池类型 面积（c2) 效率(） 电池结构 一般S太阳电池64m 146 单结太阳电池 先进Si太阳电池4cm 20.8单结太阳电池A太阳电池 4m2 218 单结太阳电池 InP太阳电池 4cm2 . 单结太阳电池 n/GaAs 4m 2.9 单片叠层双结太阳电池 GaI/aAs/Ge4cm2 25. 单片叠层双结太阳电池 GaInP/GaAs/Ge4cm 20单片叠层三结太阳电池 聚光电池 GaA太阳电池 007 2.6 1GnP/aAs 0。25 264 5

32、,单片叠层双结太阳电池 GA/Gab 0 30。50X,机械堆叠太阳电池 空间太阳电池在大气层外工作，在近地球轨道太阳平均辐照强度基本不变,通常称为A0辐照,其光谱分布接近580K黑体辐射光谱，强度1353mW/m2.因此空间太阳电池多采用AM0光谱设计和测试。 空间太阳电池通常具有较高的效率，以便在空间发射的重量、体积受限制的条件下，能获得特定的功率输出。特别在一些特定的发射任务中,如微小卫星(重量在0公斤)上应用,要求单位面积或单位重量的比功率更高。抗辐照性能 空间太阳电池在地球大气层外工作，必然会受到高能带电粒子的辐照,引起电池性能的衰减,主要原因是由于电子或质子辐射使少数载流子的扩散长

33、度减小。其光电参数衰减的程度取决于太阳电池的材料和结构.还有反向偏压、低温和热效应等因素也是电池性能衰减的重要原因，尤其对叠层太阳电池，由于热胀系数显著不同，电池性能衰减可能更严重。 空间太阳电池的可靠性 光伏电源的可靠性对整个发射任务的成功起关键作用，与地面应用相比,太阳电池/阵的费用高低并不重要，因为空间电源系统的平衡费用更高，可靠性是最重要的.空间太阳电池阵必须经过一系列机械、热学、电学等苛刻的可靠性检验。 Si太阳电池 硅太阳电池是最常用的卫星电源,从190年代起,由于空间技术的发展,各种飞行器对功率的需求越来越大，在加速发展其他类型电池的同时,世界上空间技术比较发达的美、日和欧空局等

34、国家，都相继开展了高效硅太阳电池的研究。以日本SHRP公司、美国的SUNPOWER公司以及欧空局为代表，在空间太阳电池的研究发展方面领先。其中，以发展背表面场（BSF)、背表面反射器（BSR）、双层减反射膜技术为第一代高效硅太阳电池，这种类型的电池典型效率最高可以做到15左右，目前在轨的许多卫星应用的是这种类型的电池。 到了70年代中期，COM研究所提出了无反射绒面电池(使电池效率进一步提高）。但这种电池的应用受到限制:一是制备过程复杂，避免损坏PN结;二是这样的表面会吸收所有波长的光,包括那些光子能量不足以产生电子-空穴对的红外辐射,使太阳电池的温度升高，从而抵消了采用绒面而提高的效率效应；

35、三是电极的制作必须沿着绒面延伸，增加了接触的难度，使成本升高。 80年代中期，为解决这些问题,高效电池的制作引入了电子器件制作的一些工艺手段，采用了倒金子塔绒面、激光刻槽埋栅、选择性发射结等制作工艺，这些工艺的采用不但使电池的效率进一步提高，而且还使得电池的应用成为可能。特别在解决了诸如采用带通滤波器消除温升效应以后,这类电池的应用成了空间电源的主角。 虽然很多工艺技术是由一些研究所提出，但却是在一些比较大的公司得到了发扬光大，比如倒金子塔绒面、选择性发射结等工艺是在澳大利亚新南威尔士大学光伏研究中心出现，但日本的SHP公司和美国的SNPOER公司目前的技术水平却为世界一流，有的技术甚至已经移

36、植到了地面用太阳电池的大批量生产. 为了进一步降低电池背面复合影响，背面结构则采用背面钝化后开孔形成点接触，即局部背场.这些高效电池典型结构为PR、PRL、PERT、PERF，其中前种结构的电池已经在空间获得实用.典型的高效硅太阳电池厚度为100m，也被称为/BSF(典型效率为17%）和NRLBSF（典型效率为18%），其特征是正面具有倒金子塔绒面的选择性发射结构，前后表面均采用钝化结构来降低表面复合，背面场采用全部或局部背场。实际应用中还发现,虽然采用局部背场工艺的电池要普遍比NRSBSF的电池效率高一个百分点，但通常局部背场的抗辐照能力比较差。 到了上世纪9年代中期，空间电源工程人员发现,

37、虽然这种类型电池的初期效率比较高，但电池的末期效率比初期效率下降25左右,限制了电池的进一步应用,空间电源的成本仍然不能很好地降低。为了改变这种情况，以SARP为首的研究机构提出了双边结电池结构，这种电池的出现有效地提高了电池的末期效率，并在HES、HE卫星上获得了实际应用。另外研究人员还发现，卫星对电池阵位置的要求比较苛刻，如果太阳电池阵不对日定向或对日定向差等都会影响到卫星电源的功率，这在一定程度上也限制了卫星整体系统的配置。比如空间站这样复杂的飞行器，有的电池阵几乎不能完全保证其充足的太阳角，因而就需要高效电池来满足要求。虽然目前已经部分应用了常规的高效电池，但电池的高的吸收系数、有限的

38、空间和重量的需要使其仍然不能满足空间系统大规模功率的需要.传统的电池结构仍然受到很大程度的限制。在这种情况下，俄罗斯在研究高效硅电池初期就侧重于提高电池的末期效率为主,在结合电池阵研究方面提出了双面电池的构想并获得了成功，真正做到了高效长寿命和低成本.GaAs太阳电池随着空间科学和技术的发展，对空间电源提出了更高的要求.8年代初期，前苏联、美国、英国、意大利等国开始研究GaAs基系太阳电池。80年代中期,GA太阳电池已经用于空间系统,如1986年前苏联发射的“和平号”空间站,装备了1KW的GAs太阳电池,单位面积比功率达到180W/.年后，电池阵输出功率总衰退不大于5.GaAs基系太阳电池经历

39、了从LPE到MOVPE，从同质外延到异质外延，从单结到多结叠层结构发展变化,其效率不断提高。从最初的1增加到25，工业生产规模年产达100KW以上,并在空间系统得到广泛的应用。更高的效率减小了阵列的大小和重量,增加了火箭的装载量，减少火箭燃料消耗,因此整个卫星电源系统的费用更低。薄膜太阳电池 为适应空间应用需求,国际上纷纷制订各自的薄膜太阳电池计划（如NASA,主要目标在于提高比功率和降低发射装载容量）,提出解决措施： （）研制超轻柔性衬底薄膜太阳电池； ()研制多结薄膜太阳电池。目前，国际发展趋势主要涉及非晶硅（a-S：)太阳电池、铜铟（镓）硒（CunGS2）太阳电池和碲化镉(Cde）太阳电

40、池。经过数年的努力，其效率达到520%（A）。另一方面，为展开柔性薄膜太阳电池的研制（展开式、折叠式、套桶式、卷廉式）的设计与应用提供可能.自0年代后期,国外已开展了以聚合物为衬底薄膜太阳电池的研制,并取得一定的进展.薄膜太阳电池是获得高效率、长寿命、高可靠、低成本的重要途径之一。主要包括:a-及其合金、CIe2 及其合金、以及Cd三种材料的薄膜太阳电池。 聚光太阳电池 一般认为，现代聚光PV开始于970年代末悉尼国家实验室,采用了点聚焦非涅耳透镜硅电池双轴跟踪结构,随后并研制了几个原型。在19年代,很多研究机构进行了一系列成功的实验,在聚光技术方面取得了突破性进展，如非涅耳透镜、棱形玻璃盖片

41、等。在199年代中期,线聚焦Fresene透镜聚光阵技术已经成功地用于SCARLET太阳电池阵，电池为GnPGAs/Ge三结电池,聚光阵的功率密度大于200 /，比功率大于4 W/kg。线聚焦Fresen透镜聚光阵已经用于DEPSPAC. 由于三结as太阳电池有很好的高温特性(为高电压低电流器件),通过聚光将显著提高电池电流输出，特别在实现高倍聚光后，可获得更高的功率输出。因此,以三结砷化镓太阳电池为主要部件的聚光太阳电池以其高效率(可达到4以上)、高温性能好(工作温度每升高1?C性能仅下降0。2,可在200?C情况下正常工作,聚光倍数可达500倍以上）等特点被国际公认为最有发展前途和最具商用

42、价值的新一代太阳能器件。 太阳能路灯 太阳能路灯是一种利用太阳能作为能源的路灯，因其具有不受供电影响,不用开沟埋线，不消耗常规电能，只要阳光充足就可以就地安装等特点,因此受到人们的广泛关注，又因其不污染环境,而被称为绿色环保产品。太阳能路灯即可用于城镇公园、道路、草坪的照明,又可用于人口分布密度较小，交通不便经济不发达、缺乏常规燃料,难以用常规能源发电，但太阳能资源丰富的地区,以解决这些地区人们的家用照明问题. 太阳能硒光电池日本制成了世界上第一架太阳能照相机，重量仅有5克,机内装有先进的太阳能电池系统,其蓄电池可连续使用年。美国一家公司生产了一种新型的35太阳能照相机，它的光圈、速度均由微电

43、脑自动控制,电力则由太阳能硒光电池提供,只要有光线就能供电使用.【第一个太阳能发电站】 法国奥德约太阳能发电站是世界上第一个实现太阳能发电的太阳能电站。虽然当时发电功率才64千瓦，但它为后来的太阳能电站的研究与设计奠定了基础.12年美国建成了一座1000万千瓦的塔式太阳热中间试验电站。美国计划到2000年,太阳能发电站总装机容量将达4000万千瓦。200年和2020年,生产的电量占总能量的百分比将是7和25。由于光热转换器（聚光器)需要占据较大的空间采光受热，设备偏大，以美国在加利福尼亚州计划建一座1万千瓦发电设备为例，集光装置达40万平方米，20万千瓦,则需占地0平方千米。据估计，大型太阳能

44、发电站效率仅为3左右。另外,太阳能发电站还需要有应付晚上和阴天用电需要的蓄电器,而所需的聚光器造价也较昂贵，发电经济性差，因此,影响了广泛地推广和应用。 【太阳能电池】太阳能电池发电原理 太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件.能产生光伏效应的材料有许多种,如：单晶硅，多晶硅，非晶硅,砷化镓，硒铟铜等.它们的发电原理基本相同,现以晶体为例描述光发电过程.型晶体硅经过掺杂磷可得型硅，形成P-结。 当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子,使电子发生了越迁,成为自由电子在PN结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时,在该电压的作用下,将会有电流流过外

45、部电路产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光子能量转换成电能的过程。 晶体硅太阳能电池的制作过程 “硅是我们这个星球上储藏最丰量的材料之一。自从19世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后，它几乎改变了一切,甚至人类的思维。0世纪末,我们的生活中处处可见“硅的身影和作用,晶体硅太阳能电池是近5年来形成产业化最快的。生产过程大致可分为五个步骤:a、提纯过程b、拉棒过程、切片过程 d、制电池过程e、封装过程。 太阳能电池的应用 上世纪6年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术通信卫星供电,上世纪末，在人类不断自我反省的过程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切,不仅在空间应用，

46、在众多领域中也大显身手。如：太阳能庭院灯、太阳能发电户用系统、村寨供电的独立系统、光伏水泵(饮水或灌溉)、通信电源、石油输油管道阴极保护、光缆通信泵站电源、海水淡化系统、城镇中路标、高速公路路标等.欧美等先进国家将光伏发电并入城市用电系统及边远地区自然界村落供电系统纳入发展方向。太阳电池与建筑系统的结合已经形成产业化趋势。太阳能光伏玻璃幕墙组件得应用越来越多,随着上海和北京的几个项目进入实质性运转,这种方式将会代替普通玻璃幕墙,它具有反射光强度小、保温性能好等特点! 神奇的太阳能卷曲充电器 在提到这款太阳能充电器之前,我想对那些整天到处游窜的背包侠或者喜欢到处偷拍精彩镜头的拍客说几句,你有没有

47、这种情况:当你苦苦守候在山洞两天，那只神秘的大猩猩才出现的时候，你刚想拍，可是相机没电了。这时候你是不是想板起石头砸自己啊？我的73有GB的内存,通常用到很多功能，让人头疼的是电池烂的很,我每天包里必备充电器随时充电。 现在好了,有了这个oarRols，即使在山上也能随意的给你的数码玩意充电。这个充电器最独特的地方就是它采用了卷轴式的设计，全部展开就像一块布，还能卷起来放在一个管子里，经久耐用又防水.根据使用环境的不同，oarolls一共有三种型号：SolrRll ，展开后长57英寸，宽英寸，价格为47美元。SorRol 9,展开后有40英寸，价格为349美元。Solroll 4.5展开只有2

48、英寸长，我们只用这个4.5的就足够给自己的手机或者数码相机充电了。 太阳简介太阳是离地球最近的一颗恒星,也是太阳的中心天体，它的质量占太阳系总质量的99865%.太阳也是太阳系里惟一自己发光的天体，它给地球带来光和热。如果没有太阳光的照射,地面的温度将会很快地降低到接近绝对零度。由于太阳光的照射,地面平均温度才会保持在14左右,形成了人类和绝大部分生物生存的条件。除了原子能、地热和火山爆发的能量外,地面上大部分能源均直接或间接同太阳有关。 太阳是一个主要由氢和氦组成的炽热的气体火球，半径为6。96105km（是地球半径的1倍），质量约为.9127t(是地球质量的3万倍)，平均密度约为地球的/4

49、.太阳表面的有效温度为5762K，而内部中心区域的温度则高达几千万度。太阳的能量主要来源于氢聚变成氦的聚变反应,每秒有6。571011kg的氢聚合生成6.31011kg的氦，连续产生3.901023W能量.这些能量以电磁波的形式，以315km/s的速度穿越太空射向四面八方。地球只接受到太阳总辐射的二十二亿分之一,即有7104达到地球大气层上边缘（“上界”），由于穿越大气层时的衰减，最后约8.101W到达地球表面,这个数量相当于全世界发电量的几十万倍。 根据目前太阳产生的核能速率估算,氢的储量足够维持600亿年,而地球内部组织因热核反应聚合成氦，它的寿命约为50亿年，因此，从这个意义上讲,可以说

50、太阳的能量是取之不尽、用之不竭的. 太阳的结构和能量传递方式简要说明如下。 太阳的质量很大,在太阳自身的重力作用下，太阳物质向核心聚集，核心中心的密度和温度很高，使得能够发生原子核反应.这些核反应是太阳的能源，所产生的能量连续不断地向空间辐射,并且控制着太阳的活动。根据各种间接和直接的资料,认为太阳从中心到边缘可分为核反应区、辐射区、对流区和太阳大气。()核反应区 在太阳半径2%(即0.5R）的区域内，是太阳的核心，集中了太阳一半以上的质量.此处温度大约1500万度（K）,压力约为200亿大气压(1atm132a）,密度接近158g3.这部分产生的能量占太阳产生的总能量的99%，并以对流和辐射

51、方式向外辐射。氢聚合时放出伽玛射线,这种射线通过较冷区域时，消耗能量，增加波长，变成射线或紫外线及可见光。 ()辐射区 在核反应区的外面是辐射区，所属范围从0。258R，温度下降到13万度，密度下降为0。09gcm。在太阳核心产生的能量通过这个区域由辐射传输出去。(3)对流区 在辐射区的外面是对流区（对流层),所属范围从0.8.0R，温度下降为000K，密度为08g/c3。在对流区内，能量主要靠对流传播.对流区及其里面的部分是看不见的,它们的性质只能靠同观测相符合的理论计算来确定。 （4）太阳大气 大致可以分为光球、色球、日冕等层次,各层次的物理性质有明显区别。太阳大气的最底层称为光球，太阳的

52、全部光能几乎全从这个层次发出。太阳的连续光谱基本上就是光球的光谱,太阳光谱内的吸收线基本上也是在这一层内形成的。光球的厚度约为00km。色球是太阳大气的中层，是光球向外的延伸，一直可延伸到几千公里的高度。太阳大气的最外层称为日冕，是冕是极端稀薄的气体壳，可以延伸到几个太阳半径之远.严格说来,上述太阳大气的分层仅有形式的意义，实际上各层之间并不存在着明显的界限,它们的温度、密度随着高度是连续地改变的. 可见，太阳并不是一个一定温度的黑体，而是许多层不同波长放射、吸收的辐射体。不过,在描述太阳时，通常将太阳看作温度为600K、波长为0。3.0m的黑色辐射体。 太阳能利用新近展 日前从上海市科委获悉

53、,华东师范大学科研人员利用纳米材料在实验室中成功“再造”叶绿体,以极其低廉的成本实现光能发电。 叶绿体是植物进行光合作用的场所，能有效将太阳光转化成化学能。此次课题组并非在植物体外“拷贝”了一个叶绿体，而是研制出一种与叶绿体结构相似的新型电池染料敏化太阳能电池，尝试将光能转化成电能。在上海市纳米专项基金的支持下,经过3年多实验与探索,这块仿生太阳能电池的光电转化效率已超过10，接近11%的世界最高水平。 项目负责人、华东师大纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心主任孙卓教授展示了新型太阳能电池的“三明治结构中空玻璃夹着一层纳米“夹心”，光电转化的玄机就藏在这层几十微米厚的复合薄膜中。纳米“夹心

54、”的“配方”十分独特:染料充当“捕光手”,纳米二氧化钛则是“光电转换器”。为了让染料尽可能多“吃”太阳光，科研人员还别出心裁地撒了点“佐料”一种由纳米荧光材料制成的量子点,让不同波长的阳光都能对上“捕光手”的“胃口”.只要不断改进“配方”,纳米“夹心”的光电转化效率就能一次次提高. 作为第三代太阳能电池，染料敏化电池的最大吸引力在于廉价的原材料和简单的制作工艺。据估算，染料敏化电池的成本仅相当于硅电池板的110。同时,它对光照条件要求不高，即便在阳光不太充足的室内，其光电转化率也不会受到太大影响。另外,它还有许多有趣用途。比如,用塑料替代玻璃“夹板，就能制成可弯曲的柔性电池；将它做成显示器,就

55、可一边发电,一边发光，实现能源自给自足。 太阳能是一种洁净和可持续产生的能源，发展太阳能科技可减少在发电过程中使用矿物燃料，从而减轻空气污染及全球暖化的问题太阳能利用基本方式 太阳能利用基本方式可以分为如下大类.（1）光热利用 它的基本原来是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用.目前使用最多的太阳能收集装置，主要有平板型集热器、真空管集热器和聚焦集热器等3种。通常根据所能达到的温度和用途的不同，而把太阳能光热利用分为低温利用（200）、中温利用(2000）和高温利用(800）.目前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷

56、系统等,中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等，高温利用主要有高温太阳炉等。 (）太阳能发电 未来太阳能的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式有多种。目前已实用的主要有以下两种. 光热电转换.即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电.前一过程为光-热转换,后一过程为热电转换。 光电转换.其基本原理是利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能,它的基本装置是太阳能电池。 (3）光化利用 这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光化学转换方式.(4)光生物利用 通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质

57、的过程。目前主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻。 我国太阳能利用产业现状 中国蕴藏着丰富的太阳能资源，太阳能利用前景广阔。目前,我国太阳能产业规模已位居世界第一，是全球太阳能热水器生产量和使用量最大的国家和重要的太阳能光伏电池生产国。我国比较成熟太阳能产品有两项：太阳能光伏发电系统和太阳能热水系统。 太阳能热水器防冻技术1、管道加热类：常见方案为上下水管道外加装电伴热带、上下水管道内加装超导热管两大类。 2、管道排空类：常见方案为电机（电磁）排空装置、全机械排空装置两大类 3、自体加热机械控制管道排空新技术:装置核心部件设置在内外胆夹层中并与内外胆制造成一体，形成整体式保温结构。它

58、具有游离于保温水箱以外的排空附件不可比拟的高保温性能.1+1= 200935 13：04晶体硅太阳能电池 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源也是清洁能源，不产生任何的环境污染.在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快,最具活力的研究领域, 是其中最受瞩目的项目之一.为此，人们研制和开发了太阳能电池。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光电于转换反应，根据所用材料的不同,太阳能电池可分为：、硅太阳能电池;2、以无机盐如砷化镓II化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；、功能高分子材料制备的大阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。

59、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:、半导体材料的禁带不能太宽;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，这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。但随着新材料的不断开发和相关技术的发展，以其它村料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。本文简要地综述了太阳能电池的种类及其研究现状，并讨论了太阳能电池的发展及趋势。 1 硅系太阳能电池 1.1单晶硅太阳能电池 硅系列太阳能电池中，单晶硅大阳能电池转换效率最高,技术也最为成熟。高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成

60、热的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅的电地工艺己近成熟，在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。提高转化效率主要是靠单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺.在此方面,德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平.该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构.并在表面把一13nm。厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合。通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率:通过以上制得的电池转化效率超过23，是大值可达23。3%。Kyoea公司制备的大面积（25c2）单电晶太阳能电池转换效率为9。44%，

61、国内北京太阳能研究所也积极进行高效晶体硅太阳能电池的研究和开发，研制的平面高效单晶硅电池(2cm cm）转换效率达到19.79,刻槽埋栅电极晶体硅电池(5cm X 5cm）转换效率达8.6%。 单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的,在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响,致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的.为了节省高质量材料,寻找单晶硅电池的替代产品，现在发展了薄膜太阳能电池，其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表。 12 多晶硅薄膜太阳能电池 通常的晶体硅太阳能电池是在厚度3050的高质量硅片上制

62、成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。因此实际消耗的硅材料更多.为了节省材料，人们从0年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，但由于生长的硅膜晶粒大小,未能制成有价值的太阳能电池.为了获得大尺寸晶粒的薄膜,人们一直没有停止过研究，并提出了很多方法.目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积（PCV）和等离子增强化学气相沉积（PVD）工艺。此外，液相外延法（PP）和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜电池。 化学气相沉积主要是以SiH2Cl2、Cl3、Sicl4或Si4,为反应气体，在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在加热的衬底上，衬底材料一般选用、SiO、Si3N4等。但研究发现,在非硅衬底上很难形成较大的晶粒,并且容易在晶粒间形成空隙。解决这一问题办法是先用LPD在衬底上沉炽一层较薄的非晶硅层,再