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      1. 薄膜太陽能電池的類型與發電原理

        時間:2021年11月24日 11:38:54 點擊次數:793來源:原創

        太陽能電池現在已廣泛應用于我們的生活中,比如太陽能路燈、應急電源、光伏系統、電池充電等。除了傳統的晶體硅用于太陽能電池的制備中,現在薄膜太陽能電池也發展得如火如荼,今天我們講下薄膜太陽能電池的類型與發電原理。

        薄膜太陽能電池的類型

        一、薄膜太陽能電池的介紹

        薄膜型太陽能電池由于使用材料較少,就每一模塊的成本而言比起堆積型太陽能電池有著明顯的減少,制造程序上所需的能量也較堆積型太陽能電池來的小,它同時也擁有整合型式的連接模塊,這樣可省下獨立模塊所需在固定和內部連接的成本。未來薄膜型太陽能電池將可能會取代現今一般常用硅太陽能電池,而成為市場主流。

        非晶硅太陽能電池與單晶硅/多晶硅太陽能電池最主要差異是材料的不同,單晶硅/多晶硅太陽能電池的材料都疏,而非晶硅太陽能電池的材料則是SiH4,因為材料的不同而使非晶硅太陽能電池的構造與晶硅太陽能電池稍有不同。

        二、薄膜太陽能電池的類型

        現在,薄膜太陽能電池要達到兩個目標:一是要具有足夠的柔韌性,能夠在大型建筑材料表面附著,二是要實現和傳統太陽能電池一樣的效率,甚至更高。不同的制備技術所得的薄膜太陽能板和傳統的太陽能板相比,具有不同的優缺點。通常對薄膜太陽能板的命名來自于半導體材料的類型。

        1、不定形硅(a-Si)

        不定形硅是最早的也是最成熟的用于制作薄膜太陽能電池。這可能是因為晶體硅早已用在傳統太陽能電池上,人們對硅電子的性質的了解比較透徹。

        優點:與晶體硅不同,無定形硅具有較高的太陽能吸收率使其做成薄膜結構成為可能,也有效地降低了成本。由于其原料充足、無毒、物美價廉的特點,無定形硅迅速成為第一薄膜法,進軍主流。

        缺點:由于其轉換效率較低,所以大多數只出現在小規模、柔性較好的電子產品中。

        2、碲化鎘(CdTe)

        基于CdTe的太陽能電池是第二受歡迎的光伏技術,轉換效率穩定在5%左右,制造過程簡單、迅速??梢院凸杌牧舷噫敲?,轉換效率的提高,也促進了它的應用。

        優點:CdTe比硅基太陽能電池便宜,更值得注意的是,它具有最小的碳排放以及投資回收期。盡管CdTe以及其他薄膜材料,在效率方面仍然落后于傳統的c-Si面板。但是,差距在不斷縮小,2015年,一家叫做First Solar的公司做的CdTe太陽能面板效率能夠達到平均商業效率——16.1%。

        缺點:CdTe的一個主要缺點就是要用“非常的”材料來制造,鎘是一種劇毒物質,能夠像汞一樣在食物鏈中積累,這就有悖于環境友好、安全無毒的理念。許多機構和實驗室都在尋找環境友好、轉換效率高的替代物,太陽能廠商也在探索回收和循環利用含鎘材料的方法以解決環境問題。

        3、銅銦鎵硒(CIGS)

        這種太陽能電池是另一種受歡迎的半導體類型。制備CIGS的技術在歐洲和日本越來越受到重視,而且世界各地的生產商們使用這種技術來充分發掘環境友好型材料的轉換效率的潛力。

        優點:CIGS的優點在于它是一種環境友好型材料,有利于生產商追求長遠利益,這種材料做成的太陽能電池相比于其他薄膜材料,具有較高的潛在效率,也有很大的熱阻。由于其不易分解,在一些使用壽命要求較高的設備中應用潛力很大。

        缺點:CIGS技術尚未超過傳統的硅基太陽能板,但它近年來,轉化效率也有明顯提升。雖然基于實驗室合成的效率超過20%,但在實際應用中效率還達不到實驗值的一半。

        4、新的銅鋅錫硫方法(CZTS)

        在尋找既環境友好又原料豐富的太陽能電池材料的路上,CZTS被科學家所發現。CZTS和CIGS在性能和制備方法上很類似,但其效率更低。

        優點:CZTS是由地球上儲量豐富的銅、鋅、錫、和硫硒化物所組成。這意味著這種化合物既環保又便宜。但CdTe和CIGS中的碲和銦在地球中含量卻很稀少。

        缺點:CZTS現在仍處在發展的早期階段,為了達到商業化,提出了較高的效率要求,現在所能達到的轉化效率在7.6%左右。只有效率至少達到20%,才能成為同類太陽能電池的佼佼者。

        薄膜太陽能電池的原理

        三、薄膜太陽能電池的發電原理

        薄膜,是以pn半導體接面作為光吸收及能量轉換的主體結構。在基板上分別涂上二種具不同導電性質的p型半導體及n型半導體,當太陽光照射在pn接面,部份電子因而擁有足夠的能量,離開原子而變成自由電子,失去電子的原子因而產生電洞。透過p型半導體及n型半導體分別吸引電洞與電子,把正電和負電分開,在pn接面兩端因而產生電位差。在導電層接上,使電子得以通過,并與在 pn 接面另一端的電洞再次結合,電路中便產生電流,再經由導線傳輸至負載。

        從光產生電的過程當中可知,薄膜太陽能電池的能量轉換效率,與材料的能隙大小、光吸收系數及載子傳輸特性攸關,因此廠商就提升轉換效率的研發方向,往往也從材料選用、鍍膜方面著手。

        小結

        如果太陽能薄膜電池能夠將其潛能完全發揮出來,那么不難想象,將來在城市建筑中,薄膜太陽能電池將覆蓋屋頂和房子的正面。在新建房屋中,它們將作為屋面板被整體安裝,美觀及實用性二者兼得,我們一起期待這一天的到來。

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