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太陽(yáng)能電池技術(shù)的成熟與發(fā)展

姚小熊27 ? 來(lái)源:xx ? 2019-09-01 10:03 ? 次閱讀

多年來(lái),光伏發(fā)電對(duì)發(fā)電的重要性迅速增加,同時(shí)成本下降。自2000年以來(lái),世界市場(chǎng)每年平均增長(zhǎng)44%。在同一時(shí)期,太陽(yáng)能組件的價(jià)格下降了約90%,每瓦安裝不到50美分。截至2014年底,全球光伏系統(tǒng)的裝機(jī)容量總計(jì)183千兆瓦,其中略超過(guò)五分之一。目前,硅基太陽(yáng)能電池的市場(chǎng)份額為92%,效率在21%至26%之間。

不到90%,自20世紀(jì)90年代以來(lái)的生產(chǎn)重點(diǎn)已從歐洲和美國(guó)轉(zhuǎn)移到亞洲,特別是中國(guó)和***。在歐洲,2014年生產(chǎn)了6%,美國(guó)和日本各生產(chǎn)了4%。盡管如此,德國(guó)研究機(jī)構(gòu)仍然在開(kāi)發(fā)更高效的太陽(yáng)能電池和新電池概念以及優(yōu)化模塊生產(chǎn)方面占據(jù)全球領(lǐng)先地位。例如,太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所憑借由化合物半導(dǎo)體制成的四重太陽(yáng)能電池,效率創(chuàng)下了46%的世界紀(jì)錄。

除了用于大規(guī)模生產(chǎn)太陽(yáng)能電池組件的與間隔材料的最重要的硅,是合適的化合物半導(dǎo)體,例如碲化鎘,銅銦鎵硒化物和砷化鎵,一些有機(jī)化合物或供能的光電轉(zhuǎn)換鈣鈦礦型結(jié)晶含鉛。這種多樣性打開(kāi)下一個(gè)剛性細(xì)胞用于太陽(yáng)能公園額外的應(yīng)用,例如彈性,集成到服裝發(fā)電機(jī)和Windows低印刷或透明的太陽(yáng)能模塊。

硅太陽(yáng)能電池的主導(dǎo)地位并非巧合。綁定到二氧化硅,沙或石英的形式,或硅酸鹽熔體,它是在地殼中最豐富的元素,適用于全球和相對(duì)便宜。由于計(jì)算機(jī)行業(yè)的發(fā)展,純硅的加工已經(jīng)走過(guò)了漫長(zhǎng)的道路,太陽(yáng)能電池制造商可以在早期大量使用這種材料。復(fù)雜的太陽(yáng)能電池,包括一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)的硅層,以更好地吸收光,使用380至1150納米的大部分太陽(yáng)光譜發(fā)電。

目前最好的電池由單晶硅組成,在實(shí)驗(yàn)室中效率為25.6%,在太陽(yáng)能電池模塊中效率為22.9%。為了實(shí)現(xiàn)這些相對(duì)較高的值,近年來(lái)細(xì)胞生產(chǎn)得到了改善。因此,硅太陽(yáng)能電池的背面用諸如氧化鋁的介電材料保護(hù)。該層有效地阻止了太陽(yáng)能電池中正負(fù)電荷載流子的不希望的重組。在前面,晶格型磷摻雜金屬電極提高了效率,因?yàn)橛捎诠杞缑嫣幍?a target="_blank">電阻較低,所產(chǎn)生的電子可以更好地流動(dòng)。在制造中,正面與電極的接觸,它們從后面穿過(guò)細(xì)胞。結(jié)果,電極屏蔽較少的電池區(qū)域免受陽(yáng)光照射,并且每個(gè)區(qū)域的電流效率增加。

然而,目前生產(chǎn)的硅太陽(yáng)能電池中有一半以上使用多晶硅。這是為了制造顯著較不昂貴,所以從20.8%和在模塊中18.5%的電流最大值的降低的效率被接受。成本下降不僅僅是由于成熟的大規(guī)模生產(chǎn)。而且,純單晶硅或多晶硅中材料的使用減少了一半以上。因此,在硅層現(xiàn)在只有180微米厚,而不是400微米在1990年和300微米的硅太陽(yáng)能電池在2004年進(jìn)一步降低成本可在生產(chǎn)的優(yōu)化可以預(yù)料的,不傾向于在效率顯著增加。硅的理論最大可實(shí)現(xiàn)效率為29%,因?yàn)樵摬牧喜晃仗?yáng)光中的長(zhǎng)波光子。

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