薄膜太阳能电池知识大全

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  薄膜太阳能电池*概述

  薄膜太阳电池可以使用在价格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨,金属片等不同材料当基板来制造,形成可产生电压的薄膜厚度仅需数μm,因此在同一受光面积之下可较硅晶圆太阳能电池大幅减少原料的用量(厚度可低于硅晶圆太阳能电池90%以上),目前实验室转换效率*高已达20%以上,规模化量产稳定效率*高约13%。薄膜太阳电池除了平面之外,也因为具有可挠性可以制作成非平面构造其应用范围大,可与建筑物结合或是变成建筑体的一部份,在薄膜太阳电池制造上,则可使用各式各样的沉积(deposition)技术,一层又一层地把p-型或n-型材料长上去,常见的薄膜太阳电池有非晶硅、CuInSe2 (CIS)、CuInGaSe2 (CIGS)、和CdTe..等。

  薄膜太阳能电池*分类

  非晶硅(Amorphus Silicon, a-Si)

  微晶硅(Nanocrystalline Silicon,nc-Si,Microcrystalline Silicon,mc-Si)

  化合物半导体II-IV 族(CdS、CdTe、CuInSe2)

  色素敏化染料(Dye-Sensitized Solar Cell)

  有机导电高分子(Organic/polymer solar cells)

  薄膜太阳能电池*原理

  光电转化的实质 有机异质结型太阳能电池中光电转化的实质,就是给体分子(D) 在光激发下被受体分子(A)氧化。 整个光电转化过程可分为三步:

  1)给体分子吸收光子能量;

  2)通过扩散把能量传递到异质结界而上的给体分子上;

  3)界面上高能量的给体分子把电子转移给受体分子,完成氧化还原反 应。

  薄膜太阳能电池*特色

  1.相同遮蔽面积下功率损失较小(弱光情况下的发 电性佳)

  2.照度相同下损失的功率较晶圆太阳 能电池少

  3.有较佳的功率温度系数

  4.较 佳的光传输

  5.较高的累积发电量

  6.只需少量的硅原料

  7.没有内部电路短路问题(联机 已经在串联电池制造时内建)

  8.厚度较晶圆太阳能电池薄

  9.材料供应无虑

  10.可与建材整合性运用(BIPV)

  薄膜太阳能电池*性能参数

  电池的主要性能包括额定容量、额定电压、充放电速率、阻抗、寿命和自放电率。

  额定容量

  在设计规定的条件(如温度、放电率、终止电压等)下,电池应能放出的*低容量,单位为安培小时,以符号C表示。容量受放电率的影响较大,所以常在字母C的右下角以阿拉伯数字标明放电率,如C20=50,表明在20时率下的容量为50安·小时。电池的理论容量可根据电池反应式中电极活性物质的用量和按法拉第定律计算的活性物质的电化学当量**求出。由于电池中可能发生的副反应以及设计时的特殊需要,电池的实际容量往往低于理论容量。

  额定电压

  电池在常温下的典型工作电压,又称标称电压。它是选用不同种类电池时的参考。电池的实际工作电压随不同使用条件而异。电池的开路电压等于正、负电极的平衡电极电势之差。它只与电极活性物质的种类有关,而与活性物质的数量无关。电池电压本质上是直流电压,但在某些特殊条件下,电极反应所引起的金属晶体或某些成相膜的相变会造成电压的微小波动,这种现象称为噪声。波动的幅度很小但频率范围很宽,故可与电路中自激噪声相区别。

  充放电速率

  有时率和倍率两种表示法。时率是以充放电时间表示的充放电速率,数值上等于电池的额定容量(安·小时)除以规定的充放电电流(安)所得的小时数。倍率是充放电速率的另一种表示法,其数值为时率的倒数。原电池的放电速率是以经某一固定电阻放电到终止电压的时间来表示。放电速率对电池性能的影响较大。

  阻抗

  电池内具有很大的电极-电解质界面面积,故可将电池等效为一大电容与小电阻、电感的串联回路。但实际情况复杂得多,尤其是电池的阻抗随时间和直流电平而变化,所测得的阻抗只对具体的测量状态有效。

  寿命

  储存寿命指从电池制成到开始使用之间允许存放的*长时间,以年为单位。包括储存期和使用期在内的总期限称电池的有效期。储存电池的寿命有干储存寿命和湿储存寿命之分。循环寿命是蓄电池在满足规定条件下所能达到的*大充放电循环次数。在规定循环寿命时必须同时规定充放电循环试验的制度,包括充放电速率、放电深度和环境温度范围等。

  自放电率

  电池在存放过程中电容量自行损失的速率。用单位储存时间内自放电损失的容量占储存前容量的百分数表示。 化学电池   化学电池,是指通过电化学反应,把正极、负极活性物质的化学能,转化为电能的一类装置。经过长期的研究、发展,化学电池迎来了品种繁多,应用广泛的局面。大到一座建筑方能容纳得下的巨大装置,小到以毫米计的品种。无时无刻不在为我们的美好生活服务。现代电子技术的发展,对化学电池提出了很高的要求。每一次化学电池技术的突破,都带来了电子设备**性的发展。现代社会的人们,每天的日常生活中,越来越离不开化学电池了。现在世界上很多电化学科学家,把兴趣集中在做为电动汽车动力的化学电池领域。 干电池和液体电池   干电池和液体电池的区分**于早期电池发展的那段时期。*早的电池由装满电解液的玻璃容器和两个电极组成。后来推出了以糊状电解液为基础的电池,也称做干电池。

  现在仍然有“液体”电池。一般是体积非常庞大的品种。如那些做为不间断电源的大型固定型铅酸蓄电池或与太阳能电池配套使用的铅酸蓄电池。对于移动设备,有些使用的是全密封,免维护的铅酸蓄电池,这类电池已经成功使用了许多年,其中的电解液硫酸是由硅凝胶固定或被玻璃纤维隔板吸付的。 一次性电池和可充电电池   一次性电池俗称“用完即弃”电池,因为它们的电量耗尽后,无法再充电使用,只能丢弃。常见的一次性电池包括碱锰电池、锌锰电池、锂电池、锌电池、锌空电池、锌汞电池、水银电池、氢氧电池和镁锰电池。

  可充电电池按制作材料和工艺上的不同,常见的有铅酸电池、镍镉电池、镍铁电池、镍氢电池、锂离子电池。其优点是循环寿命长,它们可全充放电200多次,有些可充电电池的负荷力要比大部分一次性电池高。普通镍镉、镍氢电池使用中,由于记忆效应,造成使用上的不便,常常引起提前失效。

  薄膜太阳能电池*理论充电时间

  电池的理论充电时间:电池的电量除以充电器的输出电流。

  例如:以一块电量为800MAH的电池为例,充电器的输出电流为500MA那么充电时间就等于800MAH/500MA=1.6小时,当充电器显示充电完成后,*好还要给电池大约半个小时左右的补电时间。 燃料电池   燃料电池是一种将燃料的化学能透过电化学反应直接转化成电能的装置。燃料电池是利用氢气在阳极进行的是氧化反应,将氢气氧化成氢离子,而氧气在阴极进行还原反应,与由阳极传来的氢离子结合生成水。氧化还原反应过程中就可以产生电流。燃料电池的技术产生了:碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固态氧化物燃料电池(SOFC),以及直接甲醇燃料电池(DMFC)等,而其中,利用甲醇氧化反应作为正极反应的燃料电池技术,更是被业界所看好而积极发展。

  薄膜太阳能电池*存在问题

  v 1.关于有机薄膜太阳电池

  v 有机薄膜太阳电池具有成本低、重量轻、产品柔软、设计自由度高和可大面积制备等特点,,但其与硅基薄膜太阳电池相比,转换效率和稳定性较低,具体问题为:

  v (1)有机太阳电池与无机太阳电池载流子的产生过程有很大的不同。有机高分子的光生载流子不是直接通过吸收光子产生,而是先产生激子,然后再通过激子的离解产生自由载流子,这样形成的载流子容易成对复合,*后使光电流降低.

  v (2)共轭聚合物掺杂均为高浓度掺杂,这样虽能保证材料具有较高的电导率,但载流子的寿命与掺杂浓度成反比,随着掺杂浓度的提高,光生载流子的增大,电池的光电转换效率很低。

  v 2.关于实物动手阶段的问题

  v 我们虽初步动手做出了实体有机薄膜太阳能电池,但是还有好多不完善的地方,如工艺成本高,稳定性不好,还要进很多的改进。由于我们之前从未有过类似的实验室经历,更没有类似的经验,所以大家一度感到无从下手。后来我们先去指导老师的实验室进行锻炼,看研究生学长学姐怎么进行实验室工作阶段的,在学习中逐渐提高自己的动手能力。实验室动手阶段后,我们还要加强学习,争取进一步改进到位。

  薄膜太阳能电池*有机膜层的制备

  聚合物薄膜的制备 如果有机层为聚合物,可以使用:

  1.手术刀或线刀

  2.丝网印刷

  3.喷墨印刷

  薄膜太阳能电池*分装

  电池片切割机:将整块电池切成所需要的尺寸电池片之间的链接:超声焊接机层封:将做好的电池衬底(帆布料)经卷压封装机与Tedlar层压封装 安装接线头或接线盒:接线盒主要是用来连出导线的,盒内有装反向二极管, 防止太阳能电池片串与串之间电流的.再一个也要和太阳能电池相搭配, 既美观又实用,接线方便.

  薄膜太阳能电池*用途

  半透明式的太阳能电池模块:建筑整合式 太阳能应用(BIPV) 薄膜太阳能之应用: 随身折迭式充电电源、**、旅行 薄 膜太阳能模块之应用:屋顶、建筑整合式、 远程电力供应、国防。

  薄膜太阳能电池*应用案例

  1. 光伏建筑一体化(BIPV)

  光伏建筑一体化,BIPV,即Building Integrated Photovotaics,是指利用安装在建筑物表面或与建筑物结合在一起的太阳能电池的光电效应直接把太阳能这种可再生的辐射能转变为电能的一种发电方式。它所生成的电能经过与其相配套的逆变控制器的转换,直接满足该建筑的用电需求。如果所生成的电能有富余,则会输送给市政电网,如果电能不够该建筑的使用,则直接从市政电网馈入。

  据统计,建筑物能耗至少占世界总能耗的30%,全世界60%的太阳能电池用于并网发电系统,且主要用于城市建筑与光伏系统的结合,即光伏建筑一体化。由此可以预见,BIPV 将是未来光伏发电的*大市场,太阳能电源系统与建筑物的结合,将使太阳能电源向替代能源过渡,成为世界能源结构中的重要组成部分,从而根本改变太阳能电源在世界能源中的从属地位。

  我国于2009年推出“金太阳工程”,以促进国内光伏发电产业技术进步和发展。针对半透明式薄膜太阳能电池在建筑物外部玻璃幕墙上的应用,我国于2010年9月14日启动该行业标准《太阳能光伏玻璃幕墙电气设计规范》的标准编制启动会,此标准将极大地推动薄膜太阳能电池产业与建筑业结合领域的发展。

  2. 随身折迭式充电电源、野外旅行

  如可以在背包、帐篷、救生衣上使用柔性的薄膜太阳能电池以提供必要的电力。 由设计师Karan Singh Gandhi设计的未来概念背包:Androcell高科技背包

  3. 平流层飞艇

  薄膜太阳能电池在平流层飞艇上有重要的作用。由于平流层飞艇工作在海拔20公里左右的高度上,而且通常要执行长达数月乃至数年的定点驻留或者巡航任务,不可能通过缆绳更不可能通过自身携带航空煤油等提供能源、动力,目前*好的方案就是使用太阳能。而飞艇本身结构为柔性体,因此必须使用同样为柔性体的薄膜太阳能电池。 使用薄膜太阳能电池提供绝大部分能源的美国HAA平流层飞艇概念图。