11号化学化工信息检索与利用之太阳电池史简述.docx
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11号化学化工信息检索与利用之太阳电池史简述
毕业论文
题目：
化学化工信息检索与利用
之太阳电池史简述
Thesolarhistorybriefly
作者：
Akiko:
学号：
学院（系）：
广东第二师范学院化学系
Guangdongsecondnormalcollegechemistrydepartment
专业：
08精细化学品生产技术
finechemicalsproductiontechnology
指导教师：
郭琳
评阅人：
化学化工信息检索与利用之太阳电池史简述
中文摘要
太阳电池发展历史可以追溯到1839年，当时的法国物理学家Alexander-EdmondBecquerel发现了光伏特效应（Photovoltaiceffect）。
直到1883年，第一个硒制太阳电池才由美国科学家CharlesFritts所制造出来。
在1930年代，硒制电池及氧化铜电池已经被应用在一些对光线敏感的仪器上，例如光度计及照相机的曝光针上。
而现代化的硅制太阳电池则直到1946年由一个半导体研究学者RussellOhl开发出来。
接着在1954年，科学家将硅制太阳电池的转化效率提高到6%左右。
随后，太阳电池应用于人造卫星。
1973年能源危机之后，人类开始将太阳电池转向民用。
最早应用于计算器和手表等。
1974年，Haynos等人，利用硅的非等方性（anisotropic）的蚀刻（etching）特性，慢慢的将太阳电池表面的硅结晶面，蚀刻出许多类似金字塔的特殊几何形状。
有效降低太阳光从电池表面反射损失，这使得当时的太阳电池能源转换效率达到17%。
1976年以后，如何降低太阳电池成本成为业内关心的重点。
1990年以后，电池成本降低使得太阳电池进入民间发电领域，太阳电池开始应用于并网发电。
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【关键词】：
化学化工太阳电池简述
Chemicalinformationretrievalandinformationuseofsolarcellspaper
Abstract
Solarcelldevelopmenthistorycanbetracedbackin1839,whenFrenchphysicistAlexander-EdmondBecquereldiscoveredlightvoltseffect（Photovoltaichave）.Until1883,thefirstseleniumsystembeforethesolarcells,AmericanscientistCharlesFrittsmadeout.Inthe1930s,seleniumsystemofbatteryandcopperoxidebatteryhasbeenusedinsomelightsensitiveinstruments,suchasphotometricandcameraontheexposureneedle.
China'sfirstsolarbattery
Modernsiliconsolarbatteryismadebyauntil1946semiconductorresearchscholarRussellOhldeveloped.Thenin1954,scientistswillsiliconsolarbatteryefficiencyofconversionsystemraisedtoaround6%.Then,thesunbatteriesusedinsatellites.Theenergycrisisof1973after,humansbegantosolarcellsteeringcivil.Theearliestapplicationincalculatorandwatches.In1974,Haynos,whousesiliconthesquaresex（anisotropic）etch（etching）characteristic,slowlywillsolarcellsurfacesiliconcrystalsurface,etchingoutmanysimilarpyramidspecialgeometricshapes.Reducesunlightreflectedfromthesurfaceofcells,whichmakesthelossatthebatteryenergyconversionefficiencyachieved17%.Since1976,howtoreducethecostofsolarcells,becomethefocusofconcern.Since1990,batterycostreductionmakesthebatterypowerfield,thesunintofolkbatteryappliedtothegridgeneration...
【Keywords】:
chemicalindustry.solarcell,andbriefly,
目录
中文摘要2
Abstract3
绪论............................................................
1简介.........................................................5
2发展历史.....................................................6
3分类.........................................................7
4发展情况.....................................................8
5太阳能电池发展的新概念和新方向...............................9
附录A×××10
附录B×××11
参考文献12
致谢13
文献翻译14
绪论
综述了太阳能电池及材料的发展和研究现状,分别介绍了第一代、二代、三代太阳能电池的发展历程,分析了它们的优势和不足,并对今后太阳能电池的发展趋势和存在问题进行了预测。
（略）........
太阳电池
可以有效吸收太阳能，并将其转化成电能的半导体部件。
用半导体硅﹑硒等材料将太阳的光能变成电能的器件。
具有可靠性高﹐寿命长﹐转换效率高等优点﹐可做人造卫星﹑航标灯﹑晶体管收音机等的电源。
1简介
太阳电池【Solarcells】
tàiyángdiànchí
用半导体硅﹑硒等材料将太阳的光能变成电能的器件。
具有可靠性高﹐寿命长﹐转换效率高等优点﹐可做人造卫星﹑航标灯﹑晶体管收音机等的电源。
太阳能电池是一种利用光生伏打效应把光能转换成电能的器件，又叫光伏器件。
将太阳光能转换成电能的固体半导体器件，又称太阳能电池或光电池，是太阳电池阵电源系统的重要元件。
主要有单晶硅电池和单晶砷化镓电池等。
单晶硅太阳电池的基本材料为纯度达0.999999、电阻率在10欧·厘米以上的P型单晶硅。
包括p-n结、电极和减反射膜等部分。
受光照面加透光盖片（如石英或渗铈玻璃）保护，防止电池受外层空间范爱伦带内高能电子和质子的辐射损伤。
单体电池尺寸从2×2厘米至5.9×5.9厘米，输出功率为数十至数百毫瓦，它的理论光电转换效率为20％，实际已达到11.2％～14.8％。
单晶砷化镓太阳电池的理论光电转换效率为24％，实际达到18％。
它能在高温、高光强下工作，耐辐射损伤能力高于硅太阳电池，但镓的产量较少，成本高。
级联p-n结太阳电池是在一块衬底上叠加多个不同带隙材料的p-n结，带隙大的顶结靠光照面，吸收短波光，往下带隙依次减小，吸收的光波波长逐渐增长，这种电池可以充分利用日光,光电转换效率大大提高。
为了提高单体太阳电池的性能，可以采取浅结、密栅、背电场、背反射体、绒面和多层膜等措施。
增大单体电池面积有利于减少太阳电池阵的焊接点，提高可靠性。
2发展历史
简史（世界）
◆太阳电池发展历史可以追溯1839年-法国Becquerel报道在光照电极插入电解质的系统中产生光伏效应-光电化学系统;
◆1876年英国W.G.Adams发现晶体硒在光照下能产生电流-固体光伏现象;
◆1884年,美国人CharlesFritts制造成第一个1%硒电池;
◆1954年贝尔实验室G.Pearson和D.Charpin研制成功6%的第一个有实用价值的硅太阳电池;
纽约时报把这一突破性的成果称为"最终导致使无限阳光为人类文明服务的一个新时代的开始."现代太阳电池的先驱;
◆1958年硅太阳电池第一次在空间应用;
◆20世纪60年代初,空间电池的设计趋于稳定,
◆70年代在空间开始大量应用,地面应用开始,70年代末地面用太阳电池的生产量已经大大超过空间电池.
（我国）
◆1959年第一个有实用价值的太阳电池诞生
◆1971年3月太阳电池首次应用于我国第二颗人造卫星—实践1号上;
◆1973年太阳电池首次应用于浮标灯上;
◆1979年开始用半导体工业废次单晶,半导体器件工艺生产单晶硅电池;
◆80"年代中后期引进国外关键设备或成套生产线我国太阳电池制造产业初步形成.
◆1990年以后，电池成本降低使得太阳电池进入民间发电领域，太阳电池开始应用于并网发电。
中国第一个太阳电池
3分类
太阳电池是光伏发电系统的核心。
从产生技术的成熟度来区分，太阳电池可分以下几个阶段：
第一代太阳电池：
晶体硅电池；
第二代太阳电池：
各种薄膜电池。
包括非晶硅薄膜电池（a-Si）、碲化镉太阳电池（CdTe）、铜铟镓硒太阳电池（CIGS）、砷化镓太阳电池、纳米二氧化钛染料敏化太阳电池等；
第三代太阳电池：
各种超叠层太阳电池、热光伏电池（TPV）、量子阱及量子点超晶格太阳电池、中间带太阳电池、上转换太阳电池、下转换太阳电池、热载流子太阳电池、碰撞离化太阳电池等新概念太阳电池。
太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式（以下表示为a-）两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形。
按材料可分为硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机膜形，而化合物半导体薄膜形又分为非结晶形（a-Si:
H,a-Si:
H:
F,a-SixGel-x:
H等）、ⅢV族（GaAs,InP等）、ⅡⅥ族（Cds系）和磷化锌（Zn3p2）等
太阳能电池根据所用材料的不同，太阳能电池还可分为：
硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池，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。
4发展情况
（1）硅太阳能电池
硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。
单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。
在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%。
在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。
多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。
因此，多晶硅薄膜电池不久将会主导地位。
非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。
但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。
如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。
（2）多元化合物薄膜太阳能电池
多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池等。
硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。
砷化镓（GaAs）III-V化合物电池的转换效率可达28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率,抗辐照能力强,对热不敏感，适合于制造高效单结电池。
但是GaAs材料的价格不菲,因而在很大程度上限制了用GaAs电池的普及。
铜铟硒薄膜电池（简称CIS）适合光电转换，不存在光致衰退问题，转换效率和多晶硅一样。
具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向。
唯一的问题是材料的来源，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展又必然受到限制。
（3）聚合物多层修饰电极型太阳能电池
以有机聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制造的研究方向。
由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本底等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。
但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。
能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研究探索。
（4）纳米晶太阳能电池
纳米TiO2晶体化学能太阳能电池是新近发展的，优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。
其光电效率稳定在10％以上，制作成本仅为硅太阳电池的1/5～1/10．寿命能达到2O年以上
但由于此类电池的研究和开发刚刚起步，估计不久的将来会逐步走上市场。
（5）有机太阳能电池
有机太阳能电池，顾名思义，就是由有机材料构成核心部分的太阳能电池。
大家对有机太阳能电池不熟悉，这是情理中的事。
如今量产的太阳能电池里，95％以上是硅基的，而剩下的不到5％也是由其它无机材料制成的。
5太阳能电池发展的新概念和新方向
1太阳能电池的发展背景和现状诺贝尔奖获得者美国RiceUniversity的Smalley美元/kg,2008年略有回降.而目前太阳能电池的发电成本为5-6元/l【w·h,约为煤电成本的10倍以上.况且项目投资高,能耗高,一般建1000t的工厂需要18个月的工期,投资达IO亿元以上.另外,中国的产品市场主要在国外.教授曾经指出,在未来的50年里,人类面临着随之而来的10大问题中,能源问题排在首位.目前人类使用的能源中,化石能源占90%以上.而到21世纪中叶,其比例将减少到人类使用能源的一半,达到其极值,之后核能和可再生能源将占主导地位.到2100年时,可再生能源将占人类使用能源的l/3以上111.在诸多可再生能源中,包括太阳能,风能,潮汐能,地热能,氢能和生物质能,太阳能所蕴藏的能量是所有其他可再生能源能量总和的上千倍.因此发展太阳能潜力巨大.作为太阳能的主要利用途径,太阳能电池除具有清洁,能量充足的特点外,还可以直接设置在需要用电的地方发电.从20世纪末起,太阳能电池的国际市场年增长率已达到30%,并将维持到2010年,而在2030年前,还会以约25%的速度持续增长.太阳能光伏装机容量将从21世纪初的约0.5GW增长到2030年的300GW.中国的可再生能源中长期发展太阳能电池发展的新概念和新方向随着新犁太阳能电池的涌现,以及传统硅电池的不断革新,新的概念已经开始在太阳能电池技术中显现,从某种意义上讲,预示着太阳能电池技术的发展趋势.基于上述太阳能电池的发展背景和现状分析,目前太阳能电池发展的新概念和新方向可以归纳为薄膜电池,柔性电池,叠层电池,以及新概念太阳能电池.2.1薄膜电池电池器件的薄层化有利于缩短光生载流子在器件中的扩散距离,降低复合及湮灭的几率,使得在吸光程度大致相当的前提下太阳能电池的效率能够取得进一步的提高.薄层化不仅从原料节省以及效率提高上带来好处,同时也使得器件的制备更为简便.硅基太阳能电池的硅片厚度已由20世纪70年代的450～500Bm降低到目前的180～280Llm,极大地减规划中,提出2020年可再生能源要占到15%,其中太阳能电池发电容量达到1.8GW.目前市场上的太阳能电池主要是硅基太阳能电池,其中又以多晶硅太阳能电池为主流.然而,能够提供太阳能电池用的高纯硅厂家主要在国外,包括美国,日本和德国,且近年来多晶硅原料已经明显出现市场缺口,由此带来了其价格的迅速攀升.多晶硅的市场价格由2005年的贸美元/kg猛涨到2007年的400少了硅材料的用量,对太阳能电池成本降低起到了重要作用.预计2020年硅片厚度将降低到80-100岫【21.然而进一步降低硅材料的用量却很困难.除了硅基太阳能电池的薄层化外,近年来发展起来的III/V及II/W族半导体化合物电池是典型的薄膜:
太阳能电池发展的新概念和新方向·723·太阳能电池,包括CIGS,GaAs,CdTe电池等.虽然这些电池的一部分材料资源有限,有的还含有有害物质,但其转换效率较高,在一些特定场合下有明显优势.其他薄膜太阳能电池包括非晶硅太阳能电池,有7%的光电转换效率,从此开启了染料敏化太阳能电池的新领域.该电池制备工艺十分简单,不需要昂贵又耗能的高温处理和高真空,也不需要高纯原料.因此成本十分低廉,仅为硅基太阳能电池的1/3～1/5.它还具有一些目前硅基电池所不具有的特点,比如可以做成透明的或者多彩多色的,也可以做成柔性的可弯曲电池.目前,器件的光电转换效率已优化至11%以上[9l,超过非晶硅太阳能电池的转换效率.机太阳能电池以及第3节重点讨论的染料敏化太阳能电池.2.2叠层电池叠层电池使得电池的性能可以得到叠加.太阳能电池的薄层化使其可以做得更薄,因此器件的叠层也变得更为现实可行.叠层电池可以是同种器件的叠层,也可以是异类器件的叠层.每一个叠层单元,由于感光部分的光响应性能不同,可分别吸收利用不同波段的太阳光.经过叠层,太阳光可以在全波段上都受到较好的吸收;同时由于器件之间的耦合效应,整体的光能转换效率可以达到更高水平0
附录A×××
××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××………略
附录B×××
××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××………略
参考文献
参考文献类型
序号
作者
文章名[J]
学术刊物名
年
卷（期）
引用起~止页
学术刊物类1张焕芬2005-2015年太阳电池种类、转换效率和成本预测中科院广州能源所情报室20072007年11期p55-56p77-12
学术刊物类2贾雪艳;曹金良太阳能光伏发电技术的发展与应用内蒙古电力勘测设计院20102010年04期p22
学术刊物类3王文静硅基太阳电池的发展中科院电工研究所太阳电池技术研究室主任、研究员20072007年06期p33
学术刊物类4林红;李鑫;刘忆翥;李建保太阳能电池发展的新概念和新方向清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室09年，2009年02期p22
学术刊物类5孙皓;熊利民标准太阳电池的研制中国计量科学研究院20102010年04期p121
学术刊物类6周水生;董建明;李艳芝浅谈太阳能硅电池的研究与发展山西潞安太阳能科技有限责任公司2010年04期p201-210p22-25
学术刊物类7黄小龙;崔海昱;邓菊莲;邵俊刚;陈义;廖华硅基太阳电池表面织构的研究进展
云南师范大学太阳能研究所;教育部可再生能源材料先进技术与制备重点实验室;云南省农村能源工程重点实验室2009年04期p232
学术刊物类8龙文志上海世博会光电建筑（上）——国内篇中国金属结构协会光电建筑应用委员会2010年08月p222
学术刊物类9葛知青太阳电池的应用实例日本“电子材料”期刊1979年p225
学术刊物类10廖峥嶸太阳电池中山大学1966-05-01p36
学术刊物类11赵颖;熊绍珍;张晓丹新一代太阳电池概述南开大学光电子薄膜器件与技术研究所2010年05期p55
致谢
感谢本人
感谢互联网
感谢湖北大学（本文格式按照‘湖北大学本科毕业论文（设计）文本规范’要求）
文献翻译
1.原文来源
2.英文原文
Solarcells,
Caneffectivelyabsorbsolarenergy,andtranslateintoelectricitysemiconductorcomponents.Usingsemiconductorsilicon,seleniummaterialssuchasthesunlightintoelectricalenergydevice.Withhighreliability,longlife,conversionhigherefficiency,candosatellites,wonderoftheworld,suchaspowertransistorradios.
Solarcells][Solarcells,
TaichiYangdian
Usingsemiconductorsilicon,seleniummaterialssuchasthesunlightintoelectricalenergydevice.Withhighreliability,longlife,conversionhigherefficiency,candosatellites,wonderoftheworld,suchaspowertransistorradios.Thesolarcellisauseofpveffectthelightconversionintoelectricaldevices,alsocalledphotovoltaicdevices.Willthesunlightconversionintoelectricitysolidsemiconductordevices,sayagainsolarbatteryorsi-basedones,itisthesolarpowersystems,theimportantelementarray.Basicallyhavemonocry
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