光伏材料详细资料大全
光伏材料又称太阳电池材料,是指能将太阳能直接转换成电能的材料。光伏材料能产生电流是因为光生伏特效应,即如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收,具有足够能量的光子能够在P型矽和N型矽中将电子从共价键中激发,以致产生电子-空穴对。
基本介绍中文名 :光伏材料 外文名 :solar cell materials 学科 :材料工程 领域 :工程技术 简介,光伏发电,分类,材料分类,套用分类,材料特性,光伏材料的工作原理, 简介 光伏材料是指能将太阳能直接转换成电能的材料。光伏材料又称太阳电池材料,只有半导体材料具有这种功能。可做太阳电池材料的材料有单晶矽、多晶矽、非晶矽、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等。用于空间的有单晶矽、GaAs、InP。用于地面已批量生产的有单晶矽、多晶矽、非晶矽。其他尚处于开发阶段。致力于降低材料成本和提高转换效率,使太阳电池的电力价格与火力发电的电力价格竞争,从而为更广泛更大规模套用创造条件。 光伏发电 光伏材料能产生电流是因为光生伏特效应,即如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收,具有足够能量的光子能够在P型矽和N型矽中将电子从共价键中激发,以致产生电子-空穴对。界面层附近的电子和空穴在复合之前,将通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。通过界面层的电荷分离,将在P区和N区之间产生一个向外的可测试的电压。此时可在矽片的两边加上电极并接入电压表。对晶体矽太阳能电池来说,开路电压的典型数值为0.5~0.6V。通过光照在界面层产生的电子-空穴对越多,电流越大。界面层吸收的光能越多,界面层即电池面积越大,在太阳能电池中形成的电流也越大。 分类 材料分类 可做太阳电池材料的材料有单晶矽、多晶矽、非晶矽、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等。 套用分类 用于空间的有单晶矽、GaAs、InP。用于地面已批量生产的有单晶矽、多晶矽、非晶矽。其他尚处于开发阶段。 致力于降低材料成本和提高转换效率,使太阳电池的电力价格与火力发电的电力价格竞争,从而为更广泛更大规模套用创造条件。 材料特性 (1)单晶矽太阳能电池 单晶矽太阳能电池的光电转换效率为15%左右,最高的达到24%,这是所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的,但制作成本很大,以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶矽一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装,因此其坚固耐用,使用寿命一般可达15年,最高可达25年。 (2)多晶矽太阳能电池 多晶矽太阳电池的制作工艺与单晶矽太阳电池差不多,但是多晶矽太阳能电池的光电转换效率则要降低不少,其光电转换效率约12%左右 。 从制作成本上来讲,比单晶矽太阳能电池要便宜一些,材料制造简便,节约电耗,总的生产成本较低,因此得到大量发展。此外,多晶矽太阳能电池的使用寿命也要比单晶矽太阳能电池短。从性能价格比来讲,单晶矽太阳能电池还略好。 (3)非晶矽太阳能电池 非晶矽太阳电池是1976年出现的新型薄膜式太阳电池,它与单晶矽和多晶矽太阳电池的制作方法完全不同,工艺过程大大简化,矽材料消耗很少,电耗更低,它的主要优点是在弱光条件也能发电。但非晶矽太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低,国际先进水平为10%左右,且不够稳定,随着时间的延长,其转换效率衰减。 (4)多元化合物太阳能电池 多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳电池。各国研究的品种繁多,大多数尚未工业化生产,主要有以下几种:a) 硫化镉太阳能电池b) 砷化镓太阳能电池c) 铜铟硒太阳能电池(新型多元带隙梯度Cu(In, Ga)Se2薄膜太阳能电池) Cu(In, Ga)Se2是一种性能优良太阳光吸收材料,具有梯度能带间隙(导带与价带之间的能级差)多元的半导体材料,可以扩大太阳能吸收光谱范围,进而提高光电转化效率。以它为基础可以设计出光电转换效率比矽薄膜太阳能电池明显提高的薄膜太阳能电池。可以达到的光电转化率为18%,而且,此类薄膜太阳能电池,未发现有光辐射引致性能衰退效应(SWE),其光电转化效率比商用的薄膜太阳能电池板提高约50~75%,在薄膜太阳能电池中属于世界的最高水平的光电转化效率。 光伏材料的工作原理 “光伏发电”是将太阳光能直接转换为电能的一种发电形式。1839年,法国科学家贝克勒尔(A.E.Becqure1)首先发现了“光生伏打效应(Photovoltaic Effect)”。然而,第一个实用单晶矽光伏电池(Solar Cel1)直到一个多世纪后的1954年才在美国贝尔实验室研制成功。20世纪70年代中后期开始,光伏电池技术不断完善,成本不断降低,带动了光伏产业的蓬勃发展。光伏发电原理如图1所示。PN结两侧因多数载流子(N 区中的电子和P区中的空穴)向对方的扩散而形宽度很窄的空间电荷区w,建立自建电场Ei。它对两边多数载流子是势垒,阻挡其继续向对方扩散;但它对两边的少数载流子(N 区中的空穴和P区中的电子)却有牵引作用,能把它们迅速拉到对方区域。稳定平衡时,少数载流子极少,难以构成电流和输出电能。但是,如图la、b所示,光伏电池受到太阳光子的冲击,在光伏电池内部产生大量处于非平衡状态的电子一空穴对,其中的光生非平衡少数载流子(即N 区中的非平衡空穴和P区中的非平衡电子)可以被内建电场Ei牵引到对方区域,然后在光伏电池中的PN结中产生光生电场EPV一当接通外电路时,即可流出电流,输出电能。当把众多这样小的太阳能光伏电池单元通过串并联的方式组合在一起,构成光伏电池组件,便会在太阳能的作用下输出功率足够大的电能。
光伏是太阳能光伏发电系统的简称,是一种利用太阳电池半导体材料的光伏效应,将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统,有独立运行和并网运行两种方式。 太阳能光伏效应,简称光伏(PV),又称为光生伏特效应(Photovoltaic),是指光照时不均匀半导体或半导体与金属组合的部位间产生电位差的现象。光伏被定义为射线能量的直接转换。在实际应用中通常指太阳能向电能的转换,即太阳能光伏。它的实现方式主要是通过利用硅等半导体材料所制成的太阳能电板,利用光照产生直流电,比如我们日常生活中随处可见的太阳能电池。光伏技术具备很多优势:比如没有任何机械运转部件除了日照外,不需其它任何"燃料",在太阳光直射和斜射情况下都可以工作而且从站址的选择来说,也十分方便灵活,城市中的楼顶、空地都可以被应用。自1958年起,太阳能光伏效应以太阳能电池的形式在空间卫星的供能领域首次得到应用。时至今日,小至自动停车计费器的供能、屋顶太阳能板,大至面积广阔的太阳能发电中心,其在发电领域的应用已经遍及全球。太阳能是一种快速增长的能源形式,太阳能市场在过去十年中也取得了长足发展。据资料,按年均太阳能系统装机容量计算,全球太阳能市场复合年均增长率达47.4%,从2003年的598MW增长至2007年的2826MW。预测到2012年,年均太阳能系统装机容量可能进一步增至9917MW,而整个太阳能行业的销售额可能从2007年的172亿美元增长至2012年的395亿美元。这种增长势头在很大程度上要归功于全球快速增加的市场需求、日益提高的上网电价和各种政府鼓励措施。在世界的一些主要国家中,尤其是德国、意大利、西班牙、美国、法国和韩国,联邦政府、州政府和地方政府机构纷纷以退税、税收抵免和其他激励措施的形式向太阳能产品的最终用户、经销商、系统集成商和制造商提供补贴和经济鼓励,以促进太阳能在并网应用中的使用,降低对其他能源的依赖。然而拥有巨大政治游说能力的传统公共电力企业也可能试图改变所在市场的相关立法,这也可能对太阳能的发展和商业应用造成相对不利的影响。但总体来说,由于全球许多石油和天然气生产地区政治和经济局势的不稳定性,多国政府都在采取积极措施,以减少对国外能源的依赖。太阳能提供了一种极具吸引力的发电方案,而且不会对国外能源形成严重的依赖性。除此之外,日益突出的环境问题和与矿物燃料发电相关的气候变化风险形成政治动因,促使政府实施旨在减少二氧化碳及其他气体排放量的温室气体减排战略。太阳能及其他可再生能源有助于这些环境问题的解决。世界各国政府实施了多种激励政策,以促进太阳能及其他可再生能源的开发和应用。许多欧洲国家、一些亚洲国家、澳大利亚、加拿大和美国的多个州省以及一些拉美国家都颁布了可再生能源政策。以客户为中心的财务激励措施包括资本成本退税、强制光伏上网电价和税收抵免。资本成本退税政策提供一笔资金,用于冲抵消费者在太阳能系统中的前期投资。强制光伏上网电价政策要求,公用电力公司依据产生的千瓦时数向用户支付他们通过太阳能系统产生的电力,而价格在一定时期内是有保障的。这些都鼓励了光伏产业的发展。而在我国,长期困扰我国光伏产业发展的瓶颈问题,即产业链结构中原材料和市场均在海外的问题也得到了政策扶助。上半年由于欧洲各国,尤其是西班牙在太阳能领域的政策发生重大转变,引起全球光伏市场急剧萎缩,进而导致全球光伏企业一季度的经营状况普遍不理想。为了扭转这种境地,我国下决心上马一大批光伏发电项目,解决了"销售市场"的问题,在很大程度上稳定了光伏产业的内需,理性的产量预期逐渐形成。前段时间财政部也制定了《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》和《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行法》。《意见》对太阳能产业形成了两大积极信息,一是产业政策的扶持,不仅仅中央财政安排专门资金,对符合条件的光电建筑应用示范工程予以补助,以部分弥补光电应用的初始投入。而且出台相关财税扶持政策的地区将优先获得中央财政支持。二是"太阳能屋顶计划"对于下游需求的刺激等或将形成相对乐观的预期,即拓展了太阳能产业的发展空间,下游需求必将有所改善。
常用的有多晶硅,多晶硅经过铸锭、破锭、切片等程序后,制作成待加工的硅片。在硅片上掺杂和扩散微量的硼、磷等,就形成P-N结。然后采用丝网印刷,将精配好的银浆印在硅片上做成栅线,经过烧结,同时制成背电极,并在有栅线的面涂一层防反射涂层,电池片就至此制成。电池片排列组合成电池组件,就组成了大的电路板。一般在组件四周包铝框,正面覆盖玻璃,反面安装电极。有了电池组件和其他辅助设备,就可以组成发电系统。为了将直流电转化交流电,需要安装电流转换器。发电后可用蓄电池存储,也可输入公共电网。发电系统成本中,电池组件约占50%,电流转换器、安装费、其他辅助部件以及其他费用占另外 50%。
多晶硅资料《高品质多晶硅需求增大,与普通多晶硅价差将进一步拉大》
太阳能电池组件的组成及各部分的功能:
1)钢化玻璃用于保护发电主体(如电芯),对透光率的选择有要求。1.透光率必须高(一般91%以上);2.超白回火处理
2)EVA用于粘接钢化玻璃和发电主体(如电池)。透明EVA的质量直接影响部件的使用寿命。暴露在空气中的EVA容易老化变黄,从而影响组件的透光率,进而影响组件的发电质量。除了EVA本身的质量,组件厂商的层压工艺也有很大影响。比如EVA的粘接程度不达标,EVA与钢化玻璃、背板的粘接强度不够,就会导致EVA过早老化,影响元器件的使用寿命。
3)细胞的主要功能是发电。发电市场的主流是晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池,两者各有优缺点。设备成本相对较低,但消耗和电池成本较高,但光电转换效率也较高。更适合薄膜太阳能电池在室外阳光下发电,设备成本相对较高,但消耗和电池成本都很低。但是光电转换效率是晶体硅太阳能电池的一半以上,但是弱光效应很高。
4)EVA作用同上,主要是对发电主体和背板进行粘接封装。
5)背板功能、密封、绝缘、防水(一般TPT、TPE等材料必须抗老化,大部分元器件厂商的质保是25年。钢化玻璃和铝合金一般都可以,关键在于与背板和硅胶是否能达到要求。)
6)铝合金保护层压板,起到一定的密封和支撑作用。
7)接线盒保护整个发电系统,起到电流中转站的作用。如果组件的短路接线盒自动断开短路电池串,接线盒中防止整个系统烧坏最重要的就是二极管的选择。根据组件中电池单元的类型不同,对应的二极管也不同。
8)硅胶的密封功能,用于密封组件与铝合金框架、组件、接线盒之间的连接处。有些公司用双面胶和泡沫代替硅胶。硅胶在国内应用广泛,工艺简单,方便,易操作,成本低。
1,导体:镀锡铜丝软导体绞合而成。
2,绝缘:无卤低烟阻燃辐照交联聚烯烃。
3,护套:无卤低烟阻燃辐照交联聚烯。
八大主材为:
(1)电池片:太阳能电池是把光能直接转换成电能的一种器件。它是用半导体材料制成的。通过太阳光的照射,激发电子—空穴对,利用P—N结势垒区的静电场实现分离电子—空穴对,被分离的电子和空穴,经由电极收集输出到电池体外,形成电流。
(2)涂锡铜带:由无氧铜剪切拉直而成,所有外表面都有热镀涂层。涂锡带用于太阳能光伏组件生产时太阳能电池片的电极引出,连接电池片。要求具有较高的焊接操作性、牢固性及柔韧性。
(3)EVA:乙烯与醋酸乙烯酯的共聚物,是一种热熔胶粘剂。用来封装电池片,防止外界环境对电池片的电性能造成影响,增强光伏组件的透光性,将电池片、钢化玻璃、背板粘接在一起,具有一定粘接强度,同时对电池光伏组件的电性能输出有增益作用。
(4)背板:用作背面保护封装材料,常用的分为T门、TPE和PET,聚乙烯结构。用来增强光伏组件的耐老化、耐腐蚀性能,延长了光伏组件的使用寿命;白色的背板对入射到光伏组件内部的光进行散射,提高了光伏组件的吸光效率,同时因其具有较高的红外发射率,还可降低光伏组件的工作温度;同时提高了光伏组件的绝缘性能。
(5)钢化玻璃:用于支撑光伏组件结构,增强光伏组件的承重和载荷,具有透光、减反射透光、阻水、阻气和防腐蚀的作用。
(6)铝边框:玻璃外延安装的铝合金边框,起到保护玻璃边缘,加强光伏组件密封性能和提高光伏组件整体机械强度的作用,便于光伏组件的安装和运输。
(7)硅胶:用于粘接、密封层压好的玻璃光伏组件,粘接接线盒和背板,并增强光伏组件耐紫外线的作用。
(8)接线盒:光伏组件的电气连接装置,对光伏组件引出线起到密封、防水的作用,保护光伏组件系统运行时的安全。
1.单晶硅:硅的单晶体。具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具有不同的性质,是一种良好的半导材料;
2.多晶硅:多晶硅,是单质硅的一种形态,熔融的单质硅在过冷条件下凝固时,硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核;
3.非晶硅:又称无定形硅,单质硅的一种形态,棕黑色或灰黑色的微晶体,硅不具有完整的金刚石晶胞,纯度不高;
4.砷化镓:砷化镓是一种重要的半导体材料;
5.铜铟镓硒:第二代太阳能电池就是铜铟镓硒CIGS等化合物薄膜太阳能电池及薄膜Si系太阳能电池。