太陽(yáng)能電池的種類(lèi)和太陽(yáng)能蓄電池的特點(diǎn)
最早問(wèn)世的太陽(yáng)電池是單晶硅太陽(yáng)電池。硅是地球上極豐富的一種元素,幾乎遍地都有硅的存在,可說(shuō)是取之不盡。用硅來(lái)制造太陽(yáng)電池,原料可謂不缺。但是提煉它卻不輕易,所以人們在生產(chǎn)單晶硅太陽(yáng)電池的同時(shí),又研究了多晶硅太陽(yáng)電池和非晶硅太陽(yáng)電池,至今貿易規模生產(chǎn)的太陽(yáng)電池,還沒(méi)有跳出硅的系列。實(shí)在可供制造太陽(yáng)電池的半導體材料很多,隨著(zhù)材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、太陽(yáng)電池的品種將越來(lái)越多。目前已進(jìn)行研究和試制的太陽(yáng)電池,除硅系列外,還有硫化鎘、砷化鎵、銅銦硒等很多類(lèi)型的太陽(yáng)電池,舉不勝舉,以下先容幾種較常見(jiàn)的太陽(yáng)電池。
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單晶硅太陽(yáng)電池
單晶硅太陽(yáng)電池是當前開(kāi)發(fā)得最快的一種太陽(yáng)電池,它的構和生產(chǎn)工藝已定型,產(chǎn)品已廣泛用于空間和地面。這種太陽(yáng)電池以高純的單晶硅棒為原料,純度要求99.999%。為了降低生產(chǎn)本錢(qián),現在地面應用的太陽(yáng)電池等采用太陽(yáng)能級的單晶硅棒,材料性能指標有所放寬。有的也可使用半導體器件加工的頭尾料和廢次單晶硅材料,經(jīng)過(guò)復拉制成太陽(yáng)電池專(zhuān)用的單晶硅棒。
將單晶硅棒切成片,一般片厚約0.3毫米。硅片經(jīng)過(guò)形、拋磨、清洗等工序,制成待加工的原料硅片。加工太陽(yáng)電池片,首先要在硅片上摻雜和擴散,一般摻雜物為微量的硼、磷、銻等。擴散是在石英管制成的高溫擴散爐中進(jìn)行。這樣就硅片上形成P?/FONT>N結。然后采用絲網(wǎng)印刷法,精配好的銀漿印在硅片上做成柵線(xiàn),經(jīng)過(guò)燒結,同時(shí)制成背電極,并在有柵線(xiàn)的面涂覆減反射源,以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉。因此,單晶硅太陽(yáng)電池的單體片就制成了。單體片經(jīng)過(guò)抽查檢驗,即可按所需要的規格組裝成太陽(yáng)電池組件(太陽(yáng)電池板),用串聯(lián)和并聯(lián)的方法構成一定的輸出電壓和電流。最后用框架和裝材料進(jìn)行封裝。用戶(hù)根據系統設計,可將太陽(yáng)電池組件組成各種大小不同的太陽(yáng)電池方陣,亦稱(chēng)太陽(yáng)電池陣列。目前單晶硅太陽(yáng)電池的光電轉換效率為15%左右,實(shí)驗室成果也有20%以上的。
多晶硅太陽(yáng)電池
晶硅太陽(yáng)電池的生產(chǎn)需要消耗大量的高純硅材料,而制造這些材料工藝復雜,電耗很大,在太陽(yáng)電池生產(chǎn)總本錢(qián)中己超二分之一。加之拉制的單晶硅棒呈圓柱狀,切片制作太陽(yáng)電池也是圓片,組成太陽(yáng)能組件平面利用率低。因此,80年代以來(lái),歐美一些國家投進(jìn)了多晶硅太陽(yáng)電池的研制。
目前太陽(yáng)電池使用的多晶硅材料,多半是含有大量單晶顆粒的集合體,或用廢次單晶硅料和冶金級硅材料熔化澆鑄而成。其工藝過(guò)程是選擇電阻率為100~300歐姆·厘米的多晶塊料或單晶硅頭尾料,經(jīng)破碎,用1:5的氫氟酸和硝酸混臺液進(jìn)行適當的腐蝕,然后用往離子水沖洗呈中性,并烘干。用石英坩堝裝好多晶硅料,加人適量硼硅,放人澆鑄爐,在真空狀態(tài)中加熱熔化。熔化后應保溫約20分鐘,然后注進(jìn)石墨鑄模中,待慢慢凝固冷卻后,即得多晶硅錠。這種硅錠可鑄成立方體,以便切片加工成方形太陽(yáng)電池片,可進(jìn)步材制利用率和方便組裝。多晶硅太陽(yáng)電池的制作工藝與單晶硅太陽(yáng)電池差未幾,其光電轉換效率約12%左右,稍低于單晶硅太陽(yáng)電池,但是材料制造簡(jiǎn)便,節約電耗,總的生產(chǎn)本錢(qián)較低,因此得到大量發(fā)展。
非晶硅太陽(yáng)電池
非晶硅太陽(yáng)電池是1976年有出現的新型薄膜式太陽(yáng)電池,它與單晶硅和多晶硅太陽(yáng)電池的制作方法完全不同,硅材料消耗很少,電耗更低,非常吸引人。
制造非晶硅太陽(yáng)電池的方法有多種,最常見(jiàn)的是輝光放電法,還有反應濺射法、化學(xué)氣相沉積法、電子束蒸發(fā)法和熱分解硅烷法等。輝光放電法是將一石英容器抽成真空,充進(jìn)氫氣或氬氣稀釋的硅烷,用射頻電源加熱,使硅烷電離,形成等離子體。非晶硅膜就沉積在被加熱的襯底上。若硅烷中摻人適量的氫化磷或氫化硼,即可得到N型或P型的非晶硅膜。襯底材料一般用玻璃或不銹鋼板。這種制備非晶硅薄膜的工藝,主要取決于嚴格控制氣壓、流速和射頻功率,對襯底的溫度也很重要。
非晶硅太陽(yáng)電池的結構有各種不同,其中有一種較好的結構叫PiN電池,它是在襯底上先沉積一層摻磷的N型非晶硅,再沉積一層未摻雜的i層,然后再沉積一層摻硼的P型非晶硅,最后用電子束蒸發(fā)一層減反射膜,并蒸鍍銀電極。此種制作工藝,可以采用一連串沉積室,在生產(chǎn)中構成連續程序,以實(shí)現大批量生產(chǎn)。同時(shí),非晶硅太陽(yáng)電池很薄,可以制成疊層式,或采用集成電路的方法制造,在一個(gè)平面上,用適當的掩模工藝,一次制作多個(gè)串聯(lián)電池,以獲得較高的電壓。由于普通晶體硅太陽(yáng)電池單個(gè)只有0.5伏左右的電壓,現在日本生產(chǎn)的非晶硅串聯(lián)太陽(yáng)電池可達2.4伏。目前非晶硅太陽(yáng)電池存在的題目是光電轉換效率偏低,國際先進(jìn)水平為10%左右,且不夠穩定,常有轉換效率衰降的現象,所以尚未大量用于作大型太陽(yáng)能電源,而多半用于弱光電源,如袖珍式電子計算器、電子鐘表及復印機等方面。估計效率衰降題目克服后,非晶硅太陽(yáng)電池將促進(jìn)太陽(yáng)能利用的大發(fā)展,由于它本錢(qián)低,重量輕,應用更為方便,它可以與房屋的屋面結合構成住戶(hù)的獨立電源。
多元化合物太陽(yáng)電池
多元化合物太陽(yáng)電池指不是用單一元素半導體材料制成的太陽(yáng)電池,F在各國研究的品種繁多,固然大多數尚未產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),但預示著(zhù)光電轉換的滿(mǎn)園春色,F在扼要先容幾種:
(1)硫化鎘太陽(yáng)電池--早在1954年雷諾茲就發(fā)現了硫化鎘具有光生伏打效應。1960年采用真空蒸鍍法制得硫化鎘太陽(yáng)電池,光電轉換效率為3.5%。到1964年美國制成的硫化鎘太陽(yáng)電池,光電轉換效率進(jìn)步到4%~6%。后來(lái)歐洲掀起了硫化鎘太陽(yáng)電池的研制高潮,把光電效率進(jìn)步到9%,但是仍無(wú)法與多晶硅太陽(yáng)電池競爭。不過(guò)人們始終沒(méi)有放棄它,除了研究燒結型的塊狀硫化鎘太陽(yáng)電池外,更著(zhù)重研究簿膜型硫化鎘太陽(yáng)電池。它是用硫化亞銅為阻擋層,構成異質(zhì)結,按硫化鎘材料的理論計算,其光電轉換效率可達16.4%。中國科學(xué)院長(cháng)春應用化學(xué)研究所于80年代初曾把薄膜硫化鎘太陽(yáng)電池的光電轉換效率做到7.6%。盡管非晶硅薄膜電池在國際上有較大影響,但是至今有些國家仍指看發(fā)展硫化鎘太陽(yáng)電池,由于它在制造工藝上比較簡(jiǎn)單,設備題目輕易解決。
(2)砷化鎵太陽(yáng)電池--砷化鎵是一種很理想的太陽(yáng)電池材料,它與太陽(yáng)光譜的匹配較適合,且能耐高溫,在250℃的條件下,光電轉換性能仍很良好,其最高光電轉換效率約30%,特別適合做高溫聚光太陽(yáng)電池。已研究的砷化鎵系列太陽(yáng)電池有單晶砷化鎵、多晶砷化鎵、鎵鋁砷--砷化鎵異質(zhì)結、金屬--半導體砷化鎵、金屬--盡緣體--半導體砷化鎵太陽(yáng)電池等。砷化鎵材料的制備類(lèi)似硅半導體材料的制備,有晶體生長(cháng)法、直接拉制法、氣相生長(cháng)法、液相外延法等。由于鎵比較稀缺,砷有毒,制造本錢(qián)高,此種太陽(yáng)電池的發(fā)展受到影響。
(3)銅銦硒太陽(yáng)電池--以銅、銦、硒三元化合物半導體為基本材料制成的太陽(yáng)電池。它是一種多晶薄膜結構,一般采用真空鍍膜、電沉積、電泳法或化學(xué)氣相沉積法等工藝來(lái)制備,材料消耗少,本錢(qián)低,性能穩定,光電轉換效率在10%以上。因此是一種可與非晶硅薄膜太陽(yáng)電池相競爭的新型太陽(yáng)電池。近來(lái)還發(fā)展用銅銦硒薄膜加在非晶硅薄膜之上,組成疊層太陽(yáng)電池的可能,借此進(jìn)步太陽(yáng)電池的效率,并克服非晶硅光電效率的衰降
太陽(yáng)能蓄電池的特點(diǎn)
太陽(yáng)能中所采用的蓄電池是小電放逐電,天天都接受頻繁的充放電,固需要我們的免維護鉛酸蓄電池的極板更厚,酸液配比更好。而一般普通汽車(chē)用蓄電池,都只適合瞬間的大電放逐電。
真正合格的,性能好的蓄電池,必須達到下列先容的水平。
產(chǎn)品特點(diǎn): |
應用領(lǐng)域: |
*免維護無(wú)須補液 |
*警報系統 |
*適應環(huán)境溫度廣-30到45℃ |
*應急照明系統 |
*使用壽命長(cháng),一般為3-5年 |
*電子儀器、電子系統 |
*安全防爆 |
*鐵路、船舶 |
*無(wú)游離電解液,側倒90度仍可使用 |
*郵電通訊 |
*內阻小,在電放逐電特性好 |
*太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電系統 |
*自放電小 |
*大型UPS及計算機備用電源 |
*荷電出廠(chǎng),使用方便 |
*消防御用電源 |
*獨特配方,深放電恢復性能好 |
*峰值負載補償儲能裝置 |