化学物理太阳能电池.doc

华中师范大学 《化学物理》课程论文 论文题目 太阳能电池 姓名学号 袁生 2012213815 专业班级 物理学一班 课程编号 授课教师 祝志宏 完成时间 2015 年 1 月 5 日 太阳能电池 摘 要：本文主要从太阳能电池的简介、发展历史、原理及种类、产业面临的瓶颈、产业的发展等方面来介绍太阳能电池，最后得出结论。 关键词：太阳能电池 简介 发展历史 瓶颈 发展 纳米晶 一、简介 太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被光照到，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。在物理学上称为太阳能光伏（Photovoltaic，photo光，voltaics伏特，缩写为PV），简称光伏。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的实施太阳能电池则还处于萌芽阶段。 二、发展历史 环境的污染与能源（资源）的短缺是人类在21 世纪面临的最大挑战, 太阳能电池的出现好比一道新的曙光成为破解上述2 大难题的最佳方案。1839 年法国科学家贝克勒尔发现的“光伏效应”为太阳能电池的问世奠定了理论基础, 1854年美国贝尔研究所首先研制成功了第一块实用型的单晶太阳能电池, 当时的效率仅为6% 。1958 年美国先锋1 号人造卫星首先使用太阳能电池为电源。20 世纪60 年代至80 年代, 由于能源危机的影响, 太阳能的发展步入了一个新的高潮, 此时单晶硅太阳能电池效率已达20% 。20 世纪90 年代至今, 太阳能电池已广泛地被各国政府推广使用。1997 年, 德国和美国先后推出了各自的“太阳能屋顶计划”, 同年日本和欧盟也提出至2010 年底将分别生产37 亿、43 亿WP（太阳能电池峰值功率）的光伏电池。 三、原理及种类 光热电转换方式：利用太阳辐射产生的热能发电, 一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质（蒸汽）的势能和动能, 再驱动汽轮机发电。前一个过程是光热转换过程; 后一个过程是热电转换过程, 与普通的火力发电一样。太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高, 其投资估计至少要比普通火电站高5~ 10 倍。一座1 000 MW 的太阳能热电站需要投资20~ 25 亿美元, 平均每千瓦的投资为2 000~ 2 500 美元。因此, 目前只能小规模地应用于特殊的场合, 而大规模利用在经济上很不合算, 还不能与普通的火电站或核电站相竞争。 光电直接转换方式：该方式是利用光电效应, 将太阳辐射能直接转换成电能, 光电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件。当许多个电池串联或并联起来, 就可以成为较大输出功率的太阳能电池方阵。太阳能电池是一种大有前途的新型电源, 具有永久性、清洁性和灵活性三大优点。太阳能电池寿命长, 只要太阳存在, 太阳能电池就可以一次投资而长期使用; 与火力发电、核能发电相比, 太阳能电池不会引起环境污染; 太阳能电池可以大中小并举,大到百万千瓦的中型电站, 小到只供一户用的太阳能电池组, 这是其他电源无法比拟的。 对太阳能电池材料的要求：对太阳能电池材料一般的要求有: (1)半导体材料的禁带不能太宽。 (2)要有较高的光电转换效率。 (3)材料本身对环境不造成污染。 (4)材料便于工业化生产, 且材料性能稳定。 基于以上几个方面考虑, 硅是最理想的太阳能电池材料, 这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。但随着新材料的不断开发和相关技术的发展, 以其他材料为基础的太阳能电池也越来越显示出诱人的前景。 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 (Zn 3 p 2 ）等。 太阳能电池根