太阳能电池介绍课件

太阳能电池技术概述太阳能电池是将太阳能直接转换为电能的革命性技术本课程将全面介绍太阳能电池的原理、类型、制造工艺和应用前景我们将探讨这项清洁能源技术如何塑造可持续发展的未来太阳能电池的基本原理光子吸收太阳光中的光子被半导体材料吸收电子激发光子能量使电子从价带跃迁到导带电子-空穴对分离内建电场将电子和空穴分离电流产生电子通过外电路流动，产生电流太阳能电池的分类晶体硅电池薄膜电池包括单晶硅和多晶硅，是目前市包括非晶硅、CdTe和CIGS等，场主流具有成本优势新型电池如钙钛矿、有机太阳能电池等，正在快速发展单晶硅电池高效率寿命长转换效率可达20-22%，是商业使用寿命可达25-30年，性能稳化最成熟的技术定成本较高应用广泛制造工艺复杂，原材料成本高适用于屋顶、地面电站等多种场景多晶硅电池特点优势应用由多个硅晶粒组成，表面呈现特殊纹理制造工艺简单，原材料利用率高适合大广泛用于地面电站和工商业屋顶在性价效率略低于单晶硅，但成本更低规模生产，市场占有率高比方面具有竞争优势薄膜太阳能电池轻量柔性低成本厚度仅数微米，可弯曲，适用于各种材料用量少，生产工艺简单，成本优曲面势明显应用多样可用于建筑一体化、便携设备、车载等领域电池材料的选择带隙匹配1选择适合太阳光谱的带隙材料载流子迁移率2高迁移率有利于电荷收集光吸收系数3高吸收系数可减少所需材料厚度成本和可获得性4考虑材料价格和丰度电池表面结构设计表面织构化1通过化学或物理方法形成微米级凹凸结构，增加光的散射和捕获减反射涂层2在电池表面沉积薄膜，利用干涉原理减少反射损失纳米结构3引入纳米线、纳米孔等结构，进一步提高光吸收效率电极网格的设计优化布局合理设计电极宽度和间距，平衡遮光和电阻损失材料选择使用高导电性材料如银浆，减少电阻损耗印刷工艺采用精细丝网印刷技术，提高电极的均匀性和精度电池背面反射层功能材料反射未被吸收的光子，增加光程常用铝或银等高反射率金属，也，提高吸收概率可使用介质反射层结构设计效果可采用平面或纹理化结构，增强可提高电池的量子效率，特别是光散射效果长波段响应电池外延层的作用提高效率降低成本功能扩展外延生长高质量单晶层，减少缺陷，提高可在低成本基底上生长薄层高质量材料，通过外延生长实现多结构设计，如异质结载流子寿命节约原料、叠层电池等电池表面钝化处理目的1减少表面复合，提高少数载流子寿命方法2沉积钝化层（如氧化铝、氮化硅）或化学处理效果3降低表面复合速度，提高开路电压和短路电流创新4发展原子层沉积等新技术，实现更高效的表面钝化电池电极制造工艺丝网印刷电镀激光烧结主流工艺，适用于大规模生产，成本低可制作细线电极，减少遮光损失精确控制电极形状，提高效率太阳能电池的效率

26.7%

29.1%

47.1%单结GaAs钙钛矿/硅叠层多结聚光薄膜电池在聚光条件下的最高效率叠层电池技术的突破性进展多结电池在高倍聚光下的记录太阳能电池的性能参数1开路电压Voc2短路电流Isc电池两端的最大电压，反映PN电池输出的最大电流，与光吸结质量收效率相关3填充因子FF4转换效率η实际输出功率与理论最大功率输出电能与入射光能的比值，之比综合性能指标太阳能电池的温度特性温度系数效率影响散热设计描述电池参数随温度变化的比率，通常为温度升高会导致开路电压下降，效率降低合理设计散热系统可以减少温度对效率的负值影响太阳能电池的光照特性光谱响应1不同波长光对电池效率的影响，反映材料吸收特性弱光性能2评估电池在低光照条件下的工作效率光致衰减3初始光照导致的效率下降，需要考虑长期稳定性太阳能电池的衰老机理光致衰减1光照引起的初始效率下降热循环应力2温度变化导致的机械应力损伤潜在诱导衰减3高电压下离子迁移造成的性能下降材料退化4封装材料老化导致的光透过率降低太阳能电池的损坏模式热斑效应微裂纹局部过热导致电池永久损坏机械应力引起的细微裂纹逐渐扩展电极腐蚀封装材料失效湿热环境下电极材料发生化学反EVA黄变、剥离导致光透过率下应降太阳能电池的测试方法标准测试条件电致发光成像使用太阳光模拟器，在AM

1.5G光谱下检测电池内部缺陷和电流分布不均匀测试性量子效率测量评估电池对不同波长光的响应能力太阳能电池的应用领域分布式光伏发电系统就地发电在用电场所附近安装，减少输电损耗灵活部署可根据用户需求定制系统规模并网运行多余电力可以并入电网，实现双向互动集中式光伏电站规模效应选址优势大规模集中建设，单位成本低可选择光照资源丰富的地区建设集中管理电网友好便于统一运维，提高管理效率配备储能系统，提高电网调度灵活性太阳能电池的发展趋势高效化1开发新型高效电池，如钙钛矿/硅叠层电池低成本2改进制造工艺，降低生产成本新材料3探索新型半导体材料，如钙钛矿、量子点等智能化4集成物联网技术，实现智能监控和优化太阳能电池成本分析原材料1硅料、玻璃、银浆等，占总成本的50-60%制造2设备折旧、能源消耗等，约占25-30%人工3直接和间接人工成本，约占10-15%其他4运输、销售、管理费用等，约占5-10%太阳能电池产业现状178GW70%全球产能中国占比2022年全球太阳能电池年产能中国在全球太阳能电池产能中的占比元

0.2/W生产成本领先企业单瓦生产成本已降至

0.2元以下太阳能电池的未来发展效率突破柔性化一体化多结叠层电池有望突破50%效率barrier开发可弯曲、轻量化的太阳能电池与建筑、交通工具等深度融合太阳能电池技术创新纳米技术AI优化利用纳米结构提高光吸收和电荷收集应用机器学习优化电池设计和制造工效率艺量子点电池开发基于量子点的新型高效太阳能电池太阳能电池标准化建设性能标准可靠性标准制定统一的效率测试和评价标准建立长期可靠性和寿命评估体系环境标准回收标准规范生产过程和材料的环境友好制定废旧太阳能电池回收利用标性要求准太阳能电池产业政策补贴政策1逐步退坡，推动行业向市场化方向发展技术创新2加大对高效低成本技术研发的支持力度应用推广3鼓励建筑一体化、农光互补等新型应用模式国际合作4推动全球光伏产业链合作，共同应对气候变化总结和展望技术进步成本下降效率持续提升，新型电池技术不光伏发电成本有望低于传统能源断涌现应用广泛绿色未来与建筑、交通、农业等领域深度太阳能将成为实现碳中和的关键融合技术。