多晶硅太陽能電池結構的優點詳細介紹

2020-12-11 09:45:35 來源:

 

雖然太陽能電池在生活中十分常見,但大家對與太陽能電池缺并非十分了解。為增進大家對太陽能電池的了解,本文將對多晶硅太陽能電池結構以及多晶硅太陽能電池的優點等內容予以介紹。

一、太陽能電池分類

1.硅太陽能電池

硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池三種。

1)單晶硅太陽能電池

目前單晶硅太陽能電池的光電轉換效率為15%左右,最高的達到24%,這是目前所有種類的太陽能電池中光電轉換效率最高的,,技術也最為成熟但制作成本很大,以致于它還不能被大量廣泛和普遍地使用。由于單晶硅一般采用鋼化玻璃以及防水樹脂進行封裝,因此其堅固耐用,使用壽命一般可達15年,最高可達25年。

單晶硅太陽能電池是當前開發得最快的一種太陽能電池,它的構造和生產工藝已定型,產品已廣泛用于空間和地面。這種太陽能電池以高純的單晶硅棒為原料。為了降低生產成本,現在地面應用的太陽能電池等采用太陽能級的單晶硅棒,材料性能指標有所放寬。

2)多晶硅太陽能電池

多晶硅太陽電池的制作工藝與單晶硅太陽電池差不多,但是多晶硅太陽能電池的光電轉換效率則要降低不少,其光電轉換效率約12%左右(200471日日本夏普上市效率為14.8%的世界最高效率多晶硅太陽能電池)。從制作成本上來講,比單晶硅太陽能電池要便宜一些,材料制造簡便,節約電耗,總的生產成本較低,因此得到大量發展。此外,多晶硅太陽能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽能電池短。

多晶硅太陽能電池的生產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,在太陽能電池生產總成本中己超二分之一。加之拉制的單晶硅棒呈圓柱狀,切片制作太陽能電池也是圓片,組成太陽能組件平面利用率低。因此,80年代以來,歐美一些國家投入了多晶硅太陽能電池的研制。

3)非晶體薄膜太陽能電池

非晶硅薄膜太陽能電池與單晶硅和多晶硅太陽電池的制作方法完全不同,工藝過程大大簡化,硅材料消耗很少,電耗更低,成本低重量輕,轉換效率較高,便于大規模生產,它的主要優點是在弱光條件也能發電,有極大的潛力。但非晶硅太陽電池存在的主要問題是光電轉換效率偏低,目前國際先進水平為10%左右,且不夠穩定,隨著時間的延長,其轉換效率衰減,直接影響了它的實際應用。如果能進一步解決穩定性問題及提高轉換率問題,那么,非晶硅大陽能電池無疑是太陽能電池的主要發展產品之一。

2.多元化合物薄膜太陽能電池

多元化合物薄膜太陽能電池材料為無機鹽,其主要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅錮硒薄膜電池等。

硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高,成本較單晶硅電池低,并且也易于大規模生產,但由于鎘有劇毒,會對環境造成嚴重的污染,因此,并不是晶體硅太陽能電池最理想的替代產品。

砷化鎵(GaAsIII-V化合物電池的轉換效率可達28%,GaAs化合物材料具有十分理想的光學帶隙以及較高的吸收效率,抗輻照能力強,對熱不敏感,適合于制造高效單結電池。但是GaAs材料的價格不菲,因而在很大程度上限制了用GaAs電池的普及。

銅銦硒薄膜電池(簡稱CIS)適合光電轉換,不存在光致衰退問題,轉換效率和多晶硅一樣。具有價格低廉、性能良好和工藝簡單等優點,將成為今后發展太陽能電池的一個重要方向。唯一的問題是材料的來源,由于銦和硒都是比較稀有的元素,因此,這類電池的發展又必然受到限制。

3.聚合物多層修飾電極型太陽能電池

在太陽能電池中以聚合物代替無機材料是剛剛開始的一個太陽能電池制爸的研究方向。其原理是利用不同氧化還原型聚合物的不同氧化還原電勢,在導電材料(電極)表面進行多層復合,制成類似無機P-N結的單向導電裝置。其中一個電極的內層由還原電位較低的聚合物修飾,外層聚合物的還原電位較高,電子轉移方向只能由內層向外層轉移;另一個電極的修飾正好相反,并且第一個電極上兩種聚合物的還原電位均高于后者的兩種聚合物的還原電位。當兩個修飾電極放入含有光敏化劑的電解波中時。光敏化劑吸光后產生的電子轉移到還原電位較低的電極上,還原電位較低電極上積累的電子不能向外層聚合物轉移,只能通過外電路通過還原電位較高的電極回到電解液,因此外電路中有光電流產生。

由于有機材料柔性好,制作容易,材料來源廣泛,成本底等優勢,從而對大規模利用太陽能,提供廉價電能具有重要意義。但以有機材料制備太陽能電池的研究僅僅剛開始,不論是使用壽命,還是電池效率都不能和無機材料特別是硅電池相比。能否發展成為具有實用意義的產品,還有待于進一步研究探索。

4.納米晶化學太陽能電池

在太陽能電池中硅系太陽能電池無疑是發展最成熟的,但由于成本居高不下,遠不能滿足大規模推廣應用的要求。為此,人們一直不斷在工藝、新材料、電池薄膜化等方面進行探索,而這當中新近發展的納米TIO2晶體化學能太陽能電池受到國內外科學家的重視!∽匀鹗Gratzel教授研制成功納米TIO2化學大陽能電池以來,國內一些單位也正在進行這方面的研究。納米晶化學太陽能電池(簡稱NPC電池)是由一種在禁帶半導體材料修飾、組裝到另一種大能隙半導體材料上形成的,窄禁帶半導體材料采用過渡金屬Ru以及Os等的有機化合物敏化染料,大能隙半導體材料為納米多晶TIO2并制成電極,此外NPC電池還選用適當的氧化一還原電解質。納米晶TIO2工作原理:染料分子吸收太陽光能躍遷到激發態,激發態不穩定,電子快速注入到緊鄰的TiO2導帶,染料中失去的電子則很快從電解質中得到補償,進入TiO2導帶中的電于最終進入導電膜,然后通過外回路產生光電流。

二、多晶硅太陽能電池優點

1.透光性好,成本低:多晶硅太陽能電池的主體是采用鋼化玻璃制作而成,透光率是非常好的,能夠達到91%以上,如果遇到強光的話,透光率甚至可以達到100%,是目前市面上發電池板透光率最好的一種材料。其次,這種多晶硅太陽能發電設備采購的整個費用比較低,后期運行起來也是非常節省費用的。唯一不足的就是在弱光的環境當中,光電轉換率就會比較差一點,會大量的消耗電池片。

2.密封性好:多晶硅太陽能電池與其他的薄膜太陽能發電池最大的不同,就是采用了硅膠作為密封組件和鋁合金的邊框,取代了雙面膠條或者是泡棉的地位,成為了最新的密封材料。硅膠的密封性能好,工藝簡單方便,成本非常低,綠色環保,很適合太陽能發電池。

3.應用廣泛:這種多晶硅太陽能電池安裝起來非常方便,吸收強光的能力也是非常強的。因此,就算是在高原或者是海島等偏遠地區,都是可以安裝這種發電池板來滿足居民的生活用電問題。另外,現在很多新能源汽車的電池也開始使用多晶硅太陽能發電池,續航能力可以達到20公里,可以說非常不錯的能源替代品。

三、多晶硅太陽能電池組件

1)鋼化玻璃其作用為保護發電主體(電池片),透光其選用是有要求的,1.透光率必須高(一般91%以上);2.超白鋼化處理

2EVA用來粘結固定鋼化玻璃和發電主體(電池片),透明EVA材質的優劣直接影響到組件的壽命,暴露在空氣中的EVA易老化發黃,從而影響組件的透光率,從而影響組件的發電質量除了EVA本身的質量外,組件廠家的層壓工藝影響也是非常大的,如EVA膠連度不達標,EVA與鋼化玻璃、背板粘接強度不夠,都會引起EVA提早老化,影響組件壽命。

3)電池片主要作用就是發電,發電主體市場上主流的是晶體硅太陽電池片、薄膜太陽能電池片,兩者各有優劣晶體硅太陽能電池片,設備成本相對較低,但消耗及電池片成本很高,但光電轉換效率也高,在室外陽光下發電比較適宜薄膜太陽能電池,相對設備成本較高,但消耗和電池成本很低,但光電轉化效率相對晶體硅電池片一半多點,但弱光效應非常好,在普通燈光下也能發電,如計算器上的太陽能電池。

4EVA作用如上,主要粘結封裝發電主體和背板。

5)背板作用,密封、絕緣、防水(一般都用TPT、TPE等材質必須耐老化,組件廠家都質保25年,鋼化玻璃,鋁合金一般都沒問題,關鍵就在與背板和硅膠是否能達到要求)。

6)鋁合金保護層壓件,起一定的密封、支撐作用。

7)接線盒保護整個發電系統,起到電流中轉站的作用,如果組件短路接線盒自動斷開短路電池串,防止燒壞整個系統接線盒中最關鍵的是二極管的選用,根據組件內電池片的類型不同,對應的二極管也不相同。

8)硅膠密封作用,用來密封組件與鋁合金邊框、組件與接線盒交界處有些公司使用雙面膠條、泡棉來替代硅膠,國內普遍使用硅膠,工藝簡單,方便,易操作,而且成本很低。

來源:電子發燒友

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