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1、太阳能电池及其未来,三峡大学谭新玉,内 容,5,3,太阳能电池知识,太阳能的利用,太阳能是地球上最基本的能源,人类利用太阳能已有3000多年的历史,传说阿基米德曾经利用聚光镜反射阳光，烧毁了来犯的敌船。,太阳能即指由太阳发射出来并由地球表面接受的这一部分辐射能。,石油 40年,天然气 61 年,煤 碳 227年,化石能源是不可再生能源,5,能源危机给人类社会带来的影响是我们难以承受的，而且随着现代的高速发展，人类对能源的需求量越来越大。石化能源对环境造成破坏和污染。开发和利用清洁，高效的新能源已成为人类共同关注的重大课题！,石化能源危机与危害,6,臭氧层的破坏,全球警告!,21世纪，全球温度将
2、上升1.8 4.0 C，将直接导致海平面的上升并威胁到生活在纽约、伦敦及上海等城市。,20世纪已致全球温度升高0.60.2 C。,核电：资源有限，安全隐患,人类需要新能源,在新能源中，太阳能，生物质能，氢能和风能，海洋能，地热能等都是可以再生能源。,其中太阳能是最诱人的,10,风能,广义的太阳能利用,波浪能,地热能,石化能,生物质能,11,生物能,太阳灶,热水器,大棚,太阳能应用（一）：光能热能,太阳能供热,12,光伏发电（PV）,热 发电（CSP）,太阳能发电的两种方式,13,14,太阳能应用（三）太阳能化学能,Build wall,Purify air,内 容,5,15,2020:PV1，
3、2040:20,国际能源中心 预测-PVPS,16,17,美国。奥巴马政府“绿色能源计划”，“百万屋顶计划”3年内使太阳能等可再生能源利用量增加1倍，2012年，可再生能源发电比例提高到10%。到2025年前，将投资1900亿美元用于清洁能源和可再生能源的开发利用。日本。2008年发布“太阳能发电普及行动计划”，3-5年后太阳能电池系统的价格降至目前的一半左右，到2030年，太阳能发电量要达到2005年的40倍。2009年重新启动太阳能光伏补贴政策用户可得到7万日元/千瓦的补贴。,各国光伏应用政策,太阳能电池,欧洲联盟国家计划在年太阳能光电转换的电力占所有总电力的1.5,19,中国光伏应用政策
4、,大力开发和利用清洁能源是我国发展国民经济和建设小康社会的战略目标。“十二五”能源发展规划中明确指出：“从发展战略来说，新能源必须具备一定规模”。2020年，我国新能源占一次能源消费的比重将达到15%左右。“十二五”期末，新能源所占比重12%13%。,2004-2008年全球光伏装机量增长趋势图,21,全球光伏装机演化图,世界太阳能分布图,中国太阳能分布图,内 容,5,24,太阳能电池知识,25,单晶硅电池,硅电池的分类（单晶硅）,单晶硅片,形状上：呈八边形；颜色上：颜色均匀，黑色；,原材料,26,27,硅电池的分类（多晶硅）,形状上：呈四边形；颜色上：颜色不均匀，呈蓝色冰花状花纹；,硅乃地球
5、上蕴含量第二丰富的元素。硅本身无毒性，其氧化物稳定又不具水溶性。目前太阳电池以硅为主要材料。单结晶硅:转换效率高，成本高。(图1)多结晶硅:效率与成本较单结晶低。(图2)非结晶硅:成本最低，效率最差。(图3),硅材料太阳电池特性,29,各类硅电池性能比较,在08年以前，薄膜电池成本仅相当于晶硅电池的一半。然而，08年以后，多晶硅价格连创新低，从总成本的50%降到25%，成本也大幅下降，薄膜电池同期成本仅下降了10%，薄膜电池在成本上的优势降低。,Source-Solar Plaza 2009/1/23,-2008年,-2012年,30,世界光伏组件的生产模式,2007 年光伏产值分析，多晶硅提
6、炼环节占据光伏产业链的价值比例达到了56.16%，多晶硅和硅片切割环节仍是价值链中的重点领域。,光伏产业价值构成,31,32,光伏向薄膜时代的发展,33,光伏走进薄膜时代,晶体硅和薄膜太阳能光伏电池是现在乃至未来十年的两大主要技术阵营，晶体硅太阳能电池以高转化效率在过去和现在都主导着光伏市场。而薄膜电池在原有转化效率上突破性的进展以及相对低廉的成本在近几年吸引了研究者和投资者更多的关注，处于其急速发展期。,34,各类硅电池性能比较,在08年以前，薄膜电池成本仅相当于晶硅电池的一半。然而，08年以后，多晶硅价格连创新低，从总成本的50%降到25%，成本也大幅下降，薄膜电池同期成本仅下降了10%，
7、薄膜电池在成本上的优势降低。,35,薄膜电池,非晶硅薄膜电池,薄膜硅电池,化合物半导体薄膜,非晶微晶硅薄膜,CdS薄膜电池,CdTe薄膜电池,CIGS薄膜电池,Ga As薄膜电池,薄膜电池分类,36,碲化镉（CdTe）太阳能电池,世界碲的产量结构（按生产国分）,世界镉的产量结构（按生产国分）,碲和镉均属稀有元素，世界镉储量有180多万吨，碲储量有4-5万吨，碲在地壳中的含量按重量计为110-6%，非常稀少。中国是世界最大的镉消费国和进口国，每年镉的消费量超过12000 吨，其中有70%用于生产镍镉电池。,37,砷化镓电池(GaAs)电池简介,38,各种空间太阳能电池,空间太阳能电池长期暴露于高
8、真空、太阳耀斑及各种反射性条件下，并反复经受-100-100的温度考验，因此具有许多特殊要求：,空间太阳能电池,39,GaAs空间太阳能电池,GaAs 材料的光学带隙Eg=1.43 eV,能获得较高的转换效率。最高效率已达到29%。,3,40,砷化镓电池优点,1、光电转化率：砷化镓的禁带较硅宽，光谱响应性较硅好。目前，单结的砷化镓电池理论效率达到27%，而多结的砷化镓电池理论效率更超过50%。2、耐温性常规上，砷化镓电池的耐温性要好于硅光电池，有实验数据表明，砷化镓电池在250的条件下仍可以正常工作，但是硅光电池在200就已经无法正常运行。4、抗辐射性能好GaAs 为直接禁带材料,其抗高能粒子
9、辐照的性能优于间接禁带的Si 太阳电池。,41,42,聚光型太阳能电池简介,聚光型太阳能电池,43,聚光型太阳能电池,由聚光型太阳能电池(Concentrator Photovoltaic)+高聚光镜面菲涅尔透镜(Fresnel Lenes)+太阳光追踪器(Sun Tracker)的组合；2、世界上效率最高的三结砷化镓(GaAs)太阳能电池。效率 达到了创纪录的42.3%。4、聚光型太阳能电池的耐热性比晶圆型太阳能电池高。,44,45,太阳能光热发电简介,光热发电或成新能源投资主角,原理：系统先使用汇聚的太阳光将热量接收器中的介质（液体或气体）加热到非常高的温度，然后把这部分热量转换为机械能，
10、再从机械能转化为电能。聚光光热发电技术分为四种槽式、塔式、碟式及反射菲涅尔式。,中国及亚洲首座塔式光热发电站,北京顺义区槽式太阳能热发电站,46,光伏光热发电比较图,太阳能热发电可发电，供热，从而部分取代煤供热。太阳能供热采暖是继太阳能热水器之后，最具发展潜力的太阳能热利用技术。太阳能发电存在“间隙性”，是各种太阳能发电技术均存在的弊端。热发电通过“储热”，大幅度缓解“间隙性”难题，充当“调峰”电站。,47,内 容,5,48,太阳能电池知识,49,具有全球竞争力的中国光伏产业,50,中国太阳能电池研究历程,中国开始研制第一片晶体硅光伏电池从1958开始，太阳能电池也经历了从无到有、从空间到地面
11、、由军到民、由小到大、由单品种到多品种以及光电转换效率由低到高的艰难而辉煌的历程。,1969年研制完成单晶硅太阳能电池组,中国太阳能电池研究历程,1958-1965年，中国太阳能电池研究突飞猛进，电池效率稳定在15%，同国际水平相差不大。1970年，电池在空间卫星上使用；1975年，太阳能电池的应用开始从空间降落到地面；1999年，AsGa电池效率达到22%；2005年，我国开始了大规模生产多晶硅的序幕；2007年-至今，我国成为生产太阳电池最多的国家；,全球太阳能电池产量,单位：MW,52,目前，中国已形成了完整的太阳能光伏产业链。拥有无锡尚德、江西赛维、天威英利等一批知名企业。2009年中
12、国太阳能电池产量为300MW，占全球总产量的40%以上，从2007年开始，已成为全球太阳能电池生产第一大国。,53,中国太阳能电池产量比较图,2010年中国大陆和台湾的太阳能电池产量占全球产量超过65%,PV电池产量,2009年中国大陆和台湾的太阳能电池产量占全球64%以上,中国大陆太阳能电池产量连续四年第一,多晶硅薄膜电池由于使用的硅比单晶硅电池少，所以成本较低，效率高于非晶硅电池，性能稳定，目前在太阳能电池市场占有重要地位。,55,中国硅晶的生产模式,中国太阳能电池产量与预测,目前光伏发电的成本还比较高，但从长远看，随着技术的提升，太阳能光伏产业链各环节成本的持续下降，其他传统能源形式的逐
13、渐饱和，太阳能可能将在2030年以后成为主流的能源形式之一。,中国光伏电池产量及预测,2009年光伏电池产量比较图,56,中国光伏产品应用分类,57,Solar camping lantern,58,60,亚洲最大的光伏建筑一体化工程,中国馆、主题馆、世博中心和未来馆（原南市电厂）等四座标志性建筑，太阳能电池板的总装机容量达4.6兆瓦，年均发电可达406万千瓦时，减排二氧化碳总量逾3400吨。其中，利用世博主题馆屋顶建设的光伏项目，装机容量2.8兆瓦，是目前中国乃至亚洲最大的光伏建筑一体化工程。,Shanghai Expo 2010 中国馆主题馆,不同的国度，同一个世界，同一个梦想！共享技术，用阳光驱动未来！,真诚邀请各位专家和领导到三峡大坝和三峡大学调研考察！,Thank you!,
