上游充通大学 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 第四章太阳能 取之不尽、用之不揭 大 强 SHANG 1日日G
第四章 太阳能 取之不尽、用之不竭
上游充通大学 太阳能的利用方式 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 直接利用 >太阳能集热器 >太阳能电池(光伏电池) ©间接利用 >光合作用绿色植物 生物质能 >化学储存(光解制氢等)
太阳能的利用方式 直接利用 太阳能集热器 太阳能电池(光伏电池) 间接利用 光合作用 化学储存(光解制氢 等) 绿色植物 生物质能
上游充通大学 太阳能集热器 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 应用: 太阳能热水器 太阳灶 太阳能熔炉 太阳能海水淡化器 太阳能热电站 原理: 聚焦 高温(热能) 吸热体 热交换 载热流体
太阳能集热器 太阳能热水器 太阳灶 太阳能熔炉 太阳能海水淡化器 太阳能热电站 应用: 原理: 热交换 载热流体 聚焦 高温(热能) 吸热体
图 上游充通大学 太阳能热水器 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 太阳光收集集方式: 平板型 国 聚光型
太阳能热水器 太阳光收集集方式: 平板型 聚光型
上浒充通大学 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 太阳能电池(光伏电池) Solar Cell (Photovoltaic Cell) 太阳能电池是一种将太阳能直接 转变成电能的装置。 工作原理? 光 无反射涂云 上部花战 n型半导体(P、As等掺杂) E p型半导体(B等掺杂) p-n结 内建静电场) 基板 下都电极 电子空穴对 p型 n型硅层 (electron-hole pair) :生找光载流子的领域
太阳能电池(光伏电池) Solar Cell (Photovoltaic Cell) 太阳能电池是一种将太阳能直接 转变成电能的装置。 工作原理? n型半导体(P、As等掺杂) p型半导体(B等掺杂) p-n结 电子-空穴对 (electron-hole pair) E
上游充通大学 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 硅太阳能电池 √单晶硅 纯度99.9999% 1954年美国贝尔研究所的Pearson、Chapin、Fuller用单 晶硅发明了pn结型硅太阳能电池。 ·能量转换效率高(小面积:24%,100cm2:21%,规模 化生产:15-18%) ·发电性能稳定 ·成本高 √多晶硅 ·成本相对较低 ·能量转换效率中等(小面积:20%,100cm2:17.5%, 规模化生产:13-14%) √非晶硅 ·成本最低 ·能量转换效率低(规模化生产:10%) •发电性能稳定性差
硅太阳能电池 单晶硅 多晶硅 非晶硅 纯度:99.9999% 1954年美国贝尔研究所的Pearson、Chapin、Fuller用单 晶硅发明了pn结型硅太阳能电池。 • 能量转换效率高(小面积:24%,100cm2:21%,规模 化生产:15-18%) • 发电性能稳定 • 成本高 • 成本相对较低 • 能量转换效率中等(小面积:20%,100cm2:17.5%, 规模化生产:13-14%) • 成本最低 • 能量转换效率低(规模化生产:10%) •发电性能稳定性差
上游充通大学 其它无机半导体太阳能电池 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY CuInSe,(CIS)太阳能电池 √Cu(InGa)Se,(CIGS)太阳能电池 ·低成本(薄膜化,微米级)☐光吸收系数极大 ·高能量转换效率(19.2%) ·户外长期使用稳定性 √砷化缘(GaAs)太阳能电池 √鳞化细(InP)太阳能电池 ·能量转换效率高(26%) ·优异的抗辐射(耐宇宙射线)性能
其它无机半导体太阳能电池 CuInSe2 (CIS)太阳能电池 Cu(InGa)Se2 (CIGS)太阳能电池 • 低成本(薄膜化,微米级) • 高能量转换效率(19.2%) • 户外长期使用稳定性 光吸收系数极大 砷化镓 (GaAs)太阳能电池 磷化铟 (InP)太阳能电池 • 能量转换效率高(26%) • 优异的抗辐射(耐宇宙射线)性能
上游充通大¥ 柒料敏化(色素增感)太阳能电池 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY √低成本化 0.6$W(染料敏化太阳能电池) 3.0SW(硅太阳能电池) ·有机染料 ·Ti02、Zn0等 √制造方法简单 湿法生产(印刷) √能量转换效率较低 ~10% 1991年瑞士洛桑理工大学的Graetzel教授首次报道了转 换效率为7.9%的染料敏化太阳能电池
染料敏化(色素增感)太阳能电池 低成本化 0.6 $/W(染料敏化太阳能电池) 3.0 $/W(硅太阳能电池) ~10% 能量转换效率较低 • 有机染料 • TiO2、ZnO等 1991年瑞士洛桑理工大学的Graetzel教授首次报道了转 换效率为7.9%的染料敏化太阳能电池。 制造方法简单 湿法生产(印刷)
上游充通大学 敏化染料 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY HOOC C00 COOTBA HOOC HOOC coo- N=O=S Ru N=C=9 HOOC HOOC COOH COOTBA CN COOH
敏化染料
上游充通大学 聚合物薄膜太阳能电池 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY √原理: aluminum PEDOT-PSS ito plastic foil 光活性层(聚合物)←一 11 ·电子给体材料(Donor) MDMO-PPV PCBM e 电子受体材料(Acceptor) D-A界面:体异质结(类似于pn结) 光照→ 激子 (电子-空穴对) 激子扩散→电荷分离 ↓ 电荷收集←一电荷传输 (电子在A中扩散,空穴在D中扩散) (电流)
聚合物薄膜太阳能电池 原理: 光活性层(聚合物) • 电子给体材料(Donor) • 电子受体材料(Acceptor) D-A界面:体异质结(类似于pn结) 光照 激子 (电子-空穴对) 激子扩散 电荷分离 电荷收集 电荷传输 (电子在A 中扩散,空穴在D 中扩散) (电流)