薄膜太阳能发电(薄膜太阳能发电原理)

薄膜太阳能发电原理

光能（或者太阳能）转化为电能。原因：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湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。

太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原 理。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。

薄膜太阳能电池工作原理图

太阳能电池板可以分为：

1、晶体硅电池板：多晶硅太阳能电池、单晶硅太阳能电池。

2、非晶硅电池板：薄膜太阳能电池、有机太阳能电池。

3、化学染料电池板：染料敏化太阳能电池。

太阳能电池板是通过吸收太阳光，将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换成电能的装置。

太阳能电池板的使用寿命由电池片，钢化玻璃，EVA，TPT等的材质决定，一般会用好一点材料的厂家做出来的电池板使用寿命可以达到25年，但随着环境的影响，太阳能电池板的材料会随着时间的变化而老化。

有机薄膜太阳能电池工作原理

太阳能电池，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，又称为“太阳能芯片”或“光电池”，它只要被满足一定照度条件的光照度，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，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。以光伏效应工作的晶硅太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的薄膜电池实施太阳能电池则还处于萌芽阶段。

发展

数据显示2012年，我国太阳能电池继续保持产量和性价比优势，国际竞争力愈益增强。

随着太阳能电池行业的不断发展，内业竞争也在不断加剧，大型太阳能电池企业间并购整合与资本运作日趋频繁，国内优秀的太阳能电池生产企业愈来愈重视对行业市场的研究，特别是对产业发展环境和产品购买者的深入研究。正因为如此，一大批国内优秀的太阳能电池品牌迅速崛起，逐渐成为太阳能电池行业中的翘楚。

历史

术语“光生伏特（Photovoltaics）”来源于希腊语，意思是光、伏特和电气的，来源于意大利物理学家亚历山德罗·伏特的名字，在亚历山德罗·伏特以后“伏特”便作为电压的单位使用。

以太阳能发展的历史来说，光照射到材料上所引起的“光起电力”行为，早在19世纪的时候就已经发现了。

1839年，光生伏特效应第一次由法国物理学家A.E.Becquerel发现。1849年术语“光－伏”才出现在英语中。

1883年，第一块太阳电池由Charles Fritts制备成功。Charles用硒半导体上覆上一层极薄的金层形成半导体金属结，器件只有1%的效率。

到了20世纪30年代，照相机的曝光计广泛地使用光起电力行为原理。

1946年，Russell Ohl申请了现代太阳电池的制造专利。

到了20世纪50年代，随着半导体物性的逐渐了解，以及加工技术的进步，1954年当美国的贝尔实验室在用半导体做实验发现在硅中掺入一定量的杂质后对光更加敏感这一现象后，第一个太阳能电池在1954年诞生在贝尔实验室。太阳电池技术的时代终于到来。

自20世纪58年代起，美国发射的人造卫星就已经利用太阳能电池作为能量的来源。

20世纪70年代，能源危机时，让世界各国察觉到能源开发的重要性。

1973年，发生了石油危机，人们开始把太阳能电池的应用转移到一般的民生用途上。

在美国、日本和以色列等国家，已经大量使用太阳能装置，更朝商业化的目标前进。

在这些国家中，美国于1983年在加州建立世界上最大的太阳能电厂，它的发电量可以高达16百万瓦特。南非、博茨瓦纳、纳米比亚和非洲南部的其他国家也设立专案，鼓励偏远的乡村地区安装低成本的太阳能电池发电系统。

而推行太阳能发电最积极的国家首推日本。1994年，日本实施补助奖励办法，推广每户3,000瓦特的“市电并联型太阳光电能系统”。在第一年，政府补助49%的经费，以后的补助再逐年递减。“市电并联型太阳光电能系统”是在日照充足的时候，由太阳能电池提供电能给自家的负载用，若有多余的电力则另行储存。

当发电量不足或者不发电的时候，所需要的电力再由电力公司提供。到了1996年，日本有2,600户装置太阳能发电系统，装设总容量已经有8百万瓦特。一年后，已经有9,400户装置，装设的总容量也达到了32百万瓦特。随着环保意识的高涨和政府补助金的制度，预估日本住家用太阳能电池的需求量，也会急速增加。

在中国，太阳能发电产业亦得到政府的大力鼓励和资助。2009年3月，财政部宣布拟对太阳能光电建筑等大型太阳能工程进行补贴[2] 。

原理

太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电路后就产生电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。

光—热—电转换

光—热—电转换方式通过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的蒸气，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，估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10倍。一座1000MW的太阳能热电站需要投资20～25亿美元，平均1kW的投资为2000～2500美元。因此，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

太阳能电池发电是根据特定材料的光电性质制成的。黑体(如太阳)辐射出不同波长(对应于不同频率)的电磁波， 如红外线、紫外线、可见光等等。当这些射线照射在不同导体或半导体上，光子与导体或半导体中的自由电子作用产生电流。

射线的波长越短，频率越高，所具有的能量就越高，例如紫外线所具有的能量要远远高于红外线。但是并非所有波长的射线的能量都能转化为电能，值得注意的是光伏效应于射线的强度大小无关，只有频率达到或超越可产生光伏效应的阈值时，电流才能产生。

能够使半导体产生光伏效应的光的最大波长同该半导体的禁带宽度相关，譬如晶体硅的禁带宽度在室温下约为1.155eV，因此必须波长小于1100nm的光线才可以使晶体硅产生光伏效应。 太阳电池发电是一种可再生的环保发电方式，发电过程中不会产生二氧化碳等温室气体，不会对环境造成污染。

按照制作材料分为硅基半导体电池、CdTe薄膜电池、CIGS薄膜电池、染料敏化薄膜电池、有机材料电池等。其中硅电池又分为单晶电池、多晶电池和无定形硅薄膜电池等。对于太阳电池来说最重要的参数是转换效率，在实验室所研发的硅基太阳能电池中，单晶硅电池效率为25.0%，多晶硅电池效率为20.4%，CIGS薄膜电池效率达19.6%，CdTe薄膜电池效率达16.7%，非晶硅（无定形硅）薄膜电池的效率为10.1%

太阳电池是一种可以将能量转换的光电元件，其基本构造是运用P型与N型半导体接合而成的。半导体最基本的材料是“硅”，它是不导电的，但如果在半导体中掺入不同的杂质，就可以做成P型与N型半导体，再利用P型半导体有个空穴(P型半导体少了一个带负电荷的电子，可视为多了一个正电荷)，与N型半导体多了一个自由电子的电位差来产生电流，

所以当太阳光照射时，光能将硅原子中的电子激发出来，而产生电子和空穴的对流，这些电子和空穴均会受到内建电位的影响，分别被N型及P型半导体吸引，而聚集在两端。此时外部如果用电极连接起来，形成一个回路，这就是太阳电池发电的原理。

简单的说，太阳光电的发电原理，是利用太阳电池吸收0.4μm～1.1μm波长(针对硅晶)的太阳光，将光能直接转变成电能输出的一种发电方式。

由于太阳电池产生的电是直流电，因此若需提供电力给家电用品或各式电器则需加装直/交流转换器，换成交流电，才能供电至家庭用电或工业用电。

太阳能电池的充电发展太阳能电池应用在消费性商品上，大多有充电的问题，过去一般的充电对象采用镍氢或镍镉干电池，但是镍氢干电池无法抗高温，镍镉干电池有环保污染的问题。超级电容发展快速，容量超大，面积反缩小，加上价格低廉，因此有部份太阳能产品开始改采超级电容为充电对象，因而改善了太阳能充电的许多问题：

充电较快速，

寿命长5倍以上，

充电温度范围较广，

减少太阳能电池用量(可低压充电)。

薄膜太阳能电池工作原理

光能转化为电能，不是氧化还原反应：因为成本问题和开发原因。

太阳能电池有两种原理：

光电效应（不涉及化学反应，更不涉及氧化还原，主流太阳能电池均用此）。

光化学效应（涉及氧化还原反应，但目前应用少）。

利用光伏效应工作的晶硅太阳能电池是主流，而以光化学效应工作的薄膜电池实施太阳能电池则还处于萌芽阶段。

太阳能热发电技术原理

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。

（1） 光—热—电转换方式通过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的蒸气，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，估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10倍。

（2） 光—电直接转换方式该方式是利用光伏效应，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，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。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

太阳能集热膜原理

太阳能热水器的温度最高温度就是100度，但是这也要看天气，天气好的话80度到90度是没问题的。太阳能热水器把太阳光能转化为热能，将水从低温度加热到高温度，以满足人们在生活、生产中的热水使用。太阳能热水器是由集热管、储水箱及相关附件组成，把太阳能转换成热能主要依靠集热管。

集热器受阳光照射面温度高，集热管背阳面温度低，而管内水便产生温差反应，利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而达到所需热水。

薄膜太阳能发电系统

靠谱。薄膜太阳能电池是由薄膜通过太阳能成为能够充电的电池，其厚度跟一般的薄膜一样薄，一般呈黑色或深色。主要应用于建筑、军事、旅行、国防、电力供应等用途。

薄膜太阳能电池的优点

1、在弱光程度下其发电性能非常好。

2、在光照强度相同的情况下与其他电池相比功率损失少。

3、薄膜太阳能电池拥有非常好的功率温度系数。

4、光传输和发电量大，且制作时只需少量硅原料。

5、完全不会出现内部短路问题。

6、薄膜太阳能电池体积薄，原材料普遍，且能够与建材进行整合性应用。

薄膜太阳能工作原理

与普通蔬菜大棚不同的是，光伏蔬菜大棚的棚顶安装了几列橘红色的“方格”，每个“方格”大约有两米宽，七八米长，这个“方格”就是太阳能薄膜电池板。靠近大棚墙边的下方有一个凸出来的方形盒子，这个盒子叫“汇流箱”。它们之间的关系是电池板吸收太阳光能并将其转换为12V的电能，然后汇集到汇流箱内，再通过逆变器变成380V的工业用电。

太阳能传热原理

太阳光是太阳的电磁辐射，而电磁辐射在真空中的传播速度是光速，所以1.5亿公里的距离需要8分钟才能够到达。电磁辐射到达地球之后，首先接触的是大气层，这个时候会跟大气层中的粒子发生作用，让粒子通过运动将辐射转化为热量储存在大气层中。

这些产生的热量不断传递给物质，让物质有了温度，传给人体，让我们感受到了冷热。在这个过程中，还有地球强大的磁场也发挥了重要作用，要知道太阳辐射到地球的电磁波可是非常杂的，我们平时看到的阳光只是电磁波中很小的一段。

电磁波中有大量对地球生命有害的辐射，例如紫外线，如果这些有害的紫外线大量照射到地表上，那么生命的生存就会迎来巨大的威胁。而要挡住过滤掉大量的有害怕射线，那么除了大气层之外，就需要磁场的参与。

强大的地球磁场可以有效抵挡太阳辐射，让适量的辐射到达地球表面，给我们带来一个适宜的温度，保障生命的生存。