，光伏高新技術(shù)開發(fā)和核心技術(shù)應(yīng)用，2017.8，主要內(nèi)容，1，光伏發(fā)電原理，2，光伏分類，3，硅光電池制造工藝簡介光電池的物理基礎(chǔ)是由兩種不同半導(dǎo)體材料組成的大面積PN結(jié)和非平衡少數(shù)載流子PN結(jié)內(nèi)電場作用而形成的漂移電流。1.太陽光發(fā)電原理，p型，n型由兩種不同半導(dǎo)體材料組成的太陽能電池照射時(shí)，部分光線反射，部分吸收，部分通過電池片。一、一、光伏發(fā)電原理、第一，光電池發(fā)電原理，吸收的光能刺激束縛的電子，產(chǎn)生“電子-孔”對，PN結(jié)電場作用下的電子，孔相互移動(dòng)，電池兩端連接負(fù)載，負(fù)載就會(huì)流動(dòng)。當(dāng)光線持續(xù)照射時(shí)，負(fù)荷不斷地流動(dòng)電流。單片太陽能電池是薄半導(dǎo)體PN結(jié)。在標(biāo)準(zhǔn)照明條件下，額定輸出電壓約為0.5V。第一，光電池的基本原理，光譜響應(yīng)太陽光譜，不同波長光的能量，光子數(shù)不同。因此，光電池接收光所產(chǎn)生的光子數(shù)也不相同。光電池在入射光中各波長的光能量作用下收集的光電流，與進(jìn)入電池表面的此波長相對的光子數(shù)的比率，稱為光電池的光譜反應(yīng)?？梢援a(chǎn)生光生螺栓效果的太陽輻射波長的范圍通常在0.4到1.2um之間，最大靈敏度在0.8到0.95um之間。2，光電池分類，8，單晶硅太陽電池實(shí)驗(yàn)室最高效率：24.7%商業(yè)化批量生產(chǎn)效率：17%，多晶硅太陽電池實(shí)驗(yàn)室最高效率：20.3%商業(yè)化批量生產(chǎn)效率：16%，普通晶體硅太陽電池，2，光電池分類，9，CIGS薄膜太陽電池，最高效率19.9%，商用化12%。CdTe太陽電池最高效率：16.9%商業(yè)化：9-11%，非晶硅薄膜太陽電池，最高效率：12.8%(穩(wěn)定)商業(yè)化：6-8%，新一代薄膜太陽電池，薄膜太陽電池，2，晶硅電池產(chǎn)業(yè)鏈，3，硅系太陽能電池工藝簡介，硅砂、焦炭、粗硅、硅砂、中國儲(chǔ)量豐富的冶煉工藝簡單、技術(shù)難度低，國內(nèi)批量生產(chǎn)的粗硅純度為95-99%，介紹了變壓器的硅鋼、多晶硅的精煉，3、硅系太陽能電池的工藝。高純硅，粗硅，98%，99.999999999%，purify(精煉)，精制方法三氯硅烷氫還原法(SiHCl3，修飾西門子法)硅烷法(SiH4)四氯化，1 .單晶硅棒直接拉法，2 .多晶硅錠鑄造法，注：硅的熔點(diǎn)為1420，多晶硅錠和單晶硅棒拉直：粉末多晶硅生產(chǎn)后，通過錠或單晶爐重新啟動(dòng)，控制加熱溫度、冷卻時(shí)間和其他參數(shù)，需要的多晶硅錠和單晶硅棒；拉伸晶體，鑄錠工藝，3，硅太陽電池工藝簡介，3，介紹硅太陽電池工藝，在真空環(huán)境下加熱熔化金屬硅，使用電子束去除p(磷)。然后從Ar(氬)氣體中溶解，再用等離子炬去除b(硼)并凝固精制。應(yīng)用普通金屬精煉工藝，金屬雜質(zhì)的濃度可能會(huì)下降到0.1ppmw以下。，冶金工藝，4，高性能光電和工藝簡介PERL電池高效晶體硅電池PESC、PERC、PERL電池是新南威爾士州大學(xué)近20年來研究的高級電池系列，前兩個(gè)子雌性PE(PassivatedEmitter)表示前表面的鈍化(選擇性擴(kuò)散)其中PERL誘導(dǎo)了南京中電的SE電池和尚德的PLUTO電池。PESC(鈍化接觸)電池于1985年上市，充電系數(shù)超過83%，效率達(dá)20.8% (am 1.5)。鈍化發(fā)射極后現(xiàn)場接觸(PERC)電池用作后點(diǎn)接觸，而不是用于實(shí)現(xiàn)約700mV的開路電壓和22.3%效率的PESC電池的整體后鋁合金接觸。PERL(passiviatedemitteradandrearlocally-diffused)電池是鈍化發(fā)射極、背面固定范圍擴(kuò)展光電池的縮寫。1990年，新南威爾士州大學(xué)的J.ZHAO以PERC電池結(jié)構(gòu)和工藝為基礎(chǔ)，在電池背面的接觸孔中制造了BBr3固定域擴(kuò)散的PERL電池，如下所示：2001年，PERL電池的效率達(dá)到24.7%，接近理論家，是迄今最高的記錄。4，高性能光電池和工藝簡介，4，高性能光電和工藝簡介，HIT(heterojunctionwithinsichin-laye)高效異質(zhì)結(jié)太陽能電池于1992年，MakotoTanaka等公司首次制造HIT電池，當(dāng)時(shí)轉(zhuǎn)換效率達(dá)18.1%100.4cm2大小的硅片上，HIT電池的效率持續(xù)提高，達(dá)到23%。HIT電池中間是經(jīng)過天鵝絨的n型襯底硅，照明側(cè)是p型/i型(獨(dú)特)非晶硅薄膜，背面是n型/i型非晶硅薄膜，前后表面濺射有TCO薄膜，電極是在TCO薄膜上制造的。HIT電池主要包括以下方面：1p-n接頭的制造是傳統(tǒng)晶體硅太陽電池的高溫?cái)U(kuò)散過程(850)，是避免對基體材料產(chǎn)生熱影響的低溫沉積過程( 250)。在2 p-n結(jié)之間增設(shè)一層固有非晶硅薄層，可以有效降低結(jié)區(qū)復(fù)合速度，電池背面的n型非晶硅層形成基板和高低結(jié)，固有非晶硅層起到背面鈍化的作用，有效降低背面復(fù)合物，提高電池開電壓。3穩(wěn)定性好，不發(fā)生照明衰減。4p-n連接通過薄膜沉積(可以將基板厚度降低到低水平)有助于降低成本。HIT電池是2011年Sanyo公司HIT電池容量565MW的高效太陽能電池中比較成功的一種。目前世界上很多機(jī)構(gòu)都在研究HIT電池，但重復(fù)或?qū)崿F(xiàn)Sanyo的結(jié)果表明這項(xiàng)技術(shù)相對困難。4，高性能光電池和工藝簡介，4，高性能光電池和工藝簡介，后電極接觸硅電池IBC電池是后電極接觸(InterdigitatedBack-contact)硅光電池的縮寫。Sunpower公司開發(fā)的高效電池的特點(diǎn)是前面沒有網(wǎng)格電極，正極和負(fù)極在后面交叉排列。利用點(diǎn)接觸(Point-contactcell，PCC)和網(wǎng)印技術(shù)。這種背電極實(shí)現(xiàn)了電池前端“零遮擋”，增加了光的吸收和利用。但是制造工藝也很復(fù)雜，工藝的難題包括p擴(kuò)散、金屬電極下的再擴(kuò)散、激光燒結(jié)等。2009年7月，SunPower公司推出了效率為19.3%的光電模塊。4，高性能光電池和工藝簡介，4，介紹了高性能光電池和工藝，OECO電池由傾斜蒸發(fā)金屬接觸硅電池表面的許多整潔的方形槽組成，淺發(fā)射極n在硅片上表面有非常薄的氧化隧道層，Al電極在槽的側(cè)面斜鍍，將PECVD沉積硅質(zhì)貨物用作鈍化層和防反射膜OECO電池，具有以下特點(diǎn)：(1)電極位于槽的側(cè)面，有利于提高短路電流；(2)能獲得高開路電壓和充電系數(shù)的優(yōu)秀MIS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；(3)高質(zhì)量沉積電極接觸；(4)可不受接觸特性限制而優(yōu)化的淺發(fā)射極；(5)高質(zhì)量低溫表面鈍化。，4，高性能光電池和工藝簡介，4，介紹高性能光電池和工藝，德國Fraunhofer超薄多晶硅高效電池德國Fraunhofer sola研究所準(zhǔn)備的多晶硅電池刷新了世界多晶硅電池轉(zhuǎn)換效率記錄20.3%。該電池不僅具有局部的背表面場結(jié)構(gòu)和等離子面具制造的表面質(zhì)感，而且具有良好的光周期特性，使用濕氧化法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱氧化鈍化電池后表面，在鈍化效果和溫度因素之間找到了適當(dāng)?shù)钠胶恻c(diǎn)。結(jié)合鈍化效果，降低溫度對子壽命的影響，優(yōu)化電池性能。該電池的另一個(gè)特點(diǎn)是超薄，厚度只有37um，該技術(shù)對于減少多晶硅的使用量具有重要意義。4，高性能光電池和工藝簡介，4，高性能光伏和工藝簡介，SE高效電池-國內(nèi)高效硅電池SE高效電池(選擇optive emitter)是基于現(xiàn)有加工制造工藝設(shè)備和p型硅原料的單晶硅電池。轉(zhuǎn)換效率平均為17.5%，性能更穩(wěn)定，主要原料硅片的材料變化影響較小。中電SE電池的工藝特點(diǎn)是1)用絲網(wǎng)印刷蝕刻劑在硅膠層蝕刻電極圖形，一般為10% 25%氟化銨漿代替?zhèn)鹘y(tǒng)光刻。(2)經(jīng)過3次熱處理，達(dá)到線材擴(kuò)散后輕度擴(kuò)散的目的，僅在中擴(kuò)散區(qū)域打印電極(即“選擇性”發(fā)射臺(tái))。4，高性能光電池和工藝簡介，4，高性能光電池和工藝簡介，石墨烯是一種混合異質(zhì)結(jié)電池，主要用于OPSC有機(jī)聚合物太陽能電池(Organicpolymersolarcell，OPSC)，它照亮了OPSC的電子傳遞材料(電子共點(diǎn)對)，電子在OPSC的工作原理中應(yīng)用石墨烯：發(fā)光在供體中入射材料P3HT/P3OT通過光刺激產(chǎn)生電子共點(diǎn)對。即，創(chuàng)建exchase。電子孔點(diǎn)對轉(zhuǎn)移到孔集和石墨烯受體材料的界面后，電子轉(zhuǎn)移到graphene受體材料的LUMO能量等級，孔點(diǎn)保留在孔集材料的HOMO能量等級上，使電子和孔集對分離。電子從graphene受體材料轉(zhuǎn)移，最終傳遞到Al陰極。電子共點(diǎn)對分離后，共點(diǎn)通過導(dǎo)電聚合物polypedot : PSS傳遞到正電極ITO/FTO表面?？缀碗娮臃謩e由陰極和陽極收集，產(chǎn)生電位差，實(shí)現(xiàn)光生螺栓效應(yīng)。4，高性能光電池和工藝簡介，DSSC的主要結(jié)構(gòu)由：graphenebasedtransparentconductingeleodes工作電極三部分組成； graphenebasedcunterelectrode對電極；TiO 2-graphenecompositeesbasedphotoanodes電解質(zhì)，4，介紹了高性能光電池和工藝，復(fù)合石墨烯材料在光伏玻璃中的應(yīng)用1，親水性，玻璃表面的自清潔效果；2、利用滲透性、石墨烯六角形結(jié)構(gòu)提高陽光透射率，減少反射和擴(kuò)散；3、在光催化、紫外線下，石墨烯具有光催化功能，能自行分解光電池玻璃表面的有機(jī)物，有助于玻璃表面清潔。綜合以上功能，將復(fù)合石墨烯材料應(yīng)用于光電池增減，提高5-6%的光滲透率，有助于提高光伏組件效率。光伏并網(wǎng)系統(tǒng)工作原理：在太陽能照射下，電池元件產(chǎn)生光電效應(yīng)發(fā)生直流，產(chǎn)生直流，通過合流箱連接到每個(gè)相應(yīng)的逆變器，轉(zhuǎn)換為三相交流，然后在專用太陽能交流配電柜內(nèi)集成集成電網(wǎng)。，5，太陽能發(fā)電應(yīng)用技術(shù)簡介，獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)：未連接到公共電網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)，并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)：連接到公共電網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)，5，介紹光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)，光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成：單晶硅太陽能組件矩形提供光伏發(fā)電陣列匯流箱提供交流配電的電流和匯流并網(wǎng)逆變器提供升壓并網(wǎng)，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要設(shè)備，電池組件，變頻器，匯流箱，助推器，5，太陽能發(fā)電應(yīng)用技術(shù)簡介，5，介紹了光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)，農(nóng)光互補(bǔ)太陽能系統(tǒng)應(yīng)用陰陽一體化日光溫室系統(tǒng)，本技術(shù)將普通溫室分為兩部分，兩棚超過8米，透光材料，在兩棚種植綠色蔬菜，屋頂后墊太陽能電池板，不影響綠色作物的生長；陰膜隔4米，用陽倉和隔熱墻隔開。屋頂都鋪上太陽能電池板，倉庫里種上真菌或喜陰作物，兩個(gè)倉庫共享隔熱墻，相互獨(dú)立形成系統(tǒng)，一個(gè)倉庫和兩用，節(jié)約土地和費(fèi)用，減少能源消耗，提高產(chǎn)量。洋房綠色作物光合作用洋房主要是綠色蔬菜，5，光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)簡介，在陰室食用菌或弱光作物呼吸作用菌子實(shí)體中形成，旺盛的呼吸作用，對O2的要求也急劇增加，需要提供足夠的新鮮空氣。5，太陽能發(fā)電應(yīng)用技術(shù)簡介，陰陽一體化溫室碳氧自循環(huán)圖，5，介紹太陽能發(fā)電應(yīng)用技術(shù)，5，太陽能發(fā)電應(yīng)用技術(shù)簡介，5，介紹了光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)，介紹了釣魚和光伏互補(bǔ)技術(shù)，介紹了可調(diào)角度大跨度鎖太陽能支架系統(tǒng)光伏發(fā)電組件固定在硬軸和角度調(diào)節(jié)支架上。其中，硬軸支撐太陽能組件的重量，雕塑支撐和兩端的驅(qū)動(dòng)齒輪連接可以通過調(diào)整角度調(diào)整支撐高度來調(diào)整太陽能組件和水平面之間的角度，支撐體只占很小的土地面積，大面積的光伏組件被支架固定在空中，受地形限制較小，特別適合受養(yǎng)魚場、等環(huán)境限制的太陽能發(fā)電站的安裝載體。另外，固定在支架上的太陽光部件可以調(diào)整角度，適應(yīng)氣候情況，實(shí)現(xiàn)以漁業(yè)為基礎(chǔ)的太陽能支持的新漁船賞技術(shù)，最大限度地提高系統(tǒng)整體效率，實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境下的土地二次利用。5、介紹光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)，非逆變光伏和低壓直流家用系統(tǒng)新能源、新材料、信息技術(shù)和電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，以及廣泛應(yīng)用，用戶對電力需求、電力質(zhì)量和供電可靠性的要求不斷提高，現(xiàn)有交流配電網(wǎng)對分布式新能源(電力)接入、負(fù)荷和電力需求的多樣化，電力流量平衡控制復(fù)雜性各種能源存儲(chǔ)設(shè)備，如風(fēng)力、太陽能、燃料電池，以及電動(dòng)汽車電源電池、超級電容器，基本上是直流(或直流電源技術(shù))，必須通過DC/AC轉(zhuǎn)換器集成到交流電網(wǎng)中。在許多辦公室和家用電器中使用直流電源實(shí)際上更方便，能效更高。越來越多的產(chǎn)業(yè)負(fù)荷利用變頻技術(shù)提高電力利用效率。5，介紹太陽能發(fā)電應(yīng)用技術(shù)，直流家庭，家用電器是直流負(fù)載，變頻器不再需要家用電源系統(tǒng)，可以提高用電效率。5、介紹了光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)，基于多用戶分布式光伏云平臺(tái)系統(tǒng)的云計(jì)算是支持大規(guī)模訪問分布式光伏電源的智能電網(wǎng)的重要特征，但分