上海交通大学：《清洁能源技术原理与应用》课程教学资源（课件讲义）第四章 太阳能与光伏发电

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 ⑧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）