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1、薄膜和晶体硅太阳能电池板的区别太阳能电池由来已久,但很长一段时间内仍处于研发阶段。当阳光照射到太阳能电池上时,会产生电荷,出现光伏效应。电荷数量取决于多个因素:电池材料(硅、薄膜等)、电池面积(更大的电池面积意味着更多单个电池可转化为更多电压或电流)以及光源的质量。最高效和最有吸引力的光源就是容易获得且无需成本太阳。太阳能简介如果来源可靠的话,是法国物理学家贝克勒尔(Alexandre-Edmond Becquerel) 在 1839 年无意中在放置在光线 下的导电液体中操作电极,从而发现了光伏作用。美国发明家 Charles Fritts 在 1883 年左右首次制备了光伏太阳能电池。他的方
2、法是在在硒表面镀上一层薄薄的金,制成的电池的最高效率只有不到 1%。当然硒和金的成本很高, 这让他的成就打了一些折扣。故事继续。到了 1888 年,俄国物理学家 Aleksandr Stoletov 基于赫兹(Heinrich Hertz)在 1887 年发现的光电效应组 装了光伏电池;1905 年,艾尔伯特?爱 因斯坦解 释了光电效应;1946 年,美国工程师 Russell Shoemaker Ohl 为结型太阳能电池注册了专利; 研究最终还导致了晶体管的发明。贝尔实验室在 1954 年因为开发首个有效太阳能光伏电池而知名。贝尔实验室使用扩散半导体 PN 结为太阳能电池带来了效率的提升,但
3、还不足以在具有成本效益的范围内生产。四年后,先锋 1 号(Vanguard I)卫星发射升空,外壳装配了太阳能电池以延长卫星执行任务的时间,通常任务时间由可用电池的寿命决定。结果证明太阳能电池是有效的,因此集成到了当时的卫星设计中,如贝尔实验室的Telstar 卫星。太阳能电池在此后的 20 年里发展很缓慢,直到埃克森石油公司的 Eliot Berman 在价格和效率方面取得突破。1969 年左右,Berman首先注意到了太阳能电池可以通过半导体生产工艺进行制造。不用从头开始切割打磨半导体,也不用抗反射涂层,半导体晶圆废品的正面就具有抗反射性,只需要切割到合适的尺寸,加上印刷电路,用于抗反射表
4、面就可以了。Berman 的办法解决了两个成本巨大的制作过程,而且 让硅片废品得以广泛回收利用。他意识到不需要完美的硅片,有少量瑕疵的废弃硅片对太阳能电池的性能影响不大。长话短说,1973 年 Berman 和他的团队制成了成本为 10 美元/W 的太阳能电池板,售价则达到了 20美元/W。晶体硅太阳能电池板晶体硅(c-Si)太阳能电池是目前应用最广泛的太阳能电池,主要因为晶体硅具有稳定性,效率能够达到 15%-25%。晶体硅有赖于基于大量数据的成熟的制程技术,而且总体上已经被证明是可靠的。不过晶体硅吸收光线能力差,这可能是其超小型结构的天生缺陷,因此必须相当厚且坚固。一个基本的晶体硅电池包括
5、 7 层,透明的粘着剂连着玻璃保护层,下面是抗反射涂层,确保所有的光线穿过硅晶体层。类似于半导体技术,N 层夹着 P 层,有两个电接触点:上层带正电,下层带负电。通常晶体硅有两种类型:单晶硅和多晶硅。单晶硅来自高纯度的单晶体,切割自直径为 150mm 的晶圆,厚度 为 200mm。而多晶硅更受欢迎,制造量更大,例如将硅切割成条状再切成晶圆。无论哪一种,硅太阳能电池产生的电量都约为 0.5V,多个电池可以串联依靠提高输出电压。 薄膜和晶体硅太阳能电池板的区别(2)薄膜太阳能电池板即使采用废弃硅片,考虑到其效率水平,硅晶圆并不一定成本低廉。薄膜太阳能电池比传统太阳能电池板更便宜,但效率也更低,光伏
6、转换率在 20%-30%之间。根据所采用的材料不同,典型的薄膜太阳能电池可分为以下四类:非晶硅(a-Si)和薄膜硅(TF-Si);碲化镉(CdTe);铜铟镓硒(CIS 或 CIGS)和染料敏化太阳能电池(DSC) 加上其他天然材料。薄膜太阳能电池和硅晶体太阳能电池的结构并没有太大不同,它包含六层结构。这种结构下,透明涂层覆盖着抗反射层,下面是 PN结,然后再是接触板和基底。很明显,运行原理( 光伏)和晶体硅电池是一样的。可能有人会认为,而且他们的想法也可能是对的,就是既然名字是薄膜电池,构成是不是也比其他的电池技术更轻更薄。既然功能和结构都一样,唯一的不同就是薄膜和晶体硅太阳能电池各层的厚度和
7、灵活度以及光伏材料有区别:不是硅,那要么是碲化镉(CdTe),要么是铜铟镓硒(CIGS)。硅 VS 薄膜晶体硅技术已经存在了一段时间而且证明了是有价值的,薄膜技术仍然处于初始阶段,但有潜力在同等的效率和可靠性条件下实现更低的成本。既然如此,应该如何选择?晶体硅的优势在于高转换效率,达到 12%-24.2%,高稳定性、容易制造、高可靠性。时间是另外一个优势:晶体硅模块在 70 年代就已经在生产了,单晶硅面板能够耐受恶劣的环境,可用于太空飞行。其他的优势包括耐热性和低安装成本。而且考虑到废弃/循环利用的时间,硅对环境更友好。缺点在于,就初始成本而言,晶体硅是最贵的太阳能组件。而且太阳能吸收因数很低
8、,材料很脆且易碎。而薄膜太阳能电池比老式晶体硅太阳能电池更便宜,可以在薄硅片上制备,更灵活且更容易处理。而且和晶体硅相比,不容易受外界冲击而损害。薄膜太阳能电池组件的主要缺点在于效率低,这在有些应用场合可以抵消其价格优势。它的结构也更复杂,灵活的薄膜电池需要特别的安装技巧,因此至少目前无法用于航天。应用晶体硅和薄膜太阳能电池板在很多应用场合下都可以使用。根据他们的优缺点,在要求高效率的场合下更多使用晶体硅电池,而薄膜电池常用于低成本和更灵活的场合。晶体硅太阳能电池板普遍用于能量收集系统和通用设计,还适用于特定的场合例如有荷兰 Nuon 太阳能团队制成的太阳能驱动的Nuna 6 赛车 。Nuna
9、 6 于 2011 年 7 月推出,是 Nuna 系列的最新款。它的 1690个单晶硅太阳能电池外壳面积达 6m2。电池与 21kg 的锂电池共同使用。Nuna 的太阳能电池的效率为 22%。Nuna 6 重 145kg,比前一代轻了许多。薄膜太阳能电池板也可用于户外的能量收集系统。加州 San Jose 的 SoloPower 公司提供灵活的薄膜太阳能电池组件,可用于商业楼顶层。组件由铜、铟、 镓、硒共同 组成,并集成到灵活的太阳能电池箔中。这些面板比由玻璃包裹的晶体硅面板更轻,安装也更快。总结可能会感觉到目前的市场上,薄膜电池不仅正在追赶晶体硅电池组件,而且在各方面都将超越晶体硅,包括价格和效率。薄膜太阳能电池降低成本的一个办法就是采用非环保的材料,例如镉。制造商声称只要封闭良好并在使用中,就是安全的。但现在而言,这类组件并没有回收计划。