大家好！今天让小编来大家介绍下关于光伏电池仿真报告_效率、电压双双创新纪录！工程师研发新型全钙钛矿串联光伏电池的问题，以下是小编对此问题的归纳整理，让我们一起来看看吧。
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1.[太阳能电池论文] 太阳能电池基本原理论文2.效率、电压双双创新纪录！工程师研发新型全钙钛矿串联光伏电池
[太阳能电池论文] 太阳能电池基本原理论文
太阳能电池原理及发展
摘 要：人类面临着有限常规能源和环境破坏严重的双重压力, 己经成为越来越值得关注的社会与环境问题。近年来, 光伏市场快速发展并取得可喜的成就。本文介绍了太阳能电池的原理和发展, 以及各类新型太阳能电池, 比较了各类太阳能电池的转换效率和发展前景。 关键字：太阳能电池；原理；发展；前景
1.引言
由于人类对可再生能源的不断需求, 促使人们致力于开发新型能源。太阳在40min 内照射到地球表面的能量可供全球目前能源消费的速度使用1 年, 合理的利用好太阳能将是人类解决能源问题的长期发展战略, 是其中最受瞩目的研究热点之一。本文介绍了太阳能电池的原理和发展, 以及各类新型太阳能电池, 比较了各类太阳能电池的转换效率和发展前景。
2.太阳能电池原理1
太阳能电池，是一种能有效地吸收太阳辐射能，并使之转变成电能的半导体器件，由于他们利用各种势垒的光生伏特效应，所以也称为光伏电池，其核心是可释放电子的半导体。最常用的半导体材料是硅。地壳硅储量丰富，可以说是取之不尽、用之不竭。
当太阳光照射到半导体表面，半导体内部N区和P 区中原子的价电子受到太阳光子的激发，通过光辐射获取
到超过禁带宽度Eg 的能量，脱离
共价健的束缚从价带激发到导带，
由此在半导体材料内部产生出很多
处于非平衡状态的电子空穴对。这
些被光激发的电子和空穴，或自由
碰撞，或在半导体中复合恢复到平
衡状态。其中复合过程对外不呈现
导电作用，属于太阳能电池能量自
动损耗部分。光激发载流子中的少
数载流子能运动到P—N 结区，通
过P—N 结对少数载流子的牵引作
用而漂移到对方区域，对外形成与
P—N 结势垒电场方向相反的光生电场。一旦接通外电路，即可有电能输出。当把众多这样小的太阳能光伏电池单元通过串并联的方式组合在一起，构成光伏电池组件，便会在太阳能的作用下输出功率足够大的电能。
制造太阳能电池的半导体材料有合适禁带宽度非常重要。不同禁带宽度的半导体，只能吸取一部分波长的太阳光辐射能以产生电子空穴对，禁带宽度越小，所吸收的太阳光谱的可利用部分就越大，
而同时在太阳光谱峰值附近被浪费的能量
也就越大。可见，只有选择具有合适禁带宽度的半导体材料，才能更有效地利用太阳光谱。由于直接迁移型半导体的光吸收效率比间接迁移型高，故最好是直接迁移型半导体。
太阳能光伏发电系统是利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统，有独立运行和并网运行两种方式。独立运行的光伏发电系统需要有蓄电池作为储能装置，主要用于无电网的边远地区和人口分散地区，整个系统造价很高；在有公共电网的地区，光伏发电系统与电网连接并网运行，省去蓄电池，不仅可以大幅度降低造价，而且具有更高的发电效率和更好的环保性能。
光伏板组件是一种暴露在阳光下便会集热，将光能转换为直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并为电网供电。
光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。近年，天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、
天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。
什么是太阳能光伏技术
太阳是能量的天然来源。地球上每一个活着的生物之所以具有发挥作用的能力，甚至于是它的生存，都是由于直接或间接来自于太阳的能量。
我们的地球处在离太阳差不多有一亿英里的地方。它所截取的辐射能已经少到令人难以置信 的程度，即大约千万分之三，即使这么小的一点能量，
实际上比整个世界目前现有的发电能力还大十万倍！目前全世界尤其是工业发达国家开始感到能量短缺，因此，人们开始求助于
太阳能，以解决能源危机。
太阳能光伏
太阳能每天都能无限供应，而且数量庞大。如果在大的电厂利用，就减少了温室效应，有些能源专家和环境保护的专家则认为，在满足人类今后能量需要方面，太阳能的热影响比不在。有专家认为太阳能发电最终将在电力供应中占20%。 太阳能是一种辐射能，太阳能发电意味着---借助其它任何机械部件，光线中的能量被半导体器件的电子获得，于是就产生了电能。这种半导体组成的。它的主要材料是硅，也有一些其他合金。用于制造太阳能电池的高纯硅，要经过特殊的提纯处理制作。太阳能电池只要受到阳光或灯光的照射，就能够把光能转变为电
10~20% 的电来。一般
能转变为电能，一般在它的上面都蒙上一层可防止光反射的膜， 使太阳能板的表面呈紫色。它的工作原理的基础是半导体PN
照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。当太阳光或其他光照射半导体的PN结时，就会在PN结的两边出现电压（叫做光生电压）。这种现象就是著名的光生伏打效应。使PN结短路，就会产生电流。
阳能电池可以设置在房顶等平时不使用的空间，无噪音、寿命长，而且一旦设置完毕就几乎不要需要调整。现在只要将屋顶上排满太阳能电池，就可以实现家中用电的自给。现今太阳
出轻便的可穿在身上的太阳能电池。目前，太阳能的利用存在着巨大的发展空间，
有关的技术有可能在短时间内实现突破。它已被许多发达国家作为其能源战略的一个重要组成部分。 晶体为例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得N型硅，形成
P－N结。 当光线照射太阳电池
太阳能光伏发电系统示例
表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，
能的过程。
自从1954太阳光伏发电取得了长足的进步。但比计算机和光纤通讯的发展要慢得多。其原因可能是人们对信息的追求特别强烈，而常规能源还能满足人类对能源的需求。
1973年的石油危机和90
年代的环境污染问题大大促进了太阳光伏发电的发展。其发展过程简列如下：
1839年
，即“光伏效应”。 1876年 1883年 制成第一个“硒光电池”，用作敏感器件。 1930年 肖特基提出Cu2O势垒的“光伏效应”理论。同年，朗格首
并网型光伏发电系统设备防雷示意图
次提 出用“光伏效应”制造“太阳电池”，使太阳能变成电能。 1931年 布鲁诺
将铜化合物和硒银电极浸入电解液，在阳光下启动了一个电动机。 1932年 奥杜博特和斯托拉制成第一块“
硫化镉”太阳电池。 1941年 1954
年 恰6%。同年，韦克尔首次发现了砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成了第一块薄膜太阳电池。 1955年
同年，第一个光电航标灯问世。美国RCA研究砷化镓太阳电池。 1957年 硅太阳电池效率达8%。
单晶硅太阳能电池
1958年 太阳电池首次在空间应用，装备美国先锋1号卫星电源。 1959年 第一个效率达5%。 1960年 硅太阳电池首次实现并网运行。 1962年
砷化镓太阳电池光电转换效率达13%。 1969年 薄膜硫化镉太阳电池效率达8%。 1972年 16%。 1972年 美国宇航公司背场电池问世。 1973年
砷化镓太阳电池效率达15%。 1974年 COMSAT研究所提出无反射绒面电池，硅太阳电池效率达18%。 1975年 效率达6%~%。 1976
年 多晶硅太阳电池效率达10%。 1978年 美国建成100kWp太阳地面光伏电站。 1980年 20%，砷化镓电池达22.5%，多晶硅电池达14.5%，硫化镉电池达9.15%。 1983年 美国建成1MWp
光伏电站；冶金硅（外延）
电池效率达11.8%。 1986年 美国建成6.5MWp光伏电站。 1990年 “2000个光伏屋顶计划”，每个家庭的屋顶装3~5kWp光伏电池。 1995年 高效聚光砷化镓太阳电池效率达32%。
1997年 美国提出“划”，在
2010年以前为100万户，每户安装3~5kWp供电，电表反转；无太阳时电网向家庭供电，电表正转。家庭只需交“净电费”。
1997年 新阳光计划”提出到2010年生产43亿Wp光伏电池。 1997年到2010年生产37亿Wp光伏电池。
1998年 单晶硅光伏电池效率达25%。荷兰政府光电转换效率
η% 评估太阳电池好坏的重要因素。 目前：实验室 η ≈ 24%，产业化：η ≈ 15%。 单体电池电压
V：0.4V——0.6V由材料物理特性决定。
填充因子FF%
评估太阳电池负载能力的重要因素。 FF=(Im×Vm)/(Isc×Voc) 其中：Isc—短路电流，Voc—开路电压，Im—最佳工作电流，Vm—最佳工作电压；
标准光强
AM1.5光强，1000W/m2 ，t = 25℃；
温度对电池性质的影响
例如：在标准状况下,AM1.5光强，t=25℃某电池板输出功率测得为100Wp,如果电池温度升高至45℃时，则电池板输出功率就不到100Wp
5.结语
太阳能光发电是太阳能利用的最佳途径。目前正在进行着从第一代基于硅晶片技术的太阳能电池向基于半导体薄膜技术的第二代半导体太阳能电池的过渡。 第一代太阳能电池转换效率为11%~15%，但成本太高。第二代太阳能电池成本大大降低，但转换效率只有6%~8%。 为进一步提高效率，同样基于薄膜技术的第三代太阳能电池已经开始研制， 其转换效率将是第一代和第二代太阳能电池的数倍， 它的问世将使人类在太阳能利用的历史上翻开新的一页。
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效率、电压双双创新纪录！工程师研发新型全钙钛矿串联光伏电池
硅基光伏电池最高转换效率纪录再次被刷新。隆基绿能19日宣布，公司近日收到德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)的最新认证报告。报告显示，隆基绿能自主研发的硅异质结(HJT)电池转换效率达到26.81%。这是继2017年日本公司Kaneka创造26.7%的单结晶硅(HBC)电池效率纪录(26.7%)以来，时隔五年诞生的最新世界纪录。
隆基绿能创始人、总裁李振国表示，量产转化效率每提升1%，意味着对系统成本的降低约占4%左右。值得一提的是，李振国表示，此次隆基绿能所创下的硅电池效率世界纪录是以可量产设备、技术和全硅片大面积为目标创造的。
中信建投电新首席分析师朱_认为，这意味着HJT电池有望2-3年内实现量产。“目前隆基已具备多条HJT中试线，设备选型包括理想、捷佳、迈为等，体现了隆基研发的先进能力，其后续量产推进情况值得持续关注。”
与根植于P型电池的topcon电池相比，HJT电池与PERC工艺路线完全不同，与主流的PERC生产设备不兼容，故量产进程较慢。
但业内专家认为，相比其他技术路线，HJT电池技术具有更好的转换率和降本空间，同时也更适合与叠瓦技术相结合，这一技术被业内称为下一代商业光伏生产的重要候选技术。
目前该路线的核心降本路径均在顺利推进，经济性拐点临近。综合多家机构观点，预计2022年底—2023年电池端与PERC成本打平。
值得注意的是，HJT单位设备投资额高，目前单GW设备投资额达到3.5亿元-4亿元，相较于PERC的1.3亿元/GW有较大提升，其扩产有望为相关设备公司带来更大收入弹性。
中金证券表示，新型电池技术降本增效持续推进，设备需求持续旺盛，今年以来多家电池片厂商宣布扩产HJT，建议关注HJT设备的密集招标。浙商证券预计，2025年HJT设备市场空间超600亿元、5年行业复合增速为98%。在净利率20%、25倍PE假定下，HJT设备行业市值3000亿元。预计龙头市占率超50%、未来有望超1500亿元市值。
从公司角度看，据东吴证券统计，2022年到目前为止行业落地订单中迈为股份的市场份额约90%，光伏设备商赢者通吃的逻辑得到验证，预计2022年迈为有望获得近30GWHJT订单，光伏新业务HJT整线可达120亿元订单。
其他设备公司中，捷佳伟创在HJT环节2020年9月推出RPD，2020年12月推出板式PECVD，公司已具备HJT整线能力；金辰股份的HJT用PECVD设备已获晋能产线验证、平均效率达24.38%；首台微晶HJTPECVD设备已运抵晋能科技，目标转换效率25%+；罗博特科的HJT电池制绒清洗研发项目处于开发阶段，未来有望由自动化产线向电池工艺设备延展。后切入HJT设备赛道的公司还包括帝尔激光、奥特维等。
一组来自加拿大的工程师们已经开发出了一种新的太阳能电池，其电压和效率在同类产品中都是最高的。据悉，这种新型全钙钛矿串联太阳能电池使用了两层钙钛矿，利用不同波长的光，加上特殊的表面处理，以减少浪费的能量。
在光伏领域，钙钛矿是一种特别有前途的材料，它正在向硅的王位发起冲击。它不仅能从阳光中吸收能量，而且更薄、更轻、更灵活，制造起来更容易、更便宜。
就效率而言，钙钛矿在过去十多年的时间里大幅上升，从2009年的不到4%上升到2021年的超过25%，现在已经可以与硅相媲美。在所谓的串联电池中，它的工作效果甚至更好。在串联电池中，多层材料相互堆叠，以收集来自太阳的不同波长的光。例如，钙钛矿-硅串联太阳能电池的效率最近超过了30%的里程碑。
在上述最新的研究中，一个来自多伦多大学的工程师团队创造并测试了一种全钙钛矿串联太阳能电池。说到这儿，可能就有人要问了，一个太阳能电池怎么可能是全过氧化物而仍然是串联的呢？
研究人员解释称，这是因为该材料的厚度和化学成分可以被调整，使其能够利用太阳光谱的不同部分，因此两种不同的材料可以结合在一个设备中。他们的研究成果已于近期发表在了《自然》杂志上。
“在我们的电池结构中，顶部的钙钛矿层有一个更宽的带隙，可以很好地吸收光谱中的紫外线部分，以及一些可见光，”该研究的共同作者ChongwenLi说，“底层有一个狭窄的带隙，它更多地被调整到光谱的红外部分。在这两者之间，我们覆盖的光谱比硅覆盖的光谱更多。”
使用这种设计，该团队报告说，一个尺寸为1平方厘米(0.15英寸)的太阳能电池的最大效率为27.4%，这将是这种类型的电池的新纪录，并且对于任何类型的太阳能电池来说都令人印象深刻。
此外，这一新型全钙钛矿串联电池确实在另一方面取得了新的纪录——电压表现。该团队测量的开路电压为2.19伏，是所有此类电池中最高的。
研究人员表示，这两个令人印象深刻的数据都是由于在钙钛矿吸光层和携带电子的层之间的界面上进行了调整。研究小组发现，电场在整个钙钛矿的表面并不一致，这意味着一些电子会流失到电路中。因此，研究小组添加了一层被称为1,3-丙二铵(PDA)的薄涂层，它使表面的电荷分布更均匀。
该团队表示，未来的工作将集中在通过使电池更稳定、增加电流和扩大电池的尺寸来提高太阳能电池的效率。
