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第三代太阳能电池的效率计算

司俊丽  
【摘要】: 随着环境污染和资源枯竭问题的日益突出,近年来,世界各国竞相实施可持续发展的能源政策。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生资源,也是可利用的最直接的清洁能源之一。太阳能发电及光伏发电事业备受瞩目。太阳能电池则是把太阳能直接转换成电能的一种半导体器件。 太阳能作为一种可再生清洁能源日益受到重视。太阳能电池发展经历了三个过程:(1)以硅晶圆为基础的第一代太阳能电池,其技术已经发展成熟,材料成本在全部生产成本中占据主导地位。其生产成本太高使得人们不惜以牺牲电池的转换效率为代价来开发薄膜太阳能电池。(2)过去十五年里开发了低成本的“第二代”薄膜太阳能电池。其生产单位从一个硅片(~100cm~2)到一个玻璃基片(~1m~2),约增大了100倍。然而,要取得更大的进步,转换效率必须得到大幅提升。(3)太阳能光电转换效率的卡诺上限是95%,远远高于标准太阳能电池的理论上限,表明太阳能电池的性能还有很大的发展空间。接下来的几十年,“第三代”高转换效率的薄膜太阳能电池将会得到长足发展。 第一代太阳能电池的极限效率是在考虑太阳能电池的正偏P-N结光吸收和光激发之间的细致平衡下得出的。本论文在计算单结太阳能电池极限效率的基础上,讨论了太阳能转换的上限,以冲击离子化电池、三能带电池、四能带电池为例,计算了冲击离子化电池、三能带电池、四能带电池的转换效率,并用Matlab进行仿真,对仿真结果做出了分析。


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