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《構(gòu)建生態(tài)宜居之都_從光伏建筑一體化開始》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、構(gòu)建生態(tài)宜居之都—從光伏建筑一體化開始時(shí)方曉，陳曦（沈陽建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，沈陽，中國，110168）摘要:本文介紹了太陽能電池在新型節(jié)能建筑中的應(yīng)用。在回顧和比較了晶硅太陽能電池、薄膜太陽能電池以及柔性薄膜太陽能電池的發(fā)展歷程和各自特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了光伏技術(shù)與建筑相結(jié)合的幾種方式。針對(duì)新興的光伏建筑一體化技術(shù)，著重討論了薄膜太陽能電池應(yīng)用在光伏建筑一體化方面的優(yōu)勢，并對(duì)未來光伏建筑一體化的前景進(jìn)行了充分展望。在介紹國內(nèi)外太陽能電池研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域的一些新進(jìn)展的同時(shí)，還提出了自行研發(fā)的染料敏化太陽能電池
2、的新穎制備技術(shù)。該技術(shù)的最大優(yōu)勢在于用自動(dòng)控制的靜電霧化噴射沉積系統(tǒng)使基底上導(dǎo)電層的制備、納米二氧化鈦層的制備、染料包覆、電解質(zhì)灌注等步驟全部原位完成，實(shí)現(xiàn)低溫、連續(xù)、可控、均勻的制備目標(biāo)，為在線快速制備組裝薄膜型太陽能電池的規(guī)模化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)，同時(shí)也可以直接生成柔性薄膜太陽能光伏屋面卷材。關(guān)鍵詞:薄膜太陽能電池；光伏建筑一體化；柔性薄膜電池；光伏幕墻1前言近年來，隨著煤、石油、天然氣等能源日益枯竭和環(huán)境污染日益加劇，可再生能源問題越來越引起人們的關(guān)注。太陽能作為無限可再生的清潔能源，光伏發(fā)電技術(shù)備受關(guān)注。太陽
3、能電池是利用光電效應(yīng)或光化學(xué)效應(yīng)將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，是太陽能利用的有效形式。光伏的意義在于直接在現(xiàn)場把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，不用擔(dān)心對(duì)環(huán)境的危害，沒有噪音和污染。在光伏技術(shù)越來越廣泛的商業(yè)化使用過程中，光伏與建筑的一體化是最重要的應(yīng)用領(lǐng)域和市場。2為什么選擇薄膜太陽能電池雖然商品化的晶體硅太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率最高，但其受材料純度和制備工藝限制，很難再提高轉(zhuǎn)換效率或降低成本。而薄膜太陽能電池只需幾μm的厚度就能實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，降低了制作成本，增加了它與晶體硅太陽能電池競爭的實(shí)力。目前，已經(jīng)研發(fā)的薄膜太陽能電
4、池主要有非晶硅薄膜太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池、無機(jī)多元化合物薄膜太陽能電池和染料敏化納米晶太陽能電池（DSSC）等。薄膜太陽能電池的種類、特性及適用場所如表1所示。非晶硅薄膜太陽能電池是用非晶硅半導(dǎo)體材料在玻璃、特種塑料、陶瓷、不銹鋼等襯底上制備的一種薄膜電池，它是迄今薄膜太陽能電池中最成熟的產(chǎn)品，雖然在轉(zhuǎn)換效率方面略遜于晶體硅太陽能電池，但該材料的沉積溫度低，可直接沉積在廉價(jià)襯底材料上，工藝簡單，單片電池面積大，便于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，同時(shí)亦能減少能量回收時(shí)間，降低生產(chǎn)成本，這是晶體硅太陽能電池所不能比擬
5、的，因而它被公認(rèn)為目前環(huán)保性能最好的太陽能電池。多晶硅薄膜太陽能電池是將多晶硅薄膜生長在低成本的襯底材料上,用相對(duì)薄的晶體硅層作為太陽能電池的激活層，它不僅保持了晶體硅太陽能電池的高性能和穩(wěn)定性，而且材料的用量大幅下降，成本明顯降低。因此，近幾年多晶硅薄膜太陽能電池成為薄膜太陽能電池研究開發(fā)的熱點(diǎn)之一。如日本SONY公司用多孔硅分離技術(shù)制備的多晶硅薄膜太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到12.5℅，而德國費(fèi)來堡太陽能研究所采用區(qū)熔再結(jié)晶技術(shù)制得多晶硅薄膜太陽能電池轉(zhuǎn)化效率可高達(dá)19℅。近年來開發(fā)出了以CdTe、CuIn
6、Se2、Cu(In,Ga)Se2和GaAs等為代表的新型無機(jī)多元化合物薄膜太陽能電池。CdTe薄膜太陽能電池屬于多晶薄膜太陽能電池，由于CdTe結(jié)構(gòu)簡單，成本相對(duì)較低，也成為近年來國內(nèi)外研發(fā)的熱點(diǎn)。目前CdTe/CdS薄膜太陽能電池的實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)1表1.薄膜太陽能電池的種類、特性及適用場所薄膜太陽能太陽能電池特性適用場所電池種類弱光性能好；轉(zhuǎn)換效率比多晶硅電池低；成本較門窗玻璃、玻璃幕墻、非晶硅低透光屋頂電池穩(wěn)定性好；效率比非晶硅電池高；多晶硅遮陽板、不透光屋面性價(jià)比高門窗玻璃、玻璃幕墻、無機(jī)多元化合物弱光性能好；
7、轉(zhuǎn)換效率高；原材料有限；成本高透光屋頂染料敏化納米晶轉(zhuǎn)換效率較低；制作工藝簡單；成本低玻璃幕墻、透光屋頂換效率已達(dá)到16.5℅。CuInSe2是一種三元化合物，是直接帶隙的半導(dǎo)體材料，常溫下帶隙寬度為1.0eV，光吸收系數(shù)很大(大于104)，0.5μm厚的CuInSe2可以吸收90%的太陽光子，所以薄膜不需很厚，可以降低成本。目前在不同條件下得到Cu(In,Ga)Se2太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率幾乎都與單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率相當(dāng)。DSSC是利用二氧化鈦納米晶薄膜吸附無機(jī)或有機(jī)染料作為敏化劑而制備的一種新型太陽能電池
8、，如圖1所示，主要由表面吸附了染料敏化劑的半導(dǎo)體電極、電解質(zhì)、對(duì)電極組成。它以潛在的低成本、制作工藝簡單和電池制備低能耗等優(yōu)勢贏得了世人的關(guān)注。同時(shí)所有的原材料和生產(chǎn)工藝無毒、無污染，部分材料可以充分回收，對(duì)保護(hù)環(huán)境有重要的意義。經(jīng)過改進(jìn)的柔性基材的薄膜太陽能電池柔軟、尺寸隨意、輕薄、安全、環(huán)保，拓展了DSSC的應(yīng)用范圍。在建筑產(chǎn)品上應(yīng)用這種柔性太陽能電池，不僅可滿足部分建筑物的能源需
