21世紀(jì)的綠色能源—太陽(yáng)電池

1.引言

　　在大多數(shù)人的心目中，電力是一種清潔的能源，當(dāng)使用電燈、電視、電冰箱、空調(diào)等電器時(shí)，也許我們并沒(méi)有意識(shí)到電力對(duì)環(huán)境造成的破壞，實(shí)際燃煤發(fā)電對(duì)環(huán)境的破壞是很大的。我國(guó)現(xiàn)在是世界上第二號(hào)溫室氣體的排放大國(guó)，而常規(guī)電力生產(chǎn)使用煤、石油、天然氣發(fā)電，已經(jīng)成為我國(guó)二氧化碳等溫室氣體的主要排放源之一，而且燃煤還大量排放二氧化硫等有害氣體。當(dāng)我們使用常規(guī)電力時(shí)，我們其實(shí)是間接的污染者，因?yàn)槲覀儗?duì)電力的需求才產(chǎn)生了供給，從而間接對(duì)環(huán)境造成了污染。同時(shí)我們又是污染的受害者。
　　
　　21世紀(jì)，人類將面臨實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，在有限資源和環(huán)保嚴(yán)格要求的雙重制約下發(fā)展經(jīng)濟(jì)己成為全球熱點(diǎn)問(wèn)題。而能源問(wèn)題將更為突出。能源短缺使世界上大部分國(guó)家能源供應(yīng)不足，不能滿足其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，全球已探明的石油儲(chǔ)量只能用到 2020年，天然氣也只能延續(xù)到2040年左右，即使儲(chǔ)量豐富的煤炭資源也只能維持二三百年。

　　由于燃燒煤、石油等化石燃料，每年有數(shù)十萬(wàn)噸硫等有害物質(zhì)拋向天空，使大氣環(huán)境遭到嚴(yán)重污染，直接影響居民的身體健康和生活質(zhì)量；局部地區(qū)形成酸雨，嚴(yán)重污染水土。化石能源的利用產(chǎn)生大量的溫室氣體而導(dǎo)致溫室效應(yīng)；引起全球氣候變化。這一問(wèn)題已提到全球的議事日程，有關(guān)國(guó)際組織已召開(kāi)多次會(huì)議，限制各國(guó)CO2等溫室氣體的排放量。因此，人類在解決上述能源問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，只能依靠科技進(jìn)步，大規(guī)模地開(kāi)發(fā)利用可再生潔凈能源。

　　太陽(yáng)能具有儲(chǔ)量的“無(wú)限性”太陽(yáng)每秒鐘放射的能量大約是1.6×1023KW，一年內(nèi)到達(dá)地球表面的太陽(yáng)能總量折合標(biāo)準(zhǔn)煤共約1.892×1013千億噸，是目前世界主要能源探明儲(chǔ)量的一萬(wàn)倍。相對(duì)于常規(guī)能源的有限性，太陽(yáng)能具有儲(chǔ)量的“無(wú)限性”，取之不盡，用之不竭。對(duì)于其他能源來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能對(duì)于地球上絕大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性，可就地取用。這就為常規(guī)能源缺乏的國(guó)家和地區(qū)解決能源問(wèn)題提供了美好前景。利用的清潔性太陽(yáng)能像風(fēng)能、潮汐能等潔凈能源一樣，其開(kāi)發(fā)利用時(shí)幾乎不產(chǎn)生任何污染。利用的經(jīng)濟(jì)性可以從兩個(gè)方面看太陽(yáng)能利用的經(jīng)濟(jì)性。一是太陽(yáng)能取之不盡，用之不竭，而且在接收太陽(yáng)能時(shí)不征收任何“稅”，可以隨地取用；二是在目前的技術(shù)發(fā)展水平下，太陽(yáng)能利用不僅可能而且可行。鑒于此，太陽(yáng)能必將在世界能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換中擔(dān)綱重任，成為理想的替代能源。


2.太陽(yáng)能電池
　　
　　50年代第一塊實(shí)用的硅太陽(yáng)電池的問(wèn)世，揭開(kāi)了光電技術(shù)的序幕，也揭開(kāi)了人類利用太陽(yáng)能的新篇章。自60年代太陽(yáng)電池進(jìn)入空間、70年代進(jìn)入地面應(yīng)用以來(lái)，太陽(yáng)能光電技術(shù)發(fā)展迅猛。1990年以來(lái)，全球太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝置的市場(chǎng)銷(xiāo)售量以年平均16％的幅度遞增，目前總發(fā)電能力已達(dá)800MW，相當(dāng)于20 萬(wàn)個(gè)美國(guó)家庭的年耗電量。1997年全球太陽(yáng)電池的銷(xiāo)售量增長(zhǎng)了40％，已成為全球發(fā)展最快的能源。

2.1影響光電技術(shù)應(yīng)用的問(wèn)題
　　
　　當(dāng)前影響光電池大規(guī)模應(yīng)用的主要障礙是它的制造成本太高。在眾多發(fā)電技術(shù)中，太陽(yáng)能光電仍是花費(fèi)最高的一種形式，因此，發(fā)展陽(yáng)光發(fā)電技術(shù)的主要目標(biāo)是通過(guò)改進(jìn)現(xiàn)有的制造工藝，設(shè)計(jì)新的電池結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)新穎電池材料等方式降低制造成本，提高光電轉(zhuǎn)換效率。近年來(lái)，光伏工業(yè)呈現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)展的趨勢(shì)，發(fā)展的特點(diǎn)是：產(chǎn)量增加，轉(zhuǎn)換效率提高，成本降低，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。1998年，世界太陽(yáng)電池年產(chǎn)量已超過(guò)150MW，是1994年產(chǎn)量的兩倍還多。單晶硅太陽(yáng)電池的平均效率為15％，實(shí)驗(yàn)室效率已達(dá)24.4％；多晶硅太陽(yáng)電池效率也達(dá)14％，最大效率為19.8％；非晶硅太陽(yáng)電池的穩(wěn)定效率，單結(jié)6～9％，實(shí)驗(yàn)室最高效率為12％，多結(jié)電池為8～10%，實(shí)驗(yàn)室最高效率為11.83%?！?

　　最近，瑞士聯(lián)邦工學(xué)院M·格雷策爾研制出一種二氧化鈦太陽(yáng)能電池，其光電轉(zhuǎn)換率高達(dá)33％，并成功地采用了一種無(wú)定形有機(jī)材料代替電解液，從而使它的成本比一塊差不多大的玻璃貴不了多少，使用起來(lái)也更加簡(jiǎn)便?？梢灶A(yù)料，隨著技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)的拓展，光電池成本將會(huì)大幅下降?？梢缘贸觯?010年以后，由于太陽(yáng)能電池成本的下降，可望使光伏技術(shù)進(jìn)入大規(guī)模發(fā)展時(shí)期。

2.2光伏新技術(shù)的開(kāi)發(fā)
　　
　　近年來(lái)，圍繞光電池材料、轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性等問(wèn)題，光伏技術(shù)發(fā)展迅速。晶體硅太陽(yáng)能電池的研究重點(diǎn)是高效率單晶硅電池和低成本多晶硅電池。限制單晶硅太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率的主要技術(shù)障礙有：電池表面柵線遮光影響；表面光反射損失；光傳導(dǎo)損失；內(nèi)部復(fù)合損失；表面復(fù)合損失。

　　針對(duì)這些問(wèn)題，近年來(lái)開(kāi)發(fā)了許多新技術(shù)，主要有：?jiǎn)坞p層減反射膜；激光刻槽埋藏柵線技術(shù)；絨面技術(shù)；背點(diǎn)接觸電極克服表面柵線遮光問(wèn)題；高效背反射器技術(shù)；光吸收技術(shù)。隨著這些新技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)明了不少新的電池種類，極大地提高了太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率，如采用激光刻槽埋藏柵線等新技術(shù)將高純化晶體硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率提高到24.4％。
　　
　　光伏技術(shù)發(fā)展的另一特點(diǎn)是薄膜太陽(yáng)能電池研究取得重大進(jìn)展，各種新型太陽(yáng)能電池的不斷涌現(xiàn)。晶體硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率雖高，但其成本難以大幅度下降，而薄膜太陽(yáng)能電池在降低制造成本上有著非常廣闊的誘人前景。早在幾年前，利用多層薄膜結(jié)構(gòu)的低質(zhì)硅材料已使太陽(yáng)能電池成本驟降80％，有望1O年內(nèi)使該項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化。
　　
　　高效新型太陽(yáng)能電池技術(shù)的發(fā)展是降低光電池成本的另一條切實(shí)可行的途徑，近年來(lái)，一些新型高效電池不斷問(wèn)世：
　　
　　硒化銅鋼(CUINSE2，CIS)薄膜太陽(yáng)能電池：1974年CIS電池在美國(guó)問(wèn)世，1993年美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室使它的本征轉(zhuǎn)換效率達(dá) 16.7％，由于CIS太陽(yáng)能電池具有成本低(膜厚只有單晶硅的1／100)、可通過(guò)增大禁帶寬度提高轉(zhuǎn)換效率(理論值為單晶30％，多晶24％)、沒(méi)有光致衰降、抗放射性能好等優(yōu)點(diǎn)，各國(guó)都在爭(zhēng)相研究開(kāi)發(fā)，并積極探索大面積應(yīng)用的批量生產(chǎn)技術(shù)。
　　
　　硅-硅串聯(lián)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池：通過(guò)非晶硅與窄禁帶材料的層疊，是有效利用長(zhǎng)波太陽(yáng)光，提高非晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率的良好途徑。它具有成本低、耗能少、工序少、價(jià)廉高效等優(yōu)點(diǎn)。
　　
　　用化學(xué)束外延(CBE)技術(shù)生產(chǎn)的多結(jié)III-V族化合物太陽(yáng)能電池：III-V族化合物(如GAAS，INP)具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率，這些材料的多層匹配可將太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率提高到35％以上。而這種多層結(jié)構(gòu)很容易用CBE法制作，并能降低成本獲得超高效率。
　　
　　大面積光伏納米電池：1991年瑞士M．GRATZEL博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，用納米TIO2粉水溶液作涂料，和含有過(guò)渡族金屬有機(jī)物的多種染料及玻璃等材料制作出微晶顏料敏感太陽(yáng)能電池，簡(jiǎn)稱納米電池。計(jì)算表明，可制造出轉(zhuǎn)換效率至少為12％的低成本電池。這種電池為大面積應(yīng)用于建筑物外表面提供了廣闊的前景。


3.太陽(yáng)電池的發(fā)展現(xiàn)狀

　　太陽(yáng)電池的進(jìn)展情況可以從其性能指標(biāo)、產(chǎn)量、價(jià)格等方面來(lái)評(píng)價(jià)。太陽(yáng)電池的性能指標(biāo)有開(kāi)路電壓、短路電流、填充因子、光電轉(zhuǎn)換效率等多頂，其中最主要的指標(biāo)是光電轉(zhuǎn)換效率，即將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿男省?
　　
　　太陽(yáng)電池主要可以分為硅太陽(yáng)電池和化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)電池兩大類。下面分別加以敘述。

3.1硅太陽(yáng)電池
　　
　　硅是地球上第二位最豐富的元素，而且無(wú)毒性，用它制作的太陽(yáng)電池效率也很高，因此它是最適于制作太陽(yáng)電池的半導(dǎo)體材料。1997年，世界上太陽(yáng)電池年產(chǎn)量約為120MW，其中99%以上為硅太陽(yáng)電池。在硅太陽(yáng)電池中又可分為單晶硅、多晶硅和非晶硅太陽(yáng)電池三類。
　　
　　1.單晶硅和多晶硅太陽(yáng)電池

　　單晶硅和多晶硅太陽(yáng)電池是對(duì)P型（或n型）硅基片經(jīng)過(guò)磷（或硼）擴(kuò)散做成P/N結(jié)而制得的。單晶硅太陽(yáng)電池效率高、壽命長(zhǎng)、性能優(yōu)良，但成本高，而且限于單晶的尺寸，單片電池面積難以做得很大，目前比較大的為直徑為10～20cm的圓片．多晶硅電池是用澆鑄的多晶硅錠切片制作而成，成本比單晶硅電池低，單片電池也可以做得比較大（例如30cm×30cm的方片），但由于晶界復(fù)合等因素的存在，效率比單晶硅電池低。
　　
　　現(xiàn)在，單晶硅和多晶硅電池的研究工作主要集中在以下幾個(gè)方面：
　　
　　(1)用埋層電極、表面鈍化、密柵工藝優(yōu)化背電場(chǎng)及接觸電極等來(lái)減少光生載流子的復(fù)合損失，提高載流子的收集效率，從而提高太陽(yáng)電池的效率。澳大利亞親南威爾士大學(xué)格林實(shí)驗(yàn)室采用了這些方法，已經(jīng)創(chuàng)造了目前硅太陽(yáng)電池世界公認(rèn)的AM1.5條件下24%的最高效率。
　　
　　(2)用優(yōu)華抗射膜、凹凸表面、高反向背電極等方式減少光的反射及透射損失，以提高太陽(yáng)電池效率。
　　
　　(3)以定向凝固法生長(zhǎng)的鑄造多晶硅錠代替單晶硅，估化正背電極的銀漿、鋁漿的絲網(wǎng)印制工藝，改進(jìn)硅片的切、磨、拋光等工藝，千方百計(jì)降低成本，提高太陽(yáng)電池效率。目前最大硅錠重量已達(dá)270余公斤。
　　
　　(4)薄膜多晶硅電池還在大力研究和開(kāi)發(fā)。計(jì)算表明，若能在金屬、陶瓷、玻璃等基板上低成本地制備厚度為30～50μm的大面積的優(yōu)質(zhì)多晶硅薄膜，則太陽(yáng)電池制作工藝可進(jìn)一步簡(jiǎn)化，成本可大幅度降低。因此多晶硅薄膜太陽(yáng)電池正成為研究熱點(diǎn)。
　　
　　現(xiàn)在單晶及多晶硅太陽(yáng)電池的世界年產(chǎn)量已達(dá)到120MW左右。硅太陽(yáng)電池的最高效率可達(dá)18%～24%。航空航天用的高質(zhì)量太陽(yáng)電池在AMO條件下的效率約為13.5%～18%,而地面用的大量生產(chǎn)的太陽(yáng)電池效率在AM1條件下大多在11%～18%左右。
　　
　　2.非晶硅太陽(yáng)電池

　　由于非晶硅對(duì)太陽(yáng)光的吸收系數(shù)大，因而非昌硅太陽(yáng)電池可以做得很薄，通常硅膜厚度僅為1-2μm，是單晶硅或多晶硅電池厚度（0.5mm左右）的1/500，所以制作非晶硅電池資源消耗少。
　　
　　非晶硅太陽(yáng)電池一般是用高頻輝光放電等方法使硅烷（SiH4）氣體分解沉積而成的。由于分解沉積溫度低（200℃左右），因此制作時(shí)能量消耗少，成本比較低，且這種方法適于大規(guī)模生產(chǎn)，單片電池面積可以做得很大（例如0.5mX1.0m），整齊美觀。非晶硅電池的另一特點(diǎn)是對(duì)藍(lán)光響應(yīng)好，在一般地?zé)晒鉄粝乱材芄ぷ鳎虼吮粡V泛用作電子計(jì)算器和手掌電腦的電源，估計(jì)全世界使用量達(dá)到每月1千萬(wàn)片左右。以上這些優(yōu)點(diǎn)，使非晶硅太陽(yáng)電池在近10余年來(lái)得到大踏步的發(fā)展，1997年全世界的產(chǎn)量估計(jì)已達(dá)到30MW以上。
　　
　　非晶硅由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性和大量氫原子的存，具有光疲勞效應(yīng)（Staebler Wronski效應(yīng)），故非晶硅太陽(yáng)電池經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期穩(wěn)定性存在問(wèn)題。近10年來(lái)經(jīng)努力研究，雖有所改善，但尚未徹底解決問(wèn)題，故作為電力電源，尚未大量推廣。
　　　　
　　非晶硅中由于原子排列缺少結(jié)晶硅中的規(guī)則性，缺陷多。因此單純的非晶硅p/n結(jié)中，隧道電流往往占主導(dǎo)地位，使其呈現(xiàn)電陰特性，而無(wú)整流特性，也就不能制作太陽(yáng)電池。為得到好的二極管整流特性，一定要在p層與n層之間加入較厚的本征層i，以扼制其隧道電流，所以非晶硅太陽(yáng)電池一般具有pin結(jié)構(gòu)。為了提高效率和改善穩(wěn)定性，有時(shí)還制作成pin/pin/pin等多層結(jié)構(gòu)式的疊層電池，或是插入一些過(guò)渡層。
　　
　　非晶硅太陽(yáng)電池的研究，現(xiàn)在主要著重于改善非晶硅膜本身性質(zhì)，以減少缺陷密度，精確設(shè)計(jì)電池結(jié)構(gòu)和控制各層厚度，改善各層之間的界面狀態(tài)，以求得高效率和高穩(wěn)定性。
　　
　　目前非晶硅單結(jié)電池的最高效率已可達(dá)到14.6%左右，大量生產(chǎn)的可達(dá)到8%～10%左右。疊層電池的最高效率可達(dá)到21.0%。

3.2化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)電池
　　
　　在化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)電池中，目前研究應(yīng)用較多的有CaAs、InP、CuInSe2和CdTe太陽(yáng)電池。由于化合物半導(dǎo)體或多或少有毒性，容易造成環(huán)境污染，因此產(chǎn)量少，常常使用在一些特殊場(chǎng)合。
　　
　　1.砷化鉀太陽(yáng)電池

　　砷化鉀（GaAs）太陽(yáng)電池可以得到較高的效率，實(shí)驗(yàn)室最高效率已達(dá)到24%以上，一般航天用的太陽(yáng)電池效率也在18%～19.5%之間。砷化鉀太陽(yáng)電池目前大多用液相外延方法或金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）技術(shù)制備，因此成本高、產(chǎn)量受到限制，降低成本和提高生產(chǎn)效率已成為研究重點(diǎn)。砷化鉀太陽(yáng)電池目前主要用在航天器上。
　　
　　現(xiàn)在，硅單晶片制備技術(shù)成熟，成本低，因此以硅片為襯底，以MOCVD技術(shù)用異質(zhì)外延方法制造GaAs太陽(yáng)電池降低GaAs太陽(yáng)電池成本的很有希望的辦法。目前，這種電池的效率也已達(dá)到20%以上。但GaAs和Si晶體的晶格常數(shù)相關(guān)較大，在進(jìn)行導(dǎo)質(zhì)外延生長(zhǎng)時(shí)，外延層晶格失配嚴(yán)重，難以獲得優(yōu)質(zhì)外延層。 為此常Si襯底上首先生長(zhǎng)一層晶格常數(shù)與GaAs 相差較少的Ge 晶體作為過(guò)渡層，然后再生長(zhǎng)GaAs外延層，這種Si/Ge/GaAs結(jié)構(gòu)的異質(zhì)外延電池正在不斷發(fā)展中?？刂聘鲗雍穸?，適當(dāng)變化結(jié)構(gòu)，可使太陽(yáng)光中各種波長(zhǎng)的光子能量都得到有效利用，目前以GaAs為基的多層結(jié)構(gòu)太陽(yáng)電池的效率已接近40%。
　　
　　2.磷化銦太陽(yáng)電池:磷化銦太陽(yáng)電池具有特別好的抗輻照性能，因此在航天應(yīng)用方面受到重視，目前這種電池的效率也已達(dá)到17%～19%。
　　
　　3.CuInSe2 多晶薄膜太陽(yáng)電池:這種電池的效率也達(dá)到17.6%左右，而且性能穩(wěn)定，作為多晶薄膜電池是很有發(fā)展前途的。但因成分較復(fù)雜，制作工藝重復(fù)性差，影響了它的發(fā)展。
　　
　　此外，Cds/CdTe太陽(yáng)電池的效率也已達(dá)到15.8%，但這種電池毒性大，易造成對(duì)環(huán)境的污染。


4.太陽(yáng)電池的應(yīng)用

　　通信衛(wèi)星通常采用太陽(yáng)電池方陣給各系統(tǒng)供電，并為蓄電池充電，在星食期間，蓄電池給衛(wèi)星供電。過(guò)去，太陽(yáng)電池方陣廣泛采用硅光電池。目前較先進(jìn)的硅光電池轉(zhuǎn)換效率可達(dá)15％，但這種電池已不能滿足大型平臺(tái)的要求，現(xiàn)在正在發(fā)展和使用砷化鉀太陽(yáng)電池。目前單結(jié)砷化鉀太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率一般達(dá)18％，雙結(jié)砷化鉀太陽(yáng)電池可達(dá)21－23％。這種電池不僅效率高，而且耐高溫，耐空間輻射?，F(xiàn)在正在研制多結(jié)砷化鉀太陽(yáng)電池，其轉(zhuǎn)換效率可望達(dá)到30％以上。為了再進(jìn)一步提高太陽(yáng)電池方陣的效率，現(xiàn)在正研究使用太陽(yáng)能聚光板，以提高太陽(yáng)能量，使太陽(yáng)常數(shù)提高到1以上。過(guò)去通信衛(wèi)星蓄電池普遍采用鎳鎘電池，隨著衛(wèi)星功率不斷增加，現(xiàn)正發(fā)展使用鎳氫電池。鎳氫電池比鎳鎘電池放電深度深，比容量大。

　　為使“深空1號(hào)”星際探測(cè)器成為現(xiàn)實(shí)，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室提出6項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它們是：

　　1.輕型太陽(yáng)電池方陣。未來(lái)的太陽(yáng)帆板采用復(fù)合結(jié)構(gòu)，連接各部分的電纜線將被淘汰，太陽(yáng)帆板采用塑性鉸接。使用薄膜太陽(yáng)電池，每公斤重量供能116瓦，而現(xiàn)有系統(tǒng)為40－50瓦。多結(jié)薄膜光電池使電池太陽(yáng)方陣在軌道上易于展開(kāi)。輕型“智能”結(jié)構(gòu)可自動(dòng)消除振動(dòng)和熱效應(yīng)。

　　2.柔性集成供電和信號(hào)系統(tǒng)。通過(guò)真空鍍膜技術(shù)，使薄膜蓄電池組和柔性電池部件與阻擋層光電池連接，形成多層衛(wèi)星總線。柔性電池組安裝在其它子系統(tǒng)周?chē)?

　　3.多功能結(jié)構(gòu)。

　　4.超高密度電路。

　　5.微機(jī)電系統(tǒng)。

　　6.輕型大光學(xué)系統(tǒng)。

　　美國(guó)1998年10月24日發(fā)射了“深空1號(hào)”星際探測(cè)器。采用集光器型太陽(yáng)電池進(jìn)行試驗(yàn)。這種太陽(yáng)電池方陣實(shí)際只有13％的面積被覆以太陽(yáng)電池片，另外還帶有720面菲列爾透鏡，利用線性排列的菲列爾透鏡把所有陽(yáng)光都聚集到這些電池上。由于電池少，而透鏡又比玻璃罩的電池輕，所以太陽(yáng)電池方陣的重量減輕了，價(jià)格也變便宜了。“深空1號(hào)”2.6千瓦的太陽(yáng)電池方陣有4塊帆板，大小為1.1mx1.6m，總重58公斤。為增強(qiáng)輻射防護(hù)能力，電池區(qū)上的玻璃罩可做得厚一些。太陽(yáng)電池本身有兩種，它們疊在一起，可在0.4μm～0.85μm的寬頻譜范圍內(nèi)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，預(yù)計(jì)效率在22％以上。這種太陽(yáng)電池方陣的缺點(diǎn)是指向稍有一點(diǎn)點(diǎn)誤差，能力就會(huì)大大降低。


5.太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用的發(fā)展趨勢(shì)

　　人類利用太陽(yáng)能已有幾千年的歷史，但發(fā)展一直很緩慢，現(xiàn)代意義上的開(kāi)發(fā)利用只是近半個(gè)世紀(jì)的事情。1954年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出世界上第一塊太陽(yáng)電池，從此揭開(kāi)了太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用的新篇章，之后，太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)發(fā)展很快，特別是70年代爆發(fā)的世界性的石油危機(jī)有力地促進(jìn)了太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用。隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在世界范圍內(nèi)的實(shí)施，太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用又被推到新高度。 21世紀(jì)初至中葉將是太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)的重要發(fā)展時(shí)期。世界范圍內(nèi)的能源問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題的最終解決將依靠可再生潔凈能源特別是太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用。
　　
　　光伏技術(shù)的發(fā)展，近期將以高效晶體硅電池為主，然后逐步過(guò)渡到薄膜太陽(yáng)能電池和各種新型太陽(yáng)電池的發(fā)展。如前所述，晶體硅太陽(yáng)電池具有轉(zhuǎn)換效率高、性能穩(wěn)定、商業(yè)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，但也存在硅材料緊缺、制造成本高等問(wèn)題。而薄膜太陽(yáng)能電池以及各種新硅太陽(yáng)能電池都具有生產(chǎn)材料廉價(jià)、生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)，隨著研發(fā)投入的加大，必將促使其中一、二種獲得突破，正如專家斷言，只要有一、二種新型電池取得突破，就會(huì)使光電池局面得到極大的改善。
　　
　　隨著光電化學(xué)及光伏技術(shù)和各種半導(dǎo)體電極試驗(yàn)的發(fā)展，使得太陽(yáng)能制氫成為氫能產(chǎn)業(yè)的最佳選擇。20世紀(jì)90年代在太陽(yáng)能制氫方面獲得了較大進(jìn)展， 1990年德國(guó)建成一座500KW太陽(yáng)能制氫示范廠，沙特阿拉伯已建成發(fā)電能力為350KW的太陽(yáng)能制氫廠。印度于1995年推出了一項(xiàng)制氫計(jì)劃，投資 4800萬(wàn)美元，在每年有300個(gè)晴天的塔爾沙漠中建造一座500KW太陽(yáng)能電站制氫，用光伏—電解系統(tǒng)制得的氫，以金屬氫化物的形式貯存起來(lái)，保證運(yùn)輸?shù)陌踩?。氫能具有重量輕、熱值高、爆發(fā)力強(qiáng)、品質(zhì)純凈、貯存便捷等許多優(yōu)點(diǎn)。隨著太陽(yáng)能制氫技術(shù)的發(fā)展。用氫能取代碳?xì)浠衔锬茉磳⑹?1世紀(jì)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。
　　
　　隨著世界范圍內(nèi)的環(huán)境意識(shí)和節(jié)能意識(shí)的普遍提高，太陽(yáng)能熱利用領(lǐng)域?qū)⒌玫阶畲笙薅鹊臄U(kuò)展，其普及程度將會(huì)有較大的提高。隨著太陽(yáng)能熱水器性能的改善，太陽(yáng)能熱水器將逐步取代電熱水器和燃?xì)鉄崴?。與此同時(shí)，光伏技術(shù)將逐步由農(nóng)村、偏遠(yuǎn)地區(qū)以及其它特殊應(yīng)用場(chǎng)合向城市推進(jìn)，伴隨著更多國(guó)家屋頂計(jì)劃的實(shí)施，光伏發(fā)電將走進(jìn)城市的千家萬(wàn)戶。
　　
　　隨著人類航天技術(shù)以及微波輸電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，空間太陽(yáng)能電站的設(shè)想可望得到實(shí)現(xiàn)。由于空間太陽(yáng)能電站不受天氣、氣候條件的制約，其發(fā)展顯示出美好的前景，是人類大規(guī)模利用太陽(yáng)能的另一條有效途徑。


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