《低成本太阳能发电》（美）刘易斯·M.弗拉斯著|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《低成本太阳能发电》

【作　者】（美）刘易斯·M.弗拉斯著

【丛书名】新能源科技译丛

【页 数】 174

【出版社】 北京：中国三峡出版社 , 2017.01

【ISBN号】978-7-80223-940-1

【价 格】52.00

【分 类】太阳能发电-研究

【参考文献】 （美）刘易斯·M.弗拉斯著. 低成本太阳能发电. 北京：中国三峡出版社, 2017.01.

图书封面：

图书目录：

《低成本太阳能发电》内容提要：

本书主要介绍了最新的太阳能电池技术，由LewisFraas博士编著，为读者了解太阳能电池发展现状提供了丰富资料，同时也对太阳能电池未来的发展趋势进行了分析。

《低成本太阳能发电》内容试读

第一章太阳能电池发展历程

1839年，法国科学家Alexandre Edmond Becquerel首次观察发现一种浸泡在导电

溶液中的电极在光照下产生光生伏特(PV)效应。至今已有175年的历史四。从总

的发展情况来看，这一发现对此后光伏电池的发展具有重要的指导意义]。

1.1发现光伏效应

光伏太阳能175年的发展历史可以划分为6个阶段，1839一1904年为光伏太阳能的发现阶段。表1.1列出了第一阶段最具代表性的事件。1877年，Adams和Day研究了硒(Selenium)光伏效应)，1904年Hallwachs用铜与氧化亚铜研制了半导体太阳能电池。然而，这一时期仅仅是光伏发现的初期阶段，对于为何会产生这种现象人们无从得知。

表1.11800一1904年：发现光伏效应

1839年：Alexandre Edmond Becquerel首次观察到光线照人导电溶液内产生电流的光伏特(PV)

效应

1877年：W.G.Adams和RE.Day在硒(Se)晶体中观察到光伏效应，并且发表了一篇有关硒太阳能电池的论文[3]。“The action of light on selenium'”,见“Proceedings of the Royal Society”,

A25,113。

1883年：Charles Fritts在硒表面镀上一层薄薄的金，制成了太阳能电池，但其最高效率只有不到1%。

1904年：Wilhelm Hallwachs研制了一个半导体太阳能电池（利用铜与氧化亚铜）。

1.2理论基础的形成

1905一1950年为光伏设备的发展和进一步完善奠定了理论基础。表1.2列出了

这一时期发生的与光伏相关的事件，主要包括：爱因斯坦提出了“光量子论”[)，波兰科学家Czochralski提出并发展了生长单晶硅的提拉法工艺[)，另外，高纯度单晶半导体能带理论得以发展6，刃。高效能、高纯度单晶半导体太阳能电池对光伏电池理论的发展具有重要意义，本书第四章对这一理论基础进行了介绍。本阶段的发

低成本太阳能发电

展为下一阶段奠定了良好基础。

表1.21905一1950年：理论基础的形成

1905年：Albert Einstein在普朗克量子概念的基础上提出了光电效应可

1918年：波兰科学家Jan Czochralski建立了生长单晶硅的提拉法工艺。数十年后，这一方法被应用于单晶硅生产。

1928年：F.Bloch基于单晶周期性晶格排列提出了能带理论s1931年：A.H.Wilson提出了高纯度的半导体相关理论[61。

1948年：Gordon Teal和John Little利用Czochralski的晶体生长方法研制出了单晶锗，随后研制出了单晶硅)

1.3第一块单晶硅太阳能电池

表1.3列出了1950一1959年期间单晶硅光伏设备的发展和应用情况。这一时期的重要事件包括：1954年Pearson和Chapin在贝尔实验室制成第一块单晶硅太阳能电池[⑧]。1957年Fuller研制了效率为8%的硅太阳能电池并获得专利[)。上述进步和发展为光伏市场的多样性奠定了基础，具体见第二章和第三章内容。

表1.31950一1959年：实用设备首次演示

1950年：贝尔实验室研制出太空用太阳能电池。1953年：Gerald Pearson开始研究锂一硅光伏电池。

1954年：贝尔实验室宣布发明出第一块现代硅太阳能电池]。电池效率为6%左右。《纽约时报》报道称，太阳能电池未来将成为主要能源供应方式。

1955年：美国西电股份有限公司(Western Electric)开始出售硅光伏技术商业专利。Hoffman电子推出效率为2%的商业太阳能电池产品，电池售价为25美元/块，相当于1785美元/瓦特。

I9s7年：AT&T出让人(Gerald L.Pearson、Daryl M.Chapin和Calvin S.Fuller)获得了“太阳能转换装置”专利权91，专利号为US2780765。他们将其称为“太阳能电池”。Hoffman电子的单晶硅电池效率达到8%。

1958年：美国信号部队实验室的T.Mandelkorn制成n/p型单晶硅光伏电池，这种电池抗辐射能力强，更适合太空使用。Hoffman电子的单晶硅电池效率达到9%。美国发射的先锋1号卫星首次运用太阳能电池，光伏电池总面积100cm2,功率0.1W。

1959:Hoffman电子实现可商业化单晶硅电池效率达到10%，并通过使用网栅电极显著降低了光伏电池串联电阻。

1.4美国对光伏发展的大力扶持和新光伏设备的发展

光伏发展的后3个阶段可以根据政治环境的变化进行划分。1960一1980年是光伏发展的第四个阶段，这一阶段光伏太阳能电池应用获得了美国政府的大力支持。光伏太阳能电池首次应用于太空卫星，随后也开始在陆地设施中得以应用。表1.4

2

第一章太阳能电池发展历程

列出了这一时期的重要事件。

表1.41960一1980年：美国政府大力扶持新型光伏设备

1960年：Hoffman电子实现单晶硅电池效率达到14%。1961年：联合国召开“发展中国家太阳能发展”会议。1962年：Telstar通信卫星使用太阳能电池o。

1967年：联合一号是第一个由太阳能电池供电的人造飞船。

1970年：苏联的Zhores Alferov及其团队研制出第一块半导体异质结高效太阳能电池21971年：礼炮一号空间站采用太阳能电池供电。

1972年：BM的Hovl和Woodall研制出效率为18%~20%的太阳能电池)。1973年：天空实验室(Skylab)采用太阳能供电。

1975年：喷气推进实验室(JPL)的平板硅晶组件首次从太空应用过渡到地面应用。

1976年：RCA实验室的David Carlson和Christopher Wronski首次研制出世界上第一块非晶硅光伏电池，其效率为1.1%[6)

1977年：太阳能研究所在科罗拉多戈尔登成立。

1977年：卡特总统在白宫安装太阳能板，积极推动太阳能系统发展。1977年：全球光伏电池产能超过500kW。

1978年：第一个非晶硅太阳能电池供电计算器诞生。

1970年后期：出现“能源危机”[；太阳能应用引起社会广泛关注，尤其是光伏太阳能、主动式太阳能以及被动式太阳能在艺术建筑、未接入电网的建筑物和家庭中的应用。

1978年：L.Fraas和R.Knechtli介绍了nGaP/GaInAs/Ge三结叠层太阳能电池(300个太阳)的概念，提出该电池在设定条件下的效率可达40%[41

1978年：美国出台并通过《公共事业管制政策法案》(PURPA)[1]

这一阶段开始的标志性事件是1962年成功发射的第一颗通信卫星(Telstar)[o](图1.1)并使用了硅太阳能电池供电。到20世纪70年代，硅电池开始应用于地面装置。图1.1b展示了一个典型的现代地面硅太阳能电池。本书作者从1973年开始从事太阳能领域的研究，在这一年还发生另外两件大事，一是阿拉伯石油禁运事件，另一个是美国第一条输气管道建成。

(a)

(b)

is8Rg黑夏I年III

图1.1 a Telstar卫星[io

b.一种典型的硅太阳能电池/光伏电池[四

3

低成本太阳能发电

另一个重大事件是，1975年美国政府开始实施喷气推进实验室的晶体硅光伏电池组采购计划，主要针对地面系统开发和耐久性测试。在此之前，1973年发生了第

一次中东石油禁运事件。福特总统和卡特总统均采取了大力扶持美国能源独立的

政策。1977年，卡特总统在白宫安装了太阳能电池板。

本阶段，多项新技术取得了成功和突破，其中包括用于太空的20%单晶A

GaAs/GaAs太阳能电池2.B],其抗辐射能力要优于硅电池4。Fraas和Knechtli从理论上描述了40%效率的InGaP//GalnAs//Ge三结叠层电池1s)。第七章和第八章结合阳光跟踪理念对高效太阳能电池进行了介绍。

1976年，Carlson和Wronski并没有遵从太阳能电池单晶理论，并研制出第一块非晶硅太阳能电池16，该电池的转换效率较低。1978年，整体式结构升压技术的发展使得非晶硅太阳能计算器可以依靠室内光线供电)，这是非太阳能光伏设备的典型代表。然而，太阳能光伏是推动非晶硅发展的主要动力。非晶硅在太阳能领域

的其他领域也占有巨大的市场，最重要的是在电视液晶显示屏(LCD)方面的应用。

然而，非晶薄膜的应用也不仅仅局限于光伏领域，在非晶光伏设备的发展方面也投入了巨大的人力和物力，具体内容见第六章。

光伏发展的第四个阶段随着美国于1978年颁布《公用事业管制政策法案》

(PURPA)[18]而结束。这一法案的颁布推动了光伏下一个阶段的发展。

1.5美国放弃可再生能源和能源独立政策

从1980到2000年是太阳能发展的第五个阶段。在这一阶段，美国政府的政策导向发生了变化，全力支持能源独立的热情逐渐消退，重心开始从能源独立外移。里根总统侧重于保护从中东到美国的石油供应安全，认为必要时可动用美国军队提供能源保护。这一政策导向导致太阳能光伏于1980一2000年期间在美国的发展非常缓慢。1986年，里根总统移除了安装在白宫的太阳能电池板。表1.5列出了这一时期的部分代表性事件。

表1.51980-2000年：缓慢发展期

1981年：美国和阿拉伯合作的SOLERAS计划资助首个利用菲涅尔透镜制造的350kW聚光光伏系统。

1983年：全球世界太阳能电池年产量超过21.3兆瓦，销售额超过2.5亿美元。

1985年：澳大利亚新南威尔士大学国家光伏研究室研制的单晶硅太阳能电池效率达到20%。1986年：里根总统移除白宫的太阳能电池板。

1990年：L Fraas、J.Gee、K.Emery等人描述了效率为35%的GaAs/GaSb双芯片集成太阳能电池201

第一章太阳能电池发展历程

续表

1991年：乔治·H·W·布什总统推动美国能源部建立国家可再生能源实验室（其前身为太阳

能研究所)。

1992年：Kuryla、Fraas和Bigger报道了用GaAs/GaSb电池组制成的效率为25%的聚光光伏组件2)

1993年：建立国家可再生能源实验室太阳能研究室。

1994年：国家可再生能源实验室研制出GaInP/GaAs两端集成电池(180个太阳)，是第一个整体式双结太阳能电池，转换效率超过30%[9]

1998年：JX Crystals公司生产出MidnightSun热光伏炉具2s】。

1991年，美国能源部太阳能研究所(DOE SERI)改名为国家可再生能源实验

室(NREL)。这两个研究机构将大部分研究基金投放到了非晶态薄膜太阳能电池研

究领域，但并未取得实质性进展。这一时期，美国政府大部分资助基金都投向了光伏电池，拨发给国家再生资源实验室的款项也基本用于太空电池研发。InGaP,/GaAs

双结叠层电池配备有30%效率聚光光伏(CPV)电池，原本是为太空航行目的研发

的产品，逐渐开始应用于地面设备9。

1990年，美国航空航天局和美国国防部(DOD)资助Fraas等人研制出了效率达35%的GaAs/GaSb叠层太阳能电池[o1。随后，波音(Boeing）赞助Kuryla、

Fraas及Bigger等人研制出了GaAs/GaSb叠层太阳能电池回路的聚光光伏(CPV)

组件，该组件在亚利桑那STAR测试厂的户外阳光测试得出的效率为25%[2)。图

1.2展示了一个用于光伏太空航行供电的类聚光光伏组件。1994年，这一聚光光伏太阳能供电模块在太空中测试成功2]

图1.2波音公司利用GaAs/GaSb双结叠电池制成的太阳能光伏空间供电组件，

1994年被美国国家航空航天局用于太空任务[221

低成本太阳能发电

300

口其他经合组织国家口西班牙

口法国

800200

口瑞士

■荷兰

日意大利

100

■德国

日日本

0

口美国

197419781982198619901994199820022006

图1.3经济合作与发展组织(0ECD)对光伏产业的支出曲线图(1974年到2008年)24

注：1980年，美国对光伏产业提供的研究资助经费急剧下降，日本和德国成为光伏研究的支持大

国。美国的年度资助经费从3亿多欧元跌到2亿多欧元，2003年前，年度资助经费始

终未超过3亿欧元。

1998年，Crystals公司的Fraas等人利用国际资助开发了第一个热光伏设备，

MidntghtSunT炉具2s)。GaSb红外能电池被用在热光伏电池中，为热电联供设备提供电力，但同样面临着全天候供电的问题。第十一章对热光伏技术进行了详细介绍。

在这一时期，光伏研究资助的主要来源国从美国转移至了日本和德国24]（见图

1.3)。

表1.62000年至今：国际支持和新的发展机遇

2000年：德国颁布《可再生能源法》，确定了太阳能发电上网电价补贴政策[5]2001年：中国成立尚德电力(Suntech)[26]

2002年：Amonix和Arizona在Prescott的荒漠建立了一个175kW的高倍聚光光伏电池系统(见第七章)

2004年：K.Araki等人研制出了转换效率为28%的聚光光伏(CPV)组件o。

2004年：SunPower公司在菲律宾成立第一个亚洲分工厂Fab1,规模化生产效率为20%的A-300电池，在巴伐利亚建立第一个发电厂。（见第五章）

2006年：多晶硅在光伏产业的应用首次超过了在其他行业的应用。

2006年：L.Fraas等人研制出了效率达33%的双聚焦高聚光型太阳能(HCPV)(见第七章)。2006年：太阳能电池创造了新的世界纪录一新的太阳能电池效率突破40%的光一电转换界限。（见第八章）

2007年：太阳电力公司建立Nis太阳能发电厂，产能为15 MW PPA,采用了太阳能电力公司组件。

2010年：奥巴马总统（Barack Obama)提议在白宫安装太阳能电池板和太阳能热水器o2011年：中国制造业发展迅猛，使得硅光伏组件的生产成本降低到1.25美元/瓦特。全球产能

6

···试读结束···