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什么是薄膜太陽能電池_薄膜太陽能電池工作原理

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年08月22日  

2010年之后,薄膜太陽能電池廣泛進入商業(yè)大樓和家居房屋中,產(chǎn)電量得到進一步提高,從加州到肯尼亞再到中國,都是如此。除了靈活性之外,下文將繼續(xù)討論薄膜太陽能電池與傳統(tǒng)太陽能電池相比的優(yōu)缺點,它們更加高效的原因,以及薄膜太陽能電池是否能夠成為煤和核能的替代品等問題。


什么是薄膜太陽能電池


如果你使用過太陽能計算器,你就知道太陽能電池是基于薄膜技術(shù)的。顯然,計算器中的太陽能電池不大也不笨重,大多數(shù)只有2.5厘米長,0.6厘米寬,厚度很薄。薄膜太陽能電池這個名字就是根據(jù)其厚度特征定義出來的。硅晶太陽能電池有350微米左右厚的吸光層,但是薄膜太陽能電池的吸光層只有1微米厚。1微米也就是1米的百萬分之一。


薄膜電池顧名思義就是將一層薄膜制備成太陽能電池,其用硅量極少,更容易降低成本,同時它既是一種高效能源產(chǎn)品,又是一種新型建筑材料,更容易與建筑完美結(jié)合。在國際市場硅原材料持續(xù)緊張的背景下,薄膜太陽電池已成為國際光伏市場發(fā)展的新趨勢和新熱點。


薄膜太陽能電池是緩解能源危機的新型光伏器件。薄膜太陽能電池可以使用在價格低廉的陶瓷、石墨、金屬片等不同材料當基板來制造,形成可產(chǎn)生電壓的薄膜厚度僅需數(shù)μm,目前轉(zhuǎn)換效率最高可以達13%。薄膜電池太陽電池除了平面之外,也因為具有可撓性可以制作成非平面構(gòu)造其應用范圍大,可與建筑物結(jié)合或是變成建筑體的一部份,應用非常廣泛。


薄膜太陽能電池原理


在化學電池中,化學能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苁强侩姵貎?nèi)部自發(fā)進行氧化、還原等化學反應的結(jié)果,這種反應分別在兩個電極上進行。負極活性物質(zhì)由電位較負并在電解質(zhì)中穩(wěn)定的還原劑組成,如鋅、鎘、鉛等活潑金屬和氫或碳氫化合物等。正極活性物質(zhì)由電位較正并在電解質(zhì)中穩(wěn)定的氧化劑組成,如二氧化錳、二氧化鉛、氧化鎳等金屬氧化物,氧或空氣,鹵素及其鹽類,含氧酸及其鹽類等。電解質(zhì)則是具有良好離子導電性的材料,如酸、堿、鹽的水溶液,有機或無機非水溶液、熔融鹽或固體電解質(zhì)等。


當外電路斷開時,兩極之間雖然有電位差(開路電壓),但沒有電流,存儲在電池中的化學能并不轉(zhuǎn)換為電能。當外電路閉合時,在兩電極電位差的作用下即有電流流過外電路。同時在電池內(nèi)部,由于電解質(zhì)中不存在自由電子,電荷的傳遞必然伴隨兩極活性物質(zhì)與電解質(zhì)界面的氧化或還原反應,以及反應物和反應產(chǎn)物的物質(zhì)遷移。電荷在電解質(zhì)中的傳遞也要由離子的遷移來完成。因此,電池內(nèi)部正常的電荷傳遞和物質(zhì)傳遞過程是保證正常輸出電能的必要條件。充電時,電池內(nèi)部的傳電和傳質(zhì)過程的方向恰與放電相反;電極反應必須是可逆的,才能保證反方向傳質(zhì)與傳電過程的正常進行。


因此,電極反應可逆是構(gòu)成蓄電池的必要條件。為吉布斯反應自由能增量(焦);F為法拉第常數(shù)=96500庫=26.8安·小時;n為電池反應的當量數(shù)。這是電池電動勢與電池反應之間的基本熱力學關(guān)系式,也是計算電池能量轉(zhuǎn)換效率的基本熱力學方程式。實際上,當電流流過電極時,電極電勢都要偏離熱力學平衡的電極電勢,這種現(xiàn)象稱為極化。電流密度(單位電極面積上通過的電流)越大,極化越嚴重。極化現(xiàn)象是造成電池能量損失的重要原因之一。


極化的原因有三:


①由電池中各部分電阻造成的極化稱為歐姆極化;


②由電極-電解質(zhì)界面層中電荷傳遞過程的阻滯造成的極化稱為活化極化;


③由電極-電解質(zhì)界面層中傳質(zhì)過程遲緩而造成的極化稱為濃差極化。減小極化的方法是增大電極反應面積、減小電流密度、提高反應溫度以及改善電極表面的催化活性。


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