由於空間技術的發展,各種飛行器對功率的需求越來越大,在加速發展其他類型電池的同時,世界上空間技術比較發達的美、日和歐空局等國家,都相繼開展了高效矽太陽電池的研究。以日本SH
RP公司、美國的SUNPOWER公司以及歐空局為代表,在空間太陽電池的研究發展方麵領先。其中,以發展背表麵場(BSF)、背表麵反射器(BSR)、雙層減反射膜技術為第一代高效矽太陽電池,這種類型的電池典型效率最高可以做到15%左右,目前在軌的許多衛星應用的是這種類型的電池。
到了70年代中期,COMS
T研究所提出了無反射絨麵電池(使電池效率進一步提高)。但這種電池的應用受到限製:一是製備過程複雜,避免損壞PN結;二是這樣的表麵會吸收所有波長的光,包括那些光子能量不足以產生電子-空穴對的紅外輻射,使太陽電池的溫度升高,從而抵消了采用絨麵而提高的效率效應;三是電極的製作必須沿著絨麵延伸,增加了接觸的難度,使成本升高。
80年代中期,為解決這些問題,高效電池的製作引入了電子器件製作的一些工藝手段,采用了倒金子塔絨麵、激光刻槽埋柵、選擇性發射結等製作工藝,這些工藝的采用不但使電池的效率進一步提高,而且還使得電池的應用成為可能。特別在解決了諸如采用帶通濾波器消除溫升效應以後,這類電池的應用成了空間電源的主角。
雖然很多工藝技術是由一些研究所提出,但卻是在一些比較大的公司得到了發揚光大,比如倒金子塔絨麵、選擇性發射結等工藝是在澳大利亞新南威爾士大學光伏研究中心出現,但日本的SH
RP公司和美國的SUNPOWER公司目前的技術水平卻為世界一流,有的技術甚至已經移植到了地麵用太陽電池的大批量生產。
為了進一步降低電池背麵複合影響,背麵結構則采用背麵鈍化後開孔形成點接觸,即局部背場。這些高效電池典型結構為PERC、PERL、PERT、PERF,其中前種結構的電池已經在空間獲得實用。典型的高效矽太陽電池厚度為100μm,也被稱為NRS\/BSF(典型效率為17%)和NRS\/LBSF(典型效率為18%),其特征是正麵具有倒金子塔絨麵的選擇性發射結構,前後表麵均采用鈍化結構來降低表麵複合,背麵場采用全部或局部背場。實際應用中還發現,雖然采用局部背場工藝的電池要普遍比NRS\/BSF的電池效率高一個百分點,但通常局部背場的抗輻照能力比較差。
到了上世紀90年代中期,空間電源工程人員發現,雖然這種類型電池的初期效率比較高,但電池的末期效率比初期效率下降25%左右,限製了電池的進一步應用,空間電源的成本仍然不能很好地降低。
為了改變這種情況,以SH
RP為首的研究機構提出了雙邊結電池結構,這種電池的出現有效地提高了電池的末期效率,並在HES、HES-1衛星上獲得了實際應用。
另外研究人員還發現,衛星對電池陣位置的要求比較苛刻,如果太陽電池陣不對日定向或對日定向差等都會影響到衛星電源的功率,這在一定程度上也限製了衛星整體係統的配置。比如空間站這樣複雜的飛行器,有的電池陣幾乎不能完全保證其充足的太陽角,因而就需要高效電池來滿足要求。雖然目前已經部分應用了常規的高效電池,但電池的高的a吸收係數、有限的空間和重量的需要使其仍然不能滿足空間係統大規模功率的需要。傳統的電池結構仍然受到很大程度的限製。在這種情況下,俄羅斯在研究高效矽電池初期就側重於提高電池的末期效率為主,在結合電池陣研究方麵提出了雙麵電池的構想並獲得了成功,真正做到了高效長壽命和低成本。
太陽能路燈
太陽能路燈是一種利用太陽能作為能源的路燈,因其具有不受供電影響,不用開溝埋線,不
消耗常規電能,隻要陽光充足就可以就地安裝等特點,因此受到人們的廣泛關注,又因其不汙染環境,而被稱為綠色環保產品。太陽能路燈即可用於城鎮公園、道路、草坪的照明,又可用於人口分布密度較小,交通不便經濟不發達、缺乏常規燃料,難以用常規能源發電,但太陽能資源豐富的地區,以解決這些地區人們的家用照明問題。
太陽能電池
發電原理
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