太阳储能锂电池的构造及工作原理
2022-03-07
光可以分为不同的波长，我们可以通过彩虹看到这一点。由于入射到电池上的光的光子能量范围很宽，一些光子没有足够的能量来形成电子-空穴对。它们只是穿过电池，就像电池是透明的一样。但是其他一些光子非常有能量。只有达到一定的能量——单位是电子伏特(eV)，由电池材料决定(晶体硅约1.1eV)，——才能使电子逃逸。我们称这个能量值为材料的带隙能量。如果光子的能量大于所需能量，多余的能量就会损失掉(除非光子的能量是所需能量的两倍，可以产生多个电子-空穴对，但这种影响并不重要)。仅这两种效应就会造成电池中约70%的辐射能损失。
为了使用更多的光子，我们为什么不选择一种带隙非常低的材料呢？不幸的是，带隙也决定了电场强度(电压)。如果带隙太低，在增加电流(通过吸收更多的电子)的同时会损失一定的电压。记住，功率是电压和电流的乘积。最佳带隙能量必须能够平衡这两种效应。对于由单一材料制成的电池，该值约为1.4电子伏。
我们还有其他能量损失。电子必须通过外部电路从电池的一侧流向另一侧。我们可以在电池底部镀一层金属，以保证良好的导电性。然而，如果我们将电池的顶部完全镀上金属，光子将无法穿过不透明的导体，从而失去所有电流(在某些电池中，仅在顶部表面使用透明导体，而不是在所有位置)。如果我们只在电池的两侧设置触点，电子需要行进很长的距离(对于电子)才能到达触点。要知道，硅是半导体，电流传输性能还不如金属。它的内阻(称为串联电阻)相当高，高电阻意味着高损耗。为了尽量减少这些损耗，电池上覆盖了金属接触网，可以缩短电子运动的距离，只覆盖电池表面的一小部分。即便如此，有些光子还是会被网格挡住。网格不能太小，否则自身电阻会太高。
在实际使用电池之前，还需要采取其他几个步骤。硅是一种有光泽的材料，这意味着它具有良好的反射性能。反射的光子不能被电池使用。正因如此，电池顶部的减反射涂层可以将反射损耗降低到5%以下。
最后一步是安装玻璃盖板，将电池与组件分开，以保护电池。光伏模块由多个串联和并联的电池(通常为36个电池)组成，以提供可用的电压和电流水平。这些电池放在一个坚固的框架内，正极端子和负极端子分别从后面引出，用玻璃盖板密封。单晶硅不是光伏电池中使用的唯一材料。多晶硅也用于电池材料。这样生产的电池虽然效率没有单晶硅电池高，但是可以降低成本。另外还使用了无晶体结构的非晶硅，也是为了降低成本。使用的其他材料包括砷化镓、硒化铟铜和碲化镉。由于不同材料的带隙不同，它们似乎被“调谐”为不同波长或能量的光子。提高效率的一种方法是使用两层或多层具有不同带隙的不同材料。带隙较高的材料放在表面，吸收能量较高的光子；而带隙较低的材料放置在下面以吸收能量较低的光子。这项技术可以大大提高效率。这种电池被称为多结电池，它们可以有多个电场。
为了使用更多的光子，我们为什么不选择一种带隙非常低的材料呢？不幸的是，带隙也决定了电场强度(电压)。如果带隙太低，在增加电流(通过吸收更多的电子)的同时会损失一定的电压。记住，功率是电压和电流的乘积。最佳带隙能量必须能够平衡这两种效应。对于由单一材料制成的电池，该值约为1.4电子伏。
我们还有其他能量损失。电子必须通过外部电路从电池的一侧流向另一侧。我们可以在电池底部镀一层金属，以保证良好的导电性。然而，如果我们将电池的顶部完全镀上金属，光子将无法穿过不透明的导体，从而失去所有电流(在某些电池中，仅在顶部表面使用透明导体，而不是在所有位置)。如果我们只在电池的两侧设置触点，电子需要行进很长的距离(对于电子)才能到达触点。要知道，硅是半导体，电流传输性能还不如金属。它的内阻(称为串联电阻)相当高，高电阻意味着高损耗。为了尽量减少这些损耗，电池上覆盖了金属接触网，可以缩短电子运动的距离，只覆盖电池表面的一小部分。即便如此，有些光子还是会被网格挡住。网格不能太小，否则自身电阻会太高。
在实际使用电池之前，还需要采取其他几个步骤。硅是一种有光泽的材料，这意味着它具有良好的反射性能。反射的光子不能被电池使用。正因如此，电池顶部的减反射涂层可以将反射损耗降低到5%以下。
最后一步是安装玻璃盖板，将电池与组件分开，以保护电池。光伏模块由多个串联和并联的电池(通常为36个电池)组成，以提供可用的电压和电流水平。这些电池放在一个坚固的框架内，正极端子和负极端子分别从后面引出，用玻璃盖板密封。单晶硅不是光伏电池中使用的唯一材料。多晶硅也用于电池材料。这样生产的电池虽然效率没有单晶硅电池高，但是可以降低成本。另外还使用了无晶体结构的非晶硅，也是为了降低成本。使用的其他材料包括砷化镓、硒化铟铜和碲化镉。由于不同材料的带隙不同，它们似乎被“调谐”为不同波长或能量的光子。提高效率的一种方法是使用两层或多层具有不同带隙的不同材料。带隙较高的材料放在表面，吸收能量较高的光子；而带隙较低的材料放置在下面以吸收能量较低的光子。这项技术可以大大提高效率。这种电池被称为多结电池，它们可以有多个电场。
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