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用硅作为太阳能电池并不是很好(61.9%的转化效率是极限)  

2010-01-02 14:58:39|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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              作者: 浙江余姚皇竹草

写在前面的话:这文章涉及比较多的物理知识,有研究精神的读者可以

参考:固体物理、半导体制造工艺等书,如果还不过瘾,想在光伏发电方面大发其财,那就看专业书吧。如果我的计算有错误,请各位指出。

我的预测:1、3年后将会有新材料异军突起,效率达到25-35%。5年后出现效率达到45%的新材料。

2、61.9%的转化效率是极限,不管用什么材料,采取什么工艺,就是过上几万年也不能超过这个数值!

 

用硅作为太阳能电池并不是很好

基础知识:

1电子伏特 = 1.60217646 × 10-19 焦耳 简单地认为1电子伏特 = 1.60× 10-19焦耳

   光子能量公式E=hv中,h 代表

普朗克常数,以符号h表示,

普朗克常数 = 6.626068 × 10-34 m2 kg / s是微观现象量子特性的表征 。设锗的禁带为0.7电子伏特

0.7电子伏特=1.12x10-19 焦耳。

光子能量公式E=hv得到v=E/h=1.690x1014 hz,对应波长为=c/v=3x10 8m/s/1.690x1014 hz=1.775x10-6m=1.775um(微米)

可见频率低于1.690x1014 hz(或波长大于1.775um)的太阳光不能用于发电。

而硅的禁带宽度为1.21ev,

1.21ev=1.936× 10-19焦耳

根据v=E/h=1.936× 10-19焦耳/6.626068 × 10-34 m2 kg / s=2.9218x1014 hz

对应波长为=c/v=3x10 8m/s/2.9218x1014 hz

=1.0267 x10-6m(即微米)可见频率低于

2.9218x1014 hz或波长大于1.0267 x10-6m的太阳光不能用于发电。

所以用硅作为太阳能电池并不是很好,效率比用锗低。

 

 

参考1

强烈的太阳辐射风暴

到达地球大气上界的太阳辐射能量称为天文太阳辐射量。在地球位于日地平均距离处时,地球大气上界垂直于太阳光线的单位面积在单位时间内所受到的太阳辐射的全谱总能量,称为太阳常数。太阳常数的常用单位为瓦/米2。因观测方法和技术不同,得到的太阳常数值不同。世界气象组织 (WMO)1981年公布的太阳常数值是1368瓦/米2。

对图的解释见红字:地球大气上界的太阳辐射光谱的99%以上在波长 0.15~4.0微米之间。大约50%的太阳辐射能量在可见光谱(波长0.4~0.76微米),7%在紫外光谱区(波长<0.4微米),43%在红外光谱区(波长>0.76微米),最大能量在波长 0.475微米处。由于太阳辐射波长较地面和大气辐射波长(约3~120微米)小得多,所以通常又称太阳辐射为短波辐射,称地面和大气辐射为长波辐射。太阳活动和日地距离的变化等会引起地球大气上界太阳辐射能量的变化。

太阳辐射通过大气,一部分到达地面,称为直接太阳辐射;另一部分为大气的分子、大气中的微尘、水汽等吸收、散射和反射。被散射的太阳辐射一部分返回宇宙空间,另一部分到达地面,到达地面的这部分称为散射太阳辐射。到达地面的散射太阳辐射和直接太阳辐射之和称为总辐射。太阳辐射通过大气后,其强度和光谱能量分布都发生变化。到达地面的太阳辐射能量比大气上界小得多,在太阳光谱上能量分布在紫外光谱区几乎绝迹,在可见光谱区减少40%,而在红外光谱区增至60%。

在地球大气上界,北半球夏至时,日辐射总量最大,从极地到赤道分布比较均匀;冬至时,北半球日辐射总最小,极圈内为零,南北差异最大。南半球情况相反。春分和秋分时,日辐射总量的分布与纬度的余弦成正比。南、北回归线之间的地区,一年内日辐射总量有两次最大,年变化小。纬度愈高,日辐射总量变化愈大。

到达地表的全球年辐射总量的分布基本上成带状,只有在低纬度地区受到破坏。在赤道地区,由于多云,年辐射总量并不最高。在南北半球的副热带高压带,特别是在大陆荒漠地区,年辐射总量较大,最大值在非洲东北部。

参考2

禁带宽度

  禁带宽度是指一个能带宽度(单位是电子伏特(ev)).固体中电子的能量是不可以连续取值的,而是一些不连续的能带。要导电就要有自由电子存在。自由电子存在的能带称为导带(能导电)。被束缚的电子要成为自由电子,就必须获得足够能量从而跃迁到导带,这个能量的最小值就是禁带宽度。锗的禁带宽度为0.785ev;硅的禁带宽度为1.21ev;砷化镓的禁带宽度为1.424ev。禁带非常窄就成为金属了,反之则成为绝缘体。半导体的反向耐压,正向压降都和禁带宽度有关。

 

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