太阳能电池在电动汽车上的应用毕业设计论文(编辑修改稿)

太阳能电池在电动汽车上的应用毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

炉内同时加热许多根金属丝，减小炉壁辐射所造成的热损失；（ 2）炉的内壁加工成镜面，使辐射热反射，减少散热；（ 3）提高炉内压力，提高反应速度等；（ 4）在大型不锈钢金属反应炉内使用 100 根以上的金属丝 ，单位电耗由过去 降低到 ，多晶硅产量由改良前每炉次 100～ 200kg 提高到 5～ 6t。 其显著特点是加强尾气回收，在 15～ 90℃ 对尾气加压多级冷凝分离。 分离产物再回系统利用且能耗低、产量高、质量稳定。 随着改良西门子法技术的不断完善与发展，使原辅材料及能耗大为降低，产品成本也随之降低。 新硅烷法不断取得进展，除保证多晶硅纯度较高的特点外，直径也从原来的不足 100mm 增大至 140mm，晶粒多晶硅已规模生产。 多晶硅生产均采用闭路循环工艺流程，使副产物得以合理、充分的利用。 多晶硅 是单质硅的一种形态。 熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。 多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面，如在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至几乎没有导电性；在化学活性方面，两者的差异极小。 多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。 非晶硅太阳能电池 在美国 RAC 实验室 Carlson 和 Wronski 的共同努力下，第 1 块非晶硅薄膜太阳能电池于 1976 年问世，从此拉开了薄膜光伏技术研究与发展的序幕，目前非晶硅薄膜太阳能电池正在进入显著的技术进步和规模化应用阶段。 由于硅料的供应紧缺为非晶硅太阳能电池（又称薄膜太阳能电池）带来了良河南机电高等专科学校 毕业设计 /论文 8 好的发展机遇，转换效能上，多晶硅因其不可改变的物理特性，其最高效能为15%～ 16%；非晶硅薄膜可透过沉淀不同化学特性的物质于不同段层，将转换效能由 6%提升至 12%或更高，理论上最高更可达 %。 其次，薄膜吸收较 广的阳光波长，在阴天或微弱阳光下运作亦较佳；相反，多晶硅的效能在较暗的情况下就会急速下降，因此非晶硅薄膜在实际环境下的转换效能比多晶硅高出 10%以上。 再者，非晶硅薄膜的转换效能虽然只及多晶硅的 1/2，但生产成本亦只有多晶硅 的1/3。 多晶硅生产过程需要 1100℃ 高温，不但耗能大，而且所带来的污染问题亦十分严重。 非晶硅薄膜只需将气体沉淀转化成等离子附在玻璃上即可，生产过程只需 150℃ 低温，消耗电能少，无污染，因此可以低成本大面积连续生产非晶硅电池。 目前非晶硅电池转换效率及稳定性仍不及晶体硅电池，但其硅料使用量 少、制程简单且易大面积量产、产品透光性佳及应用范围广等优点仍获得市场的追捧。 非晶硅又称无定形硅，它是单质硅的一种形态，是棕黑色或灰黑色的微晶体；不具有完整的金刚石晶胞，纯度不高；熔点、密度和硬度也明显低于晶体硅；化学性质比晶体硅活泼，可由活泼金属 （ 如钠、钾等 ） 在加热下还原四卤化硅，或用碳等还原剂还原二氧化硅制得。 结构特征为短程有序而长程无序的 α硅，纯 α硅因缺陷密度高而无法使用。 由非晶态合金的制备可知，要获得非晶态，需要有高的冷却速率，而对冷却速率的具体要求随材料而定。 硅要求有极高的冷却速率，用液态快速 淬火的方法目前还无法得到非晶态。 近年来，发展了许多种气相淀积非晶态硅膜的技术，其中包括真空蒸发、辉光放电、溅射及化学气相淀积等方法。 一般所用的主要原料是单硅烷 （ SiH4）、 二硅烷 （ Si2H6）、 四氟化硅 （ SiF4） 等，纯度要求很高。 非晶硅膜的结构和性质与制备工艺的关系非常密切，目前认为以辉光放电法制备的非晶硅膜质量最好，设备也并不复杂。 采用辉光放电气相沉积法就可得含氢的非晶硅薄膜，氢在其中补偿悬挂链，并进行掺杂和制作 PN 结。 开发太阳能电池的两个关键问题就是，提高转换效率和降低成本。 由于非晶硅薄膜太阳能电池 的成本低，便于大规模生产，普遍受到人们的重视并得到迅速发展，但非晶硅作为太阳能材料，尽管是一种很好的电池材料，但由于其光学带隙为 ，使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率。 此外，其光电效率会随着光照时间的延长而衰减，即所谓的光致衰退 SW 效应，使得电池性能不稳定。 在发展非晶硅作为太阳能材料上，如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么非晶硅大阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。 据世界能源组织 (IEA)、欧洲联合研究中心、欧洲光伏工业协会 预测， 2020 年世界光伏发电将占总电力的 1%，到 2040 年光伏发电将占全球发电量的 20%，按此推算未来数十年全球光伏产业的增长率将高达 25%～ 30%。 可以预言，在 21 世纪中叶，太阳能光伏发电成为人类的基础能源之一，在世界能源构成中占有一定河南机电高等专科学校 毕业设计 /论文 9 的地位。 多元化合物薄膜太阳能电池 多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓 IIIV 族化合物、硫化镉、硫化镉及铜铟硒薄膜电池等。 硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是 晶体硅太阳能电池 最理想的替代产品。 砷化镓（ GaAs） IIIV 化合物电池的转换效率可达 28%， GaAs 化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率，抗辐照能力强，对热不敏感，适合于制造高效单结电池。 但是 GaAs 材料的价格不菲，因而在很大程 度上限制了用 GaAs电池的普及。 铜铟硒薄膜电池（简称 CIS）适合光电转换，不存在光致衰退问题，转换效率和多晶硅一样。 具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向。 唯一的问题是材料的来源，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展又必然受到限制。 有机物太阳能电池 在太阳能电池中以聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制备的研究方向。 其原理是利用不同氧化还原型聚合物的不同氧化还原电势，在导电材料（电极）表面进行多层复合，制成类似无机 P－ N 结的单向导电装置。 其中一个电极的内层由还原电位较低的聚合物修饰，外层聚合物的还原电位较高，电子转移方向只能由内层向外层转移；另一个电极的修饰正好相反，并且第一个电极上两种聚合物的还原电位均高于后者的两种聚合物的还原电位。 当两个修饰电极放入含有光敏化剂的电解波中时．光敏化剂吸光后产生的电子转移到还原电位较低的电极上，还原电位较低电极上积累的电子不能向外层聚合物转移，只能通过外电路通过还原电位较高的电极回到电解液，因此外电路中有光电流产生。 由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本底等优势，从 而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。 但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。 能否发展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研究探索。 河南机电高等专科学校 毕业设计 /论文 10 本章小结 薄膜太阳能电池是缓解能源危机的新型光伏器件。 太阳能电池开发和制备过程中必须考虑的两个因素是提高转化率和降低成本。 而电池的薄膜化无疑是降低成本的有效途径。 目前所开发研制的薄膜太阳能电池中硅基薄膜和多元化合物薄膜太阳能电池效率较高，并部分实现了商品化，但受材料 制约，与其他薄膜太阳能电池相比成本相对较高。 纳米晶薄膜太阳能电池和有机薄膜太阳能电池原料易得、成本低，但目前转化效率和稳定性不够好，所以研制新的低成本光电材料、开发新的大面积薄膜电池制备工艺以提高纳米晶薄膜太阳能电池和有机薄膜太阳能电池的稳定性和光电转换效率仍是未来薄膜太阳能电池的研究热点。 河南机电高等专科学校 毕业设计 /论文 11 第 2 章 电动汽车中电池的发展 电动汽车简介 电动汽车一般指以车载电源为动力，全部或部分由电机驱动行驶的汽车。 电动汽车以其污染小、噪声低、能源效率高和能源来源多元化等优点备受青睐，成为现代汽车工 业发展的方向之一。 目前，电动汽车在许多重要技术领域已经取得了突破性的进展，接近实用化阶段。 但是，电动汽车大规模商业化发展仍面临技术、经济等方面的诸多瓶颈，中长期发展存在较大的不确定性。 电动汽车用铅酸蓄电池 铅酸电池最早用作内燃机汽车的起动动力源，后经过发展成为电动汽车蓄电池。 由于技术成熟、价格便宜，它是目前在汽车领域应用最为广泛的电池。 铅酸电池具有可靠性好、原材料易得、价格便宜等优点，比功率也基本上能满足电动汽车的动力性要求。 但它有两大缺点：一是比能量低，一次充电行驶里程较短；另一个是 使用寿命短，使用成本过高。 近期铅酸电池仍将作为动力源应用于旅游观光车、电动叉车或一些短行程的公交车上。 应用于电动汽车的新一代阀控式密封铅酸蓄电池不需维护，允许深度放电，可循环使用。 但由于金属铅的高密度，仍存在比能量和比功率低的致命弱点，在轻度混合动力汽车中有应用前景，但不适于重度混合汽车或纯电动汽车。 近期正在开发的电动汽车用先进铅酸电池主要有：水平铅酸电池、双极密封铅酸电池和卷式电极铅酸电池等。 电动汽车用镍金属电池 目前在电动汽车上使用的镍金属电池主要有镍。