PV/T构件今后发展的方向一方面是要提高效率,另一方面需要使PV/T产品商业化。提高效率的研究重点有几个方面:
(1)提高电池效率,主要是设计适合PV/T构件的高效电池,例如具有高吸收率的太阳电池。
(2)增强电池与吸热板之间的传热效果,包括具有良好导热性能、绝缘性能和耐高温性能的低成本胶粘。
(3)减少热损失。在PV/T产品商业化方面,目前只有PV/T空气集热器有商业应用,液体PV/T集热器有几个厂商正在开发,但至今没有大规模的商业生产。PV/T构件市场没有得到发展的原因一是PV/T的研究还不充分,生产制造工艺及成本方面也存在一些问题。因此使PV/T产品走向商业化,并成为一项实用技术在能源节约和环境保护领域发挥作用,需要进一步对新型高效系统进行深入系统研
究。
此外,太阳能光伏的发展一是从材料上进行改进,比如有机光伏材料、有机聚合物光伏材料、星型小分子光伏材料、富勒烯受体光伏材料等,当然还有最新的石墨烯材料,理论上光伏效率能达到单晶硅最大效率的两倍,有60%。单晶硅光伏发电属于第一代太阳能技术,属于比较成熟的技术,且硅在地球中有极为巨大的储量,但相比单晶硅,有机材料有以下优点:
(1)有机化合物材料质量轻,柔韧性好;(2)有机原料丰富,易设计合成;
(3)易调节分子结构来改善材料性能;(4)电池器件制作工艺简单,成本低,易制作大面积柔性电池,在太阳能发电和发电式建筑外墙以及日常生活用品发电等方面具有非常广阔的应用前景(如图1-1所示),也在解决能源问题的道路上扮演着非常重要的角色。尽管其相比于无机硅太阳能电池起步晚,效率低,稳定性较差,但还是受到了越来越多科学家的关注,并在短时间取得了飞速发展。
有机太阳能电池应用图例
而对于现在应用最广泛的P型单晶硅电池而言,同样作为晶硅光伏电池的还有N型单晶硅电池,它相对于P型单晶硅电池有着少子寿命更长,转换效率更高的特点,在日程生活的的使用中能达到20%-23%的光电转换效率。由于在生产方式上是掺入磷,相对于掺入硼的P型而言有着无光致衰减的优势。虽然生产技术上相对于P型单晶硅更为复杂,成本也更加高,但是因为有着更高的转换效率和潜力,且技术也同P型单晶硅一样成熟,所以控制成本扩大生产是N型单晶硅电池的必然趋势。
二是从结构方面,单晶硅的光电转换效率和电池温度有关,也和光的辐射强度,波段有关,所以利用分光技术、聚光技术,热交换技术能使单晶硅的光电转换效率适当的提高,同时对多余的辐射能转化生成的热能进行利用。而在电路方
面整体的系统传输效率在80%左右,提高电路传输效率也是节省能源的方法之一。影响太阳能电池的吸收光谱范围的因素只要有电池材料的性质、厚度以及表
面特性。受材料禁带宽度的限制,光子必须小于一定波长才能形成电子空穴对,但是过短波长的光子会在材料表面激发载流子,但是材料表面往往是缺陷比较多的区域,所以此处激发的载流子寿命比较低,也难以在光伏发电中做出应有的贡献。所以如何加宽电池光谱的范围也是增加光电效率的一个方法,具体的方向有光谱上转换,光谱下转换,多结电池,热载流子,多重激子等,其中多结电池有如夏普公司生产的三结电池(图1-2)。通过将不同禁带宽度的材料串联排布,太阳光在穿过三层电池材料的时候不用波段的光子被不同的材料依次吸收,最高转换效率可达44。4%。