太阳对地球的影响

太阳对地球的影响（共10篇）

太阳对地球的影响 篇1

摘要：根据报导数据,对日本大地震可能引起地球质量几何的变化作数值估算.

关键词：地震,质量几何,刚体动力学

据报导,今年3月11日发生的日本大地震使太平洋底的地质构造板块之间形成400m宽的裂痕.地壳的塌陷造成地球惯性矩的变化,使地轴移动了10～15 cm.地球转速也因此加快,每昼夜缩短了1.6μs[1].报导的数据是否可靠不得而知,试以其中地球自转周期的变化数据为准,对地球质量几何的变化作大致估算.

以地心O为原点建立与地球固结的坐标系(O-xyz),z轴为地球的极轴,与沿赤道面的x轴组成含震源P在内的子午面,y轴沿子午面的法线(图1).设地震发生时,P点处有质量为m的岩体塌陷.且假设地震发生前与P点相对地轴对称的位置Q有质量相等的岩体,以保证z轴为惯性主轴.利用已知数据,地球的质量为me=5.976×1024 kg,近似视为均匀球体,其平均半径为Re=6.371×10[3] km[2].则地球绕极轴的惯性矩J为

每个恒星日的地球自转周期为T=8.641×104s,依据自转周期变化的数据ΔT=-1.6×10-6 s,其相对误差为

在动量矩守恒条件下,地球的自转角速度与绕极轴的惯性矩J成反比,亦即自转周期T与惯性矩J成正比.导出惯性矩增量为

地震位置P点的纬度为φ=38°,移动前与地轴距离为R=Re cosφ=5.02×10[3] km,地震后沿PQ方向的移动距离为ΔR,仅保留ΔR/R的一次项,计算岩体塌陷引起的惯性矩增量ΔJ

导出

利用报导的塌陷距离ΔR=400m,则岩体塌陷部分的质量为m=4.48×1017kg,即大约五百万亿吨.但与巨大的地球质量相比,仍是不足千万分之一的微不足道的小量.岩体塌陷对地球质心位置的影响极其微小,移动距离只有mΔR/me=0.03 mm.

设塌陷后岩体P移至新位置P'.由于质量分布的不对称产生惯性积Jxz.

Jxz=-(mΔR)Re sinφ=-7.02×1020kg·km[2]

地球绕极轴以角速度ωe=ωek自转时,对应的动量矩L为

其中i,k为x轴和z轴的基矢量.可看出,由于惯性积的出现,动量矩矢量L与角速度ωe不重合,矢量之间的微小夹角ε可利用矢量积求出

在动量矩守恒条件下,地球以L为轴作自由规则运动[3].将L矢量视为地球自转轴位置,沿地球表面距z轴的移动距离为Reε=0.046mm.如同时考虑地球质心位置的偏移,最大移动距离也只有0.076mm与报导中的10～15cm相差颇大.

参考文献

[1]日本强震或开启新冰川期.参考消息,2011年3月17日,第7版

[2] Rimrott FPJ.Introductory orbit dynamics.Braunschweig: Vieweg & Sohn,1989

[3]刘延柱.高等动力学.北京:高等教育出版社,2001

太阳对地球的影响 篇2

太阳对地球的影响教案

【三维目标】

1、知识与能力：识记：太阳辐射的能量来源及其对地球环境和人们生产、生活的影响；太阳活动的类型及对地球电离层、磁场和气候的影响。理解：理解太阳辐射的基本规律，太阳活动的特征。运用：太阳辐射对地球的影响；太阳活动对地球的影响。

2、过程与方法：（1）通过各种类型的地理图象，采用比较和综合分析的思维方式，引导学生从时空的角度归纳太阳辐射的纬度变化规律、时间变化规律和全球太阳辐射时空分布的特点。提高学生观察、分析问题的能力。（2）通过从具体生活、生产实例的讨论入手，分析太阳辐射、太阳活动对人类的影响，培养学生理论联系实际的能力。

3、情感态度价值观：（1）运用辨证的思想看待宇宙对地球的影响。从而形成科学的辨证的宇宙观、世界观。（2）激发学生探究关于太阳辐射、太阳活动的兴趣，培养分析地理问题的能力。（3）通过观察图片，培养学生的审美能力，陶冶学生的审美情操。【教学重点、难点】

重点：太阳辐射对地球的影响；太阳活动对地球的影响。

难点：太阳辐射影响地球大气运动和水循环；太阳活动对地球电离层和磁场的影响。【教学方法】

1、教学方法：采用自主学习、探究学习、合作学习的方式，课堂中充分突出学生的主体地位，以小组讨论、分组发言、扮演角色的方式解决问题、进行教学。

【教学过程】

(先介绍角色的安排，分专家组，陈述组，群众组)（板书）太阳对地球的影响

（引入）在宇宙中，太阳是地球相依的非常重要的一颗恒星，它的光和热是地球上人类赖以生存和活动的源泉，即为地球提供能量，我们知道“万物生长靠太阳”，太阳孕育了地球上的生物。那么，太阳对地球产生了怎样的影响呢？本节课我们主要从太阳辐射和太阳活动对地球两方面的影响来学习。

（过渡）首先我们先来学习太阳的概况，请陈述组选一代表从组成成分，表面温度，体积，质量等角度给我们简述下太阳的概况。（板书）一，太阳辐射对地球的影响

1、太阳概况 老师补充太阳概况的资料:（过渡）自然界中的物体，都以电磁波的形式时刻不停地向外传送能量，太阳源源不断的以电磁波的形式向四周放射能量，我们称为太阳辐射，太阳电磁波包括x射线、γ射线、红外线、可见光、紫外线，它们的波长不同，特性和作用也有很大的差异。太阳辐射的能量主要集中在可见光区，他的能量是巨大的，据计算，每分钟太阳辐射到达地球的能量相当于燃烧4亿吨煤产生的热量。

（学生活动）思考太阳能产生这么大的能量，那这些能量来源是什么？请专家组代表回答。（板书）2，太阳能量的来源 老师补充

（过渡）虽然太阳能量到达地球不过是他的22亿分之一，但对地球的影响却是不可估量的。请同学根据所收集的材料，用例子来说明太阳辐射对地球的影响。（板书）3，太阳辐射对地球的影响

（学生活动）由两个群众方阵来回答，互相比赛。

（板书）a、太阳辐射是维持地表温度，促进地球上的水，大气，生物活动和变化的主要动力，即是地理环境的动力来源，如大气环流，洋流 b、太阳辐射能是我们日常生活和生产的能量来源

（总结）老师对发言进行分类总结，太阳辐射对地球的影响既有有利的一面，也有不利的一面，既有直接影响，也有间接影响，说明同一事物的两面性，对学生进行情感态度，价值观的教育。

（迁移）太阳能是取之不尽，用之不竭的清洁能源，在地球上煤、石油等矿物燃料逐渐面临枯竭的条件下，如何开发利用太阳能就摆在我们面前了，请同学们自由发言你对太阳能利用设想。（承接）太阳辐射在地球上的分布并不均匀的，具有差异性

（学生活动）请同学们分析课本图1.8 图1.9，由专家组成员选派代表回答问题。老师补充大气上界的概念

（迁移）为什么我国太阳年辐射总量分布不遵循这条规律，分析原因

影响太阳辐射分布的因素除了包括纬度位置，还有气候状况（沙漠地区多的原因）和地势影响（青藏高原区最多的原因）。

（承接）我们所看到的太阳看上去很平静，我们感觉不到其有什么变化，但其实它时刻在发展变化着，并且这种变化有时很剧烈，这些变化我们称之为太阳活动。（板书）

二、太阳活动对地球的影响

（学生活动）请陈述组派一代表简述太阳大气结构，各层概况，归纳太阳活动的主要类型（板书）

1、太阳大气的结构（板书）

2、太阳活动的主要类型 老师归纳总结

（学生活动）请专家组代表回答活动题问题

（过渡）“上看天，下看地，天地之间有联系”。太阳虽然离我们很远,但太阳活动对地球的影响在一定程度上还是很大的，太阳活动使地球所接受到的太阳辐射有一些微小变化，但可能会对地理环境和人类活动造成重大的影响。

（学生活动）请群众组一起举例说明太阳活动对地球的影响（两个方阵比赛回答）（板书）

3、太阳活动对地球的影响 老师对发言进行分类总结

耀斑爆发发射的电磁波影响无线电短波通讯 带电粒子流——磁暴、极光黑子——降水 太阳活动对地球的影响既有有利的一方面，也有不利的一方面。

（总结）由于太阳活动对地球的影响很大，所以世界各国都十分重视对太阳活动的观测和预报，我国观测记录太阳黑子的变化的历史久远，古代史书上就有关于太阳黑子的记载，如公元前28年，有记载曰“三月乙未，日出黄，有黑气大如钱，居日中”面对太阳活动对地球的影响，我国有关部门也 观测和预报，力图把太阳活动可能造成的不利的影响降到最低程度。课堂练习

【板书设计】

一、太阳辐射与地球

1，太阳的概况 2，太阳辐射的概念 3，太阳辐射的能量来源 4，太阳辐射对地球的影响

太阳风暴对地球影响有多大? 篇3

太阳风暴指太阳在黑子活动高峰阶段产生的剧烈爆发活动。爆发时释放大量带电粒子所形成的高速粒子流，严重影响地球的空间环境，破坏臭氧层，干扰无线通信，对人体健康也有一定的危害。

空间天气和人类关系密切，太阳风暴可能对高度信息化的人类社会以灾难性打击。首当其冲的受害者是人造卫星。2000年7月14日，日本的“宇宙学和天体物理高新卫星”(ASCA)在太阳风暴中失去能源，姿态失控，几个月后便坠入了大气层。在几个小时内，太阳风暴就能使人造卫星的寿命缩短大约两年。因为带电粒子会侵蚀卫星的太阳能电池板，同时它还会在电路中引发错误的指令，或者造成放电等卫星故障。此外，太阳风暴能量的注入会使得地球大气层膨胀，增加了低轨卫星的大气阻尼，让它们提早坠落。

接下来毁坏的是供电系统。1989年3月13日，加拿大魁北克省有600万人在没有电力的情况下度过了9个小时，因为太阳风暴毁坏了电网中的变压器。侵入的等离子体会造成地球磁场的快速变化，变化的磁场在电网中诱导产生电流。但是电_网的设计无法应付这些直流电，于是最大的危险就会出现在电网中造价高昂且难于更换的变压器上。不断上升的直流电会产生强磁场，它会使得不堪重负的变压器磁核饱和，其结果就是变压器的铜线升温熔化。

太阳风暴还会影响GPS的无线电信号。它不仅会干扰传播信号的电离层，还会产生额外的噪音信号。在2003年万圣节的太阳风暴中，除了民航客机的导航系统受到影响，太阳风暴中的高能粒子还干扰了飞机的无线电通讯。特别是对于高纬度地区的航线，由于地球磁场的保护作用较弱，太阳风暴甚至会使得航班改变航线达数天之久。

太阳每隔11年就会进入一次活动高峰年，会向外面抛出很多物质，就像‘打喷嚏’一样，这让离它1.5亿万千米的地球也“感冒”。其实太阳风暴对人类的影响一直存在，只是近年来随着科学技术的发展，人类建立的高技术系统规模越来越大，对这些系统的依赖程度越来越高。然而，这些系统对于周围环境的变化也越来越敏感，因而技术系统的灾害事件对人类社会影响的程度也会越来越大。目前来看，对于太阳爆发活动敏感的高技术系统主要有：航天、通信、导航、电网、输油管道等系统。

但是太阳风暴对地球的影响并非那么“耸人听闻”。太阳风暴的影响主要集中在外太空，而由于地球磁场和大气层的阻挡效应，生活在地球上并不会因此受到过于明显的干扰。专家们表示，当太阳风暴活动活跃时，黑子不断燃烧、爆炸，期间释放的大量紫外线会使地球上空的电离层浓度突然增加，吸收掉短波的能量，从而造成对短波无线电信号的干扰。但日常生活中人们使用的手机，包括部分无线电都不通过电离层传播信号，因此一般的太阳风暴对地球表面的通信影响不会太大。理论上，一般的太阳风暴强度还不至于冲破地球大气和磁场的保护，对地球上的现存物种构成致命威胁。(文章代码：101609)

太阳耀斑对短波通讯的影响 篇4

关键词：太阳耀斑,特点,短波通讯,影响

1 太阳耀斑的特点

太阳活动是太阳大气层里一切活动现象的总称, 主要包括有太阳黑子、光斑、谱斑、耀斑、日珥和日冕瞬变事件等。太阳耀斑 (Solar flare) 是一种最剧烈的太阳活动, 由太阳大气中的电磁过程引起, 时烈时弱, 平均以11年为一周期。一般认为发生在色球层中, 所以也叫“色球爆发”, 色球耀斑按面积分为4级, 由1级至4级逐渐增强, 小于1级的称亚耀斑。耀斑的显著特征是辐射的品种繁多, 不仅有可见光, 还有射电波、紫外线、红外线、X射线和伽玛射线等。耀斑对地球空间环境会造成很大影响, 耀斑爆发时, 发出大量的高能粒子到达地球轨道附近, 将与大气分子发生剧烈碰撞, 破坏电离层, 使电离层失去反射无线电电波的功能, 使得部分或全部短波无线电波被吸收掉、短波衰弱甚至完全中断。

太阳耀斑是太阳上一种强烈的、短暂的能量释放过程。从地面光学观测来看, 耀斑是太阳表面亮度增强的区域;从X射线和射电辐射观测来看, 耀斑是一种噪声爆发。它们一般持续几分钟到几个小时。

X射线耀斑分级不同于色球耀斑。根据耀斑产生的X射线辐射强度, 科学家将耀斑分成A、B、C、M、X五个级别, 每个级别中又划分10个等级, 逢10晋级。一般地球上观测到的弱耀斑是C级, M级主要是大耀斑, 而X级则是极大耀斑。在每个太阳活动高峰期, 都会产生10个左右X9级以上的极大耀斑。而它们所抛射的高能粒子与日冕物质通常都会造成一些重大损失, 如卫星使用寿命变短、甚至损坏, 有时一些超级太阳风暴掠过地球时, 会与地球磁场发生磁重联—将地球磁场完全“撕开”, 几天后才可恢复。

2 太阳耀斑对短波通讯的影响

太阳耀斑的爆发会影响到地球上的许多活动, 比如会引发干旱、洪涝、地震等自然灾害, 也会对通讯网络、电网等产生干扰, 对短波通讯的影响尤为严重。电离层骚扰的时间常为几分钟至几小时, 有时甚至持续几天。2011年2月15日上午10点左右, 太阳黑子活动区爆发了一次X2.2级耀斑, 此次太阳耀斑级别仅为2003年第23太阳活动周期峰值的一半, 伴随有显著的太阳风暴事件, 耀斑的爆发引起我国上空的电离层突然受到骚扰, 对短波通讯、导航定位和电力部门带来一定的影响。

中短波广播信号基本靠电离层的反射进行传播, 当太阳表面突然发生强烈闪光时, 辐射出大量的带电微粒, 它使地球的磁场发生急剧的变化 (称磁暴) , 同时电离层的构造也遭到破坏, 作为短波反射的F2层 (电离层从低到高可以分为D层, E层, F1层, F2层) 受影响最大, 电子浓度减少, 等效高度增加。电离层反射电波的能力与频率的波长有关。频率越低 (如中波以下频段) , 波长越长, 电离层对其吸收越强;频率越高 (如甚高频以上) , 波长越短, 电离层的电子密度不足以反射电磁波, 电波将穿透电离层, 无法得到反射传播。

2011年发生的太阳耀斑, 对短波通讯造成的影响如下:从上午10点开始, 太阳耀斑爆发的带电微粒到达地球电离层, 使得电离层的构造遭到破坏, 电子浓度逐渐减少, 广播信号频率从低到高逐渐得不到反射, 最严重时15MHz以下的频段全部无法收听, 收测均为0分, 15MHz以上的偶尔能收到, 从频谱上看, 15MHz以下无任何明显的载波频率, 15MHz以上只有少数信号较强的载波, 当时的广播播出情况受到较为严重的影响;10点07分带电微粒开始减弱, 电离层电子浓度逐渐增加, 广播信号由高频段到低频段逐渐恢复正常;到10点20分干扰结束, 所有频率恢复正常收听。

与短波通信相比较, 卫星通信反而是受耀斑影响最小的。太阳耀斑对静止轨道通信卫星的影响可以大致分成两个部分, 对卫星通信的影响和对卫星本身的影响。通常情况, 频率越低受太阳耀斑的影响也越大, 而卫星通信的频率相当高, 所以受影响最小。而且重要卫星业务都采用多种传输途径, 如其它卫星或地面网络, 所以太阳耀斑一般对电视信号接收不会造成明显影响, 更不会影响节目传输。

3 小结

第二节 太阳对地球的影响教案 篇5

1.知识与技能 ①了解太阳能量来源及其对地球的影响。②太阳活动的主要类型及其对地球的影响。③理解太阳辐射的基本规律，太阳活动的特征。2.过程与方法 ①通过从具体生活、生产实例的讨论入手，分析太阳辐射、太阳活动对人类的影响，培养学生理论联系实际的能力。②分析图片形成直观认识，提高学习兴趣。③参与探究活动，利用图表分析法初步掌握三维空间分布图的判读。

3.情感态度与价值观 ①运用辨证的思想看待宇宙对地球的影响。从而形成科学的辨证的宇宙观、世界观。②激发学生探究关于太阳辐射、太阳活动的兴趣，培养分析地理问题的能力。

教学重点： 1.太阳辐射对地球的影响。2.太阳活动对地球的影响。教学难点：太阳活动对地球的影响。

教学方法：图表分析法、探究讨论法、合作学习法 课时：2课时

教学过程：第1课时：

【导入新课】地球是太阳系中一颗既普通又特殊的行星，在太阳系中,太阳位于最高的地位,它的任何一次”动作”都会影响到八大行星。今天我们就来看看太阳和地球间的关系。

（板书）第二节 太阳辐射对地球的影响（板书）

一、为地球提供能量

【推进新课】(教师讲述后羿射日的故事)后羿为什么要射日? 太阳会使我们的地球这么热，它的温度有多高？太阳的能量以什么形式向四周放射,到达地球的多吗?（布臵学生阅读课本,回答）（教师)首先了解一下太阳的概况：特点、物质组成（板书）

1、太阳的概况

太阳在宇宙中是银河系的一颗普通恒星，与其他恒星一样是一颗巨大、炽热的气体星球，主要成分是氢和氦，表面温度约为6000K，它能发光、发热，把能量射向宇宙空间，包括我们地球。自然界中的物体，都以电磁波的形式时刻不停地向外传送能量，太阳源源不断的以电磁波的形式向四周放射能量，我们称为太阳辐射。

（板书）

2、太阳辐射

太阳电磁波包括x射线、γ射线、红外线、可见光、紫外线，它们的波长不同，特性和作用也有很大的差异。太阳辐射的能量主要集中在可见光区，他的能量是巨大的，据计算，每分钟太阳辐射到达地球的能量相当于燃烧4亿吨煤产生的热量。

【思考、提问】太阳能产生这么大的能量，那这些能量来源是什么？（阅读课本资料）

（板书)

3、太阳的能量来源（教师总结）太阳辐射能量来源于太阳内部的核聚变反应。太阳内部在高温、高压的环境下，4个氢原子核经过一连串的聚变，变成1个氦原子核。在聚变过程中，原子核质量出现亏损，其亏损的质量转化成了能量。太阳每秒钟由于核聚变而损耗的质量，大约为400万吨。在过去的50亿年的漫长时间里，太阳因核聚变损耗的质量是它本身质量的0.03％。目前，太阳正处于稳定的旺盛时期。【提问】在神话故事中，后羿射到了几个太阳呢?（9个）为什么还要留下一个太阳呢? 如果没有太阳,地球会怎样呢? 请结合生活中的事例来谈谈太阳辐射对地球的影响。

（板书）

4、太阳辐射对地球的影响

①、太阳直接为地球提供光和热，促进生物的生长发育。

②、太阳辐射是维持地表温度，促进地球上的水，大气，生物活动和变化的主要动力。

③、太阳能被地质历史时期生物固定积累以后形成现在作为工业主要能源的煤、石油等矿物燃料。

④、太阳辐射能是人类日常生活和生产所用的太阳灶、太阳能热水器、太阳能电站的主要能量来源。

【转承】太阳为地球提供能量，但是太阳辐射在地球上的分布并不均匀的，具有差异性。下面我们进一步了解太阳辐射的分布规律。（请同学们对比分析课本图1.8、图1.9，完成活动题。）

【活动】

1、到达大气上界太阳辐射的分布有什么规律？

2、热带雨林和亚寒带针叶林生物量有什么差异？

3、问题（1）和（2）的结论有没有相关性？

4、描述这两个地区的自然景观差异。结果：

1、太阳辐射由低纬向高纬递减。

2、热带雨林的生物量远远大于亚寒带针叶林生物量

3、正相关。生物量与太阳辐射量呈正相关，后者决定前者。低纬度地区太阳辐射量大，热带雨林植物生长旺盛，生物量大。中高纬度地区太阳辐射量相对较小，植物生长比较缓慢，生物量相对较小。太阳辐射量的大小，在一定程度上决定了植被的生长情况，植被的生长情况又是对不同地理环境的反映。

4、从景观图上看，热带雨林地区森林更茂密，叶阔，树冠较大。亚寒带针叶林地区森林中植被密度相对较小，针叶，树冠小。（板书）

5、太阳辐射的分布规律

【总结】总的来说，由于太阳直射点在南北回归线之间来回移动，因此，太阳辐射的纬度分布具有由赤道向两极递减的规律，景观也随之变化。对地球的影响：造成了全球不同纬度的热量差异。

【设问】为什么我国太阳年辐射总量分布不遵循这条规律，分析原因

影响太阳辐射分布的因素除了包括纬度位臵，还有气候状况（沙漠地区多的原因）和地势影响（青藏高原区最多的原因）。第2课时：

太阳对整个地球都有影响，而且大部分都是较缓和和正面的，但有时太阳对我们的影响会比较剧烈并且会影响我们的正常的生活甚至军事活动等。

【资料】第四次中东战争期间，埃及的雷达受到奇怪的干扰，这种干扰只出现在白天且干扰的方向与太阳活动方向一致，埃及随即受到以色列飞机的狂轰滥炸并失去西奈半岛。埃及受到的干扰来自哪里？（太阳活动）为什么？要了解个中缘由，我们首先需要了解太阳大气层的结构。（板书）

二、太阳活动对地球的影响（板书)

1、太阳大气层的结构

太阳的结构，从里到外分别光球层、色球层和日冕层。

【提问】大家仔细地观察图1.10 太阳大气层的结构（课件展示图片），分别说出光球、色球、日冕三层的位臵和特点。（板书）

2、太阳大气及特点

光球是用肉眼可以直接观测的太阳表面，厚度约500千米，温度大约为6000K，地球上接收到的太阳光基本上是由光球发射出来到。

色球位于光球外部，呈玫瑰色，厚度约几千千米，温度大约为几万摄氏度，它发出的可见光不及光球的千分之一，只有在日全食时或用特殊的望远镜才能看到。

日冕是太阳大气的最外层，可以延伸到几个太阳半径，甚至更远，温度超过百万摄氏度。它的亮度仅为光秋的百万分之一，只有在日全食时或用特殊的日冕仪才能看到。日冕里的物质更加稀薄，它还会向外膨胀运动，并使得热电离气体粒子连续地从太阳向外流出而形成太阳风。其实太阳的大气是不稳定的，它经常会发生大规模的运动，我们称为太阳活动。其类型较多，有太阳黑子、耀斑、太阳风等等。在色球层还存在着一种太阳活动——日珥。人们有时能够看到色球许多腾起的火焰，这就是天文上所谓的“日珥”。日珥是迅速变化着的活动现象，依次完整的日珥过程一般为几十分钟。同时，日珥的形状也可说是千姿百态，有的如浮云烟雾，有的似飞瀑喷泉，有的好似一弯拱桥，也有的酷似团团草丛。在这里我们主要介绍黑子和耀斑，它们是太阳活动的重要标志。(板书)

3、太阳活动及类型

太阳光球常出现一些暗黑的斑点叫做太阳黑子，一般是出现在光球层表面。黑子并不黑，只是因为黑子的温度比光球层其他地方低，所以显得暗一些。所以，黑子的特点是：光球表面出现的黑斑点温度偏低略显黯淡。根据长期的观察和记录，太阳黑子有的年份多，有的年份少，其变化的周期大约为11年。

耀斑是色球的某些区域有时会突然出现大而亮的斑块，又叫做色球爆发。耀斑爆发从开始到高潮，大约只需要几分钟至几十分钟。然而，就在这段时间内，释放出相当于10亿吨氢弹爆炸产生的能量，其中包括很强的无线电波，大量的紫外线、X射线、γ射线，以及高能带电粒子,对地球产生很大的影响。耀斑活动的周期大约也是11年。通常，黑子数目最多的地方和时期，也是耀斑等其他形式的太阳活动出现频繁的地方和时期。耀斑随黑子的变化同步起落，体现了太阳活动的整体性。

【提问】阅读课本11页，找出太阳活动对地球的影响。(板书)

4、太阳活动对地球的影响 【精讲】主要有三大影响：（1）对地球电离层的影响。耀斑爆发时发射的电磁波进入地球大气层，会引起电离层的扰动。此时在电离层传播的无线电短波信号会被部分或全部吸收，从而导致通讯衰减或中断。例如，1989年3月发生的几十个强烈耀斑活动，引起短波通讯15次突然中断，24次全部中断。（2）对地球磁场的影响。地球上存在着磁场。当太阳活动增强时，太阳大气抛出的带电粒子流，能使地球磁场受到扰动，产生“磁暴”现象，使磁针剧烈颤动，不能正确指示方向。（3）如果太阳大气抛出的高能带电粒子高速冲进两极的高空大气，并与那里的稀薄大气相互碰撞，还会出现美丽的极光。另外，近几十年的研究表明，地球上许多自然灾害的发生与太阳活动有关，如地震、水旱灾害等等。由于太阳活动对地球的影响很大，世界各国都十分重视对太阳活动的观测和预报，以便有关部门及早作好准备，把太阳活动可能造成的不利影响减小到最低程度。

学习了太阳活动对地球的影响之后，我们再回头来看开始的那个问题：埃及受到的干扰来自哪里？为什么？ 影响埃及的干扰属于磁暴现象，由太阳活动带来大量电子引起的，并有可能引起极光、通信中断等。这都是带电粒子闯进电离层引起的。

【总结】太阳辐射为地球环境、为人类活动提供了最主要的能量来源，太阳辐射的纬度差异也造成了地表景观的多样性。而太阳活动则不同程度的对人类活动和地理环境造成影响。那是不是说太阳辐射就是好的，越多越好，而太阳活动就是不好的呢？太阳辐射也有负面影响，如紫外线造成皮肤癌等。太阳活动也有好处。在宇宙的万物中，都是如此。有利就有弊，有弊亦有利。无论什么事物，我们都应该运用辨正的眼光去看待！

板书设计 第二节 太阳对地球的影响

一、为地球提供能量

1、太阳的概况

2、太阳辐射

3、太阳的能量来源

4、太阳辐射对地球的影响

5、太阳辐射的分布规律

二、太阳活动影响地球

1、太阳大气层的结构

2、太阳大气及特点

3、太阳活动及类型

太阳对地球的影响 篇6

1 太阳能光伏电池的发展阶段

1.1 太阳能光伏电池的初始阶段

太阳能光伏电池的第一代产品是利用单晶元素的光电效应进行电能的转换, 这一时期太阳能光伏电池主要以单晶硅、砷化镓晶体、多晶硅为主, 光电转换效率在15%左右, 寿命在20左右。

1.2 太阳能光伏电池的发展阶段

太阳能光伏电池的第二代产品以薄面光电材料为主, 一般采用在基底上喷涂微米量级的光电转换材料, 这时期太阳能光伏电池的发展重点在于商业化。因此, 在成本上较为低廉, 但是光电转换效率不高, 长期徘徊在18%±3%的范围内。

1.3 太阳能光伏电池的成熟阶段

太阳能光伏电池的第三代产品以光谱的全利用为设计思想, 通过多层薄膜材料以叠加的结构进行功能重构, 达到充分利用和转换光能的作用。第三代太阳能光伏电池可以实现对红外光谱和紫外光谱的吸收, 太阳能光伏电池的光电转换效率可以达到60%, 是太阳能光伏电池商用和新型太阳能光伏电站建设的主要材料。

2 太阳能光伏电站的运行特点

2.1 太阳能光伏发电的时间较长

太阳能光伏电站是属于敏感性发电, 只要阳光照度>15~20 W/m2时就会进入发电状态, 因此, 即便在阴天、清晨和傍晚的情况下太阳能光伏电池也会产生电能, 这使得太阳能光伏电站的工作时间明显长于热发电方式。

2.2 太阳能光伏电站的温度波动性较大

太阳能光伏电站依靠光电效应产生电能, 同时太阳能光伏电池还存在较为明显的温度效应。因此, 在太阳照射最强烈的中午会因太阳能光伏电池的升温而造成发电负荷的降低, 并且这一现象会持续很久, 影响太阳能光伏电站的运行。

3 影响太阳能光伏电池光电转换效率的因素

3.1 气象环境因素对太阳能光伏电池光电转换效率的影响

太阳能光伏电池长期暴露在自然环境中, 风雨雷电等因素都会对太阳能光伏电池产生影响, 光照、风力、温度等都会形成对太阳能光伏电池光电转换效率的改变, 有些因素甚至能造成太阳能光伏电池功能和结构的损坏, 应在太阳能光伏电厂和电站设计工作时积极开展气象和环境监测。

3.2 太阳能光伏电池板倾角对光电转换效率的影响

太阳能光伏电池板需要以最佳的角度吸收阳光, 这样才能真正起到提高光电转换效率的作用, 在不同季节、不同地理位置、不同日照条件下, 太阳能光伏电池板的角度也会有很大的变化, 要根据季节、经纬度和日照时间的变化积极调整太阳能光伏电池板的倾角。

3.3 太阳能光伏电池表面清洁度对光电转换效率的影响

太阳能光伏电池表面清洁用清洁系数表示, 根据经验太阳能光伏电池表面如果间隔3 d没有清洁, 那么表面清洁系数就会有0.01的下降, 并且随着污物的增多产生静电效应, 影响太阳能光伏电池的光电转换。

4 太阳能光伏电站设计中应注意的要点

4.1 气象环境因素的确定

应在太阳能光伏电站的设计中重点考虑气象环境因素, 建立太阳能光伏电站的气象环境设备, 确保气象环境仪器设备的功能, 对影响太阳能光伏电站运行的特殊天候进行严密监控, 发挥气象环境的预报作用, 在确保太阳能光伏电站稳定的同时, 实现太阳能光伏电池的高效率运行。

4.2 太阳能光伏电池最佳倾角的确定

要根据太阳能光伏电站的地理位置和每天的辐照值绘制太阳能光伏电池的光电转换曲线, 在通过计算太阳高度角确定太阳能光伏电池倾角, 通过计算机编程调节太阳能光伏电池的倾角, 提高太阳能光伏电池的光电转换效率。

4.3 太阳能光伏电池表面清洁频率的确定

太阳能光伏电站在设计初期需要对太阳能光伏电池在环境中受到污染的情况进行了解, 确定污染物沾染太阳能光伏电池表面的情况, 特别注意大风、强对流和沙尘暴天气对太阳能光伏电池表面的影响, 再根据当地人工成本确定太阳能光伏电池的清洁频率。在我国北方太阳能光伏电池清洁频率以7 d为周期, 在南方太阳能光伏电池清洁周期可以延长到10~14 d。

4.4 太阳能光伏电站的经济性

在太阳能光伏电站的设计过程中要重点考虑太阳能光伏电站的经济性, 要防止重复建设问题的出现, 设计工作中要有适当的超前意识, 要放眼于区域经济未来的发展和光伏企业的规模效应, 合理确定太阳能光伏电站的规模和数量。

太阳对地球的影响 篇7

一、玻璃对组件功率的影响

光从组件表面到硅体内首先经过玻璃。普通钢化玻璃的透射率为92%左右, 目前市场上已推出具有增透膜的镀膜玻璃, 透射率可高达96%。

实验过程:使用相同效率17%的电池, 除玻璃不同外其余原材料相同完全。正常生产25块镀膜玻璃和25块非镀膜玻璃组件。

经过相同的芬兰模拟仪进行功率测试。

从 (图一) 中可以看出, 非镀膜玻璃的平均功率为234.5W, 镀膜玻璃的平均功率为246.2W。镀膜玻璃一般可提高组件1.09%的输出功率增益, 但其长期稳定性和可靠性需要进一步的研究。在电池和其他辅材不变的情况下, 使用透射率高的钢化玻璃, 组件的输出功率增大, 封装损失减小。

二、EVA对组件功率的影响

EVA (乙烯-醋酸乙烯聚合酯) 用于粘结钢化玻璃、电池和背板, 由于它是紫外不稳定的, 约占太阳光6%的紫外线长时间的照射可造成EVA胶膜的老化、龟裂、变黄, 继而降低其透光率, 因此有些厂家的EVA中会添加抗紫外剂, 这样就会引起EVA在短波段的透射率的下降。

太阳光的强度分布:0.7nm-280nm不易到达地球, 280nm-400nm为UV紫外光, 400nm-750nm为可见光, 750nm-3000nm为红外线。目前接触到的EVA当中, (福斯特F406属于低截止紫外产品) 其他厂家的UV截止波长均在360nm-380nm, 本身对紫外光有一定的截止。EVA的UV截止主要靠EVA本身的紫外吸收剂吸收紫外光并转换成热能并散发出去。EVA本身变黄的部分为内部的耦合剂、抗氧化剂、架桥剂等发生质变。但本身的紫外吸收剂的寿命为多少没有详细的数据。

另外, 有公司提出使用化学性质稳定、耐紫外、透射率高的透明硅胶做为组件的密封胶, 可以有效避免密封胶黄化和电池不能接受到短波长光线的问题。

三、背板对组件功率的影响

背板位于太阳能电池板的背面, 对电池片起保护和支撑作用, 具有可靠的绝缘性、阻水性、耐老化性。 (一般都用TPT、TPE等) 太阳能背材又称TPT材料, 由三层结构组成, 外层是T薄膜, 中间层P薄膜, T与P之间用胶水粘结。其中T表示聚氟乙烯薄膜 (PVF) , 厚度一般在37um左右, 该层是用作太阳能电池封装材料的主要层, 其作用就是耐气候、抗UV紫外、耐老化、不感光等;P表示聚酯薄膜, 厚度一般为250um, 主要的作用及功能是水气阻隔性、电气绝缘性、尺寸稳定性, 易加工性及耐撕裂性等。

背板的反光率的大小对组件的输出功率会造成影响, 根据组件的设计不同, 电池片之间的缝隙会将太阳光反射回玻璃上, 通过的玻璃的折射反射到电池片上增加组件的输出功率。

四、焊带对组件功率的影响

(一) 目前市场的焊带主要分为含银和无银焊带。其中含银焊带除价格昂贵外有自己的优势:

1. 增加焊锡与被焊接金属的冶金结合度。焊接后机械强度、导电性会更好。

2. 加银之后, 三元合金的熔点比二元合金的熔点还要低一些, 其可焊性, 流动性有所提高

3. 电阻率会有所降低, 耐高温的性能提高。

(二) 焊带电阻主要由焊带本身的尺寸规格和铜基材的材质决定, 表面涂锡层的成分不会明显影响焊带电阻。

增加焊带宽度或者厚度, 能降低焊带电阻。这种改善无论是对于传统的焊接方式, 还是新型的导电银胶或者导电胶带连接等低温连接方式, 都能起到同样作用。但宽于正面电极宽度的焊带会遮挡入射光, 引起电流损耗。我们推荐在不影响碎片率的前提下, 使用较厚的焊带。

(三) 太阳能电池被焊带覆盖部分无法吸收太阳光,

某些焊带公司推出了反光焊带, 焊带的正面镀银并压延出纵向沟槽状结构, 这种结构能将入射到焊带上的光线以一定角度反射到组件的玻璃层内表面, 在玻璃-空气界面上全反射后投射回电池表面。捕捉到的光能让组件产生额外增加的功率, 理论上可以提高组件效率2%左右。

五、结论

降低组件功率的损失是太阳能行业追逐的目标, 通过对现使用的组件原材料进行改善, 工艺创新, 最终减少组件功率的损失。

目前有些公司采用电流分档或功率分档。因为分档间距不同会对比材料改进增加的组件功率与增加的成本。在两者之间进行最终成本的对比、分析, 在一定范围功率内有没有必要再进行功率的提升, 这也是组件生产商要考虑的问题。

参考文献

[1]张光春.硅片质量对太阳电池性能的影响.中国太阳能光伏, 2009.1.

太阳对地球的影响 篇8

1. 坡向与正午太阳辐射的关系。

阳坡获得太阳辐射量的角度α等于正午太阳高度Η与坡度角的和。阴坡获得太阳辐射量的角度α等于正午太阳高度Η与坡度角的差, 如图1。由于坡向与太阳辐射的关系, 阳坡的辐射量大于阴坡。

2. 坡度与正午太阳辐射的关系。

阳坡获得太阳辐射量的角度α等于90°时辐射量最大, 阴坡获得太阳辐射量的角度α等于坡度角时, 辐射量最小, 为0, 如图2。随着坡度角度大小的改变, 坡面上获得的太阳辐射量也产生变化。阳坡随坡度的增加辐射量增大, 然后随坡度的增加减小, 如图3。阴坡随坡度的增加辐射量减小, 如图4。

二、理清几何关系的变化

不同的纬度, 正午太阳高度角不同, 因阳坡获得的太阳辐射量都大于阴坡。所以纬度越高, 阴阳坡所受到的太阳辐射差别越大, 坡向的影响加大。不同的季节, 正午太阳高度角不同, 坡向获的的太阳辐射随之发生变化。夏半年, 因正午太阳高度角大, 地形对正午太阳辐射的影响小, 阳坡、阴坡所受到的太阳直接辐射差别小, 冬半年则差别大, 如图5。

三、几何关系的应用

典型例题1:[09安徽卷]图6表示27°N某地坡向 (坡度为10°) 对地表获得太阳辐射的影响, 纵坐标表示该地坡面与地平面获得太阳辐射量的比值 (仅考虑地球运动和地形因素) 。完成27-28题。

27.该地坡向对地面获得太阳辐射影响最大的季节是 ()

A.春季;B.夏季;C.秋季;D.冬季

28.若坡度从10°增大到15°, 则a点的数值将 ()

A.增大B.减小

C.先减小后增大D.先增大后减小

【解析】27题:从图中可以看出, 夏季不同的坡向获得的太阳辐射差异小, 说明坡向对地面获得的太阳辐射影响小;冬季, 南坡与北坡获得的太阳辐射差异大, 说明:坡向对地面获得的太阳辐射影响大。

28题:a点的坡向为正南, 可以判断为正午时获得的太阳辐射, 坡度愈大, 入射角 (太阳高度角愈大) , 坡面获取的太阳辐射就越多。答案为A。

典型例题2:图中的 (1) (2) 和 (3) (4) 分别是甲、乙两山地在冬至日南、北坡不同坡度所接受到的太阳直接辐射量随时间的变化图 (图中实线代表等太阳辐射量线) 。读图回答1-2题。 (注:黄赤交角取23°26′)

1. 图中序号代表的坡向正确的是 ()

A. (1) (3) 表示南坡B. (2) (4) 表示南坡

C. (2) (3) 表示北坡D. (1) (4) 表示北坡

2. 图中a、b的值分别为 ()

A.16°48′, 55°26′B.18°20′, 55°26′C.18°20′, 56°34’D.16°48′, 56°34′解析:1.甲乙两山地同在北半球中纬度地区, 南坡向阳, 总体接受太阳辐射多于北坡。因而甲山 (2) 坡为南坡, 乙山 (4) 坡为南坡。

2.a点的正午太阳辐射量为0, 说明坡向与正午太阳光线平行, 即正午太阳高度角等于坡度, 代入公式计算:H=90°-49°46′-23°26′=16°48′。b点的是向阳山坡, 正午太阳辐射量最大, 说明坡度与太阳光线垂直, 地表获得的热量和周围的坡面相比是最多的。因而其坡度与正午太阳高度角是余角。计算:H=90°-32°-23°26′坡度为55°26′。

太阳对地球的影响 篇9

HIT型太阳能电池由日本的三洋公司于1990年开始研究［１］,其基本结构与传统的异质结太阳能电池的区别在于:在非晶硅窗口层与晶体硅吸收层之间插入了没有掺杂的本征非晶层,起到钝化界面的效果,极大地改善了异质结界面,提高了太阳能电池的效率［２－３］。晶体硅太阳能电池技术成熟、效率较高。但其制造成本较高,硅晶片的成本就占电池组件的一半以上［４］,并且其扩散pn结的温度高达900℃,易造成晶片的损伤。非晶硅太阳能电池,制造成本较晶体硅廉价很多,并且其光吸收系数高于晶体硅,所以减少电池的厚度就可以达到同样的光吸收效果,减少了硅材料的使用,也就进一步降低了电池成本。并且商业生产过程中,非晶硅太阳能电池可以大面积进行低温沉积［５］,但是在强光照条件下其会发生光致衰退效应,使得电池效率严重下降。a-Si/c-Si异质结太阳能电池,集成了晶体硅太阳能电池的高效率与非晶硅太阳能电池的低成本、高吸收系数的优点,并且可以在200℃左右进行沉积,减少了电池的制造成本,易于在制造工艺上对电池进行优化。但是异质结太阳能电池的界面质量严重制约着电池性能,所以在n型非晶硅与p型衬底之间插入本征氢化非晶硅可以降低界面对电池性能的影响。背场可减少载流子在被表面的复合,虽然重掺杂的非晶硅和微晶硅都可以起到背反作用,但是微晶硅较非晶硅掺杂三价的硼元素要更容易,所以我们选微晶硅作为背场。综上,所以本文采用a-Si:H(n)/a-Si:H(i)/c-Si(p)/μc-Si(p+)的电池结构来进行研究。

能带匹配对于太阳能电池是非常重要的。由于材料制造工艺以及掺杂的不同会导致电池某一层的带宽发生变化,进而能带图发生变化;而电池材料的电子亲和势与禁带宽度的变化又会导致能带补偿发生变化,也会使得能带图发生变化。而能带图的变化势必会引起两种载流子的输运的改变,从而导致电池性能的变化。国内外现在对此问题的研究比较少,并且在此问题上研究的还不够深刻和全面［２，３，６－９］。所以分析透明导电氧化膜(TCO)的功函数与n型非晶硅的匹配、非晶硅与晶体硅的带隙匹配以及能带补偿分配在导带与价带之间的分配、背场附近不同导带与价带能带补偿分配对电池性能的影响就显得非常有必要。

1 电池结构模型

电池的陷光结构有利于提高太阳能电池的效率,为此电池的外部与内部均采用陷光结构。对于TCO我们设计为如图1中所示的金字塔形的陷光表面,使太阳光在TCO表面可以进行多次反射,减少光的损失,这里我们设置TCO为ZnO材料。层与层间的内部陷光结构可以增强光在电池内的吸收。上述所述电池结构如图1。

模拟时电池的各层参数在表1中列出,除可变参数之外,其他参数本论文取AFORS-HET中的默认值。背表面接触的反射率本论文设置为1,各层的缺陷参考赵雷［６］、邱明东［７］、孙永堂［８］文献中的值,界面态密度在本论文初始的时候不给予考虑,到了讨论本征层与衬底价带能带补偿时再给予考虑。外界光照条件为AM1.5,100mA/cm２。

2 结果与讨论

2.1 TCO功函数与n层的匹配

对于a-Si:H/c-Si异质结太阳能电池而言,透明导电膜(TCO)的作用意义重大。好的透明导电膜须具有良好的透光性、低电阻性、耐热耐腐蚀性、易沉积性。因为这些品质的优良与否关系到电池的输出性能,工业上用物理气相沉积法沉积的TCO具有较好的均匀性与良好的光电特性,所以本论文中用溅镀法进行物理沉积TCO,射频产生器的频率设置在13.6 MHz。TCO功函数的取值范围在3.1eV~5.3eV［１０］之间,本文中我们取其变化范围在4.0eV~4.4eV之间,其对应区间属于ZnO、ITO,但是由程雪梅等［９］的研究结果显示光通过ZnO时的损失小于ITO,使得电池效率前者高于后者。并且ITO较ZnO而言含有地壳中含量较少并且分布很散、有毒的铟元素,使得其制造成本较高,而ZnO中的锌元素地壳中含量远大于铟,并且ZnO制作工艺简便,所以本论文中选择ZnO作为电池的透明导电膜。

透明导电膜的功函数与n型氢化非晶硅的功函数存在高低落差,所以当两者接触之后,接触界面会形成界面电场,但是电场的方向是由TCO功函数与n层的带隙宽度来确定的。当n型非晶硅的带隙较窄时(1.75eV<Eｇ(n)<1.80eV):随着TCO的变大,TCO与n层接触面的电场方向与电池异质结的电场方向由相同逐渐变为相反,使得电子在此收到电池的阻力,使得载流子的运行速度减小;当n型非晶硅的带隙逐渐增大时(1.80eV<Eｇ(n)<1.90eV),随着TCO功函数的增大,使得TCO与n层接触界面的电场方向与电池异质结的电场方向相同并且强度加大,使得载流子(这里是电子)在此电场中得到加速,增加了载流子的吸收效率,当非晶硅的带隙宽度大于1.9eV时,TCO与n层接触面的电场进一步增大,但是TCO的吸收速率达到饱和,使得电流不再增加。而开路电压在n层带隙变化范围内基本没有发生变化。但是随着TCO功函数的增大,短路电流增加与开路电压的不变最终使得填充因子与转换效率下降。最终我们选择TCO功函数为4.2eV,n层非晶硅的带隙宽度为1.95eV。

2.2 本征层与衬底的能带匹配

2.2.1 本征层带隙的选择

为保证模拟结果的准确性,这里我们先选择本征层的最优值。这时其他参数不变,我们改变本征层的带隙宽度,在本征层带隙较窄时(1.2~1.5eV),除了短路电流,其他三个电池输出参数都增大;达到一定程度后(1.5~1.8eV),电池各项参数都保持不变;超过1.8eV后短路电流下降,详细情况见图3(a)。所以我们取本征层的带隙宽度为典型值1.72eV。

2.2.2 本征层与衬底之间能带补偿对电池性能的影响

对于异质结太阳能电池,非晶硅与晶体硅之间的界面态与能带补偿是非常重要的,它们都决定着电池的输出性能。界面态通过影响界面的有效复合速率来影响电池性能,能带补偿主要是通过影响载流子的输运来影响电池性能(如图4(f))。根据价带补偿与导带补偿的定义,ΔEｃ=Δχ,ΔEｖ=ΔEｇ-Δχ,这里的 ΔEｇ与 Δχ都是指本征非晶硅与晶体硅相对应值得差,当然这里的值都是取他们的绝对值。从图3(a~d)中我们可以看出,随着界面态密度的增加,电池的各项参数都下降了,只有电流的变化不太明显,当然这仅仅是纵向比较的结果。这是因为界面态较低时,界面复合速率较低,界面态的影响就比较不明显;当界面态不可忽略时,开路电压严重下降,填充因子与转换效率也降低。如果仅从横向比较,我们可以看出价带补偿的增大有利于减小界面态对电池性能的影响。在价带补偿较高时(0.35eV<ΔEｖ<0.45eV),且界面态密度较小时(10９cm－２<Dit<10１０cm－２),界面态与价带补偿的变化对电池性能影响不大。当界面态不可忽略时(10１０cm－２<Dit<10１２cm－２),随着价带补偿的增大(0.35eV<ΔEｖ<0.45eV),界面态的增大对电池性能的影响逐渐变大。 所以,界面态我们应尽量小于10１０cm－２,价带补偿在0.45eV时,电池性能最佳,转化效率达到22.4%。

在图4(e)中是不同价带补偿下的J-V曲线,当价带补偿为0.25eV时,J-V曲线出现了S形。这是由于价带补偿较低时(ΔEｖ<0.25eV),导带补偿较大,少子电子的运输受到界面势垒的阻碍,从图4(f)中也能看出这种趋势。这就使得使得光生电流严重降低,并且在外压较大时,这种现象更加明显,所以就出现了图中的S形曲线［１１］。

2.3 背场的能带补偿对电池性能的影响

背场对于电池性能的提高有重要作用,而这里我们研究背场与衬底的能带补偿对电池性能的影响。薄膜太阳能电池因为其厚度比较薄,使得电池被表面的复合速率会增大。而加上背场层后,p层与背场层因为能带的不连续,会存在能带补偿,如图5所示。但是我们同样可以发现,衬底晶体硅与背场微晶硅之间掺杂浓度相差甚大,达到相差四个数量级。而掺杂浓度的差使得产生由p层指向p＋层的内建电场,我们发现该电场方向与内建电场的方向相同,由此使得开路电压提高,同时载流子的收集率也提高了,最终也使得短路电流提高。在三组能带中,价带补偿有0.43eV、0.23eV、0.03eV,但是根据此热平衡时的能带,我们加上外电压分别可以得到三组四个输出参数。但是我们发现,三组数据开路电压都保持在669.5mV、短路电流保持在39.71mA、填充因子保持在83.44%、转换效率保持在22.18%。而在电池没有微晶硅背场时,通过模拟得到的四个输出参数为:开路电压646.1 mV,短路电流38.27mA,填充因子76.17%,转换效率18.84%。由此我们可以推断:背场提高电池输出性能,主要不是依靠能带补偿,而是依靠掺杂浓度造成的p层与p＋层的内建电场。

3 结束语

利用AFORS-HET软件对TCO/a-Si:H(n)/a-Si:H(i)/c-Si(p)/μc-Si(p+)/Ag结构的太阳能电池进行了能带匹配分析。分析结果显示当TCO功函数超过4.3eV时,电池的填充因子与转换效率会降低,功函数的最佳值为4.2eV,n层非晶硅的最佳带隙值为1.95eV。非晶硅与晶体硅之间的界面态与能带补偿对电池性能有重要影响,界面态变大电池性能下降,价带补偿增大电池性能提升,同时价带补偿的增大有利于减小界面态对电池性能的影响。背场提升电池性能的原因不在于价带与能带补偿的分配比例,而在于背场层与衬底形成的内建电场。

参考文献

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太阳对地球的影响 篇10

晶硅太阳能电池银浆是生产太阳能电池的关键性辅助材料,分正面银浆和背面银浆,背面银浆印刷在晶硅太阳能电池背面,作为下电极起导出电流的作用[1]。在太阳能电池的结构成本中,银浆是影响太阳能电池成本的重要材料,占电池片成本的20%以上,仅次于硅材料。

随着晶硅电池技术的不断发展和产业对电池制造成本的日益重视,人们对银浆性能、耗量和价格的要求不断提高。浆料不仅应具备非常高的印刷分辨率,同时对固含量、浆料细度和浆料流变特性也有非常高的要求[2,3]。另外,晶硅电池非硅成本比例逐年提高,开发可靠性更高、成本更低、性能更好的银浆材料,是今后银浆技术发展的趋势[4,5]。

本研究主要为分散剂的选型及配比研究。其目的为通过关键原材料银粉的自主再加工工艺研究,降低银浆的刮板细度,提高银浆印刷的银电极的致密度,以提高电极导电能力及焊接附着力。

2 试验

2.1 试验过程

背面银浆是由银粉、玻璃粉、有机载体以及其他添加剂(辅料)按照一定比例组成的机械混合物浆料。其生产工艺流程如图1所示,将银粉、玻璃粉、有机溶剂按一定配比混合,再经过三辊研磨机研磨分散即可得到银浆成品。

不同批次的银粉和玻璃粉等粉体原材料的性能存在差异,必须对粉体进行二次处理加工,将粉体预先加入到溶剂中,加入合适的分散剂,并进行二次球磨,这样可预先对粉体进行分散处理。试验流程如图2所示。

具体试验主要集中在以下两方面:

(1)分散剂的选型研究

确定研究方向后,寻找了大量的分散剂[6,7]进行试验,所选分散剂用代号A01、A02、A03……A11标记。先用这些分散剂处理银粉,再将处理过的银粉制成浆料,并测试其性能。

通过大量的试验分析,优选并调整了几种有效果的分散剂的用量,进行分散剂配比的研究。分散剂作为一种额外补充的溶剂,其用量不宜太大,在此前提下,拟定如表1所示的试验方案。

(2)分散剂配比研究

在初步确定银粉和玻璃粉具有较好分散性的溶剂后,进一步研究溶剂和物料的配比。使用不同量的溶剂去分散一定量的物料,再施以外部机械搅拌分散,以确定最佳的银粉、玻璃粉与溶剂的配比。

2.2 性能测试与表征

(1)附着力测试

使用免洗的助焊剂,将25 mm×1.8 mm规格的焊带浸入装满助焊剂的试管中浸泡10 min,用相同的合金焊料在330℃下焊接。将已焊接的硅片粘贴在金属基板上,并将金属基板固定在夹具上,用测力计在180°方向以120 mm/min的速率剥离,每进行15 mm记一段区间,然后取平均值。

(2)电阻率测试

常规电阻率计算公式如式(1)所示。

式中,R为测试电阻值,单位为Ω;m为印刷质量,单位为g;ρ′为浆料密度,单位为g/cm3;L为栅线长度,单位为m。同一类型浆料,ρ′L2为定值,故只需比较银电极的相对电阻率ρ相对=Rm。

(3)其他参数

采用刮板细度计测试银浆细度,读取第四条线或连续出现凹点的位置。采用SU8010型扫描电镜分析银粉形貌,利用显微镜观测电极烧结情况。

3 结果与讨论

3.1 不同分散剂测试结果

表2为用不同分散剂处理后浆料的拉力、细度与电阻率测试结果。

由表2可以看出,采用不同分散剂制得的浆料拉力整体较高,细度均为7.5μm,说明分散剂的添加对浆料附着力与细度影响不明显。但电阻率波动较大,并且均比未添加分散剂时电阻率低,分散剂为A01时电阻率最低,这是因为加入分散剂后,银粉均匀铺展在玻璃相中,结构致密,烧结时浆料烧结膜与硅基片形成良好的欧姆接触。

综合拉力、细度与电阻率测试结果,确定在本试验中,最佳分散剂种类为A01。

3.2 分散剂不同配比测试结果

将不同添加量处理的银粉制备成浆料,进行常规测试,将其中效果最好、采用A01分散剂按不同配比处理制得的浆料测试结果列于表3。

从表3可知,A01引入量为1.0%(分散剂占银粉总量的比例,下同)时,电阻率最低,拉力较好,细度也满足要求。A01引入量低于或高于1.0%时,电阻率均增大。这是因为当分散剂含量较低时,银粉不能有效铺展,局部会出现颗粒团聚,电极不平整,欧姆接触差,电阻较大;当分散剂含量过多时,一方面银粉与银粉间距过大,烧结后孔洞增多,电阻率升高,另一方面分散剂过多,银浆中银粉含量与不加分散剂时相比略有降低,电阻率略有升高。

为进一步从理论上解释以上所得结论,对A01引入量为1.0%处理的银粉做扫描电镜分析。处理前后的扫描电镜图像如图3所示。

从扫面电镜结果可以明显看出,加入分散剂球磨后的银粉明显片状化,但厚度并没有太大变化。由于分散剂的添加,片状化的银粉在浆料中分布更均匀,没有出现较大团聚或者由于片与片之间的相互堆叠而出现较大的颗粒。而且银粉的片状化可能会使印刷所得的电极结构更为致密[8],从而有利于电阻率的降低和拉力值的提升。为了验证以上推断,将烧结后的电极进行显微镜观察,其结果如图4所示。由图4可以看出,在电极上孔洞较少,结构致密。说明银粉分散性好,在烧结时银粉有效平铺在玻璃液上,烧结膜与硅基片形成了良好的欧姆接触。

4 结论

对银粉的二次加工时,银粉经球磨处理后,添加一定量的分散剂对银粉进行表面处理,可以有效地改善银粉的分散性,本试验确定的最佳分散剂为A01,其引入量为1.0%。此时银粉制备的浆料电阻率低,附着力高,细度小,银粉团聚少,电极烧结膜结构致密。

参考文献

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