太陽電池的基本原理.

1、2/1基本的光電物理貝子原子的結(jié)構(gòu)2電阻率62.2硅的原子結(jié)構(gòu)在二維空間中原子鍵示意圖(a)在室溫之下(b)共價(jià)鍵破壞.帶負(fù)電的電子被釋放岀，于是Si 具有導(dǎo)體性質(zhì)2.3半導(dǎo)體的能帶理論66半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力與能隙有關(guān)被激發(fā)到海帶的丁然血r能詠(Eg)=1.12 eVSi的能帶圖摻雜n型半導(dǎo)體FU夕竦f彷垃Mt上常旳H典ntSIHW(Ec)= n 12®v6摻雜p型半導(dǎo)體(b)tfJtK eoi-i U eV2.4 pn結(jié)空乏闊、半半號(hào)簡 O f叭 : OOOOO受粗環(huán)o倆離（-°相洞。范r正向偏壓作用下，會(huì)發(fā)生什么情況？在空間電荷區(qū)內(nèi)的電場方向由N型指向p型區(qū)，如果入射光子

2、在此 區(qū)域內(nèi)被吸收產(chǎn)生電子，空穴對(duì)時(shí)，電子會(huì)因?yàn)閮?nèi)建電場的影響而 向N型區(qū)漂移，同樣的，空穴也因?yàn)閮?nèi)建電場的影響而向p型區(qū)漂私這樣的一種漂移電流就是所謂的光電流（光電流NTP）2.5太陽電池的發(fā)電原理IIIAM利用半導(dǎo)體產(chǎn)生pn結(jié)來獲 得電位摻少量的硼原子 做基板然后高溫?zé)釘U(kuò)散把濃度稍 高硼的磷參入p型基板內(nèi)一個(gè)傳統(tǒng)太陽電池結(jié)構(gòu)示意12 (命當(dāng)太陽光照射太陽電池.光子透過反射膜，到達(dá)Si表面.光子能量被N型Si層的導(dǎo)帶電子.使得它脫離軌道產(chǎn)生大星的自由電子，這些電子移動(dòng)產(chǎn)生光電流.也就是PN結(jié)電位差.如果用線連接起來.構(gòu)成一個(gè)回路 PN二極管二端的金屬接觸用金屬線直接連接，短路(short )

3、 circuit)也是光電流j：二級(jí)管二端的金屬不相連，開路(open circuit)開路電壓£：太陽電池需要陽光才能作用，所以使用上大都是將太陽電池/ 與蓄電池使用。):太陽電池是直流電，裝直交流轉(zhuǎn)換器，才可以形成較大的電 流電壓142.6太陽光的光譜照度太陽光的強(qiáng)度與光譜決定其輸出功率一光譜照度: 每單位波長每單位面積的光照功率 W/m2um“太陽光的強(qiáng)度是所有波長每單位面積的光照功率: W/m2太陽正常輻射：925W/m22.7太陽電池的電路模型:一個(gè)理想二極管，電流與電壓的關(guān)系心厶（嚴(yán)-1）/電流大小，V為電壓，為飽和電流，Vr=kT/q二極管的正電流方向：p型流向N型。

4、電壓的正負(fù)值定義為P型端電壓N型端電壓 所以太陽電池在運(yùn)作，電壓寫正值，電流為負(fù)：光電流，負(fù)向電流辭離流If負(fù)載短路電流無光照，lL =0,太陽電池就形同一個(gè)二極管.短路時(shí)，電壓為0 )SC =_仏當(dāng)太陽電池處于短路狀態(tài)時(shí)，短路電流應(yīng)該等于入射光源所產(chǎn)生 的光電流，若太陽電池處于開路狀態(tài)，因此電流值I為0開路電壓-也氏±+丄)17以上是理想化狀態(tài)，在實(shí)際面上，太陽電池元件 本身尚存在串聯(lián)電阻及分流電阻因此可以用一個(gè) 等效電路來代替。心而且在半導(dǎo)體與金屬接觸間，也存在電阻，這些 電阻就如串聯(lián)電阻。:太陽電池元件的電路之間，或多或少會(huì)存在漏電 流18:28.1最大功率點(diǎn)太陽電池可以在不同

5、電壓V與電流I之下操作，最大輸出功率/=K,xim測試條件：I1. 使用1000W/m2的日照輻射度2. 使用AM的1.5的固定太陽輻射光譜大小，固定光源種類測試溫度為25°C 2.8.2能量轉(zhuǎn)換效率(太陽能電池的輸出功率/入射的太陽光功率)X100%py xiy xl=二 X1 ()0% =_X 1(X)% =X 1(X)%PgPgA xEE為標(biāo)準(zhǔn)條件下的日照輻射量W/m2, Ac為太陽電池面積越高的轉(zhuǎn)換效率，代表跟多的電力被產(chǎn)生。目前各種太陽電池的最高效率：單晶硅24.7%,多晶硅19.8非晶硅14.5%,碑化稼25.7%,硒化稼錮銅18.8%例如：一個(gè)尺寸為125*125mm的

6、硅晶太陽電池的峰值功率約2.66W21 (太屬池樓竦舉F材料!市4M9組發(fā)It鰹效ST 169( silicon)!門iWA隅尢霍系統(tǒng)中雁用爪!3腹泛Z材H帖禺矽AKMt池1220%多品f%Si)10-1»%非禺M太陽龜他sm siGc > sin、sio6-9%多化合物(Compound);應(yīng)用於太空及聚光型太編光 雄系炊館禺化介期池GaAs、InPIX-MTi多杲化合初末用怨池CdS CdTc、Culnsc10-12%余米及& Organic):用絵有棣太RHt池尙M硏TiOj|%WT22 I22 I目前商業(yè)化的太陽電池的轉(zhuǎn)換效率范圍22 I 2.8.3填充系數(shù)：太

7、陽電池整體行為的參數(shù)廠 PV x I Z7x A x E-V x/ _V x/ V x7oc scoc ycoc jc它表示了最大輸出功率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的矩形面積在Voc和Isc 所組成的矩形面積中所占的百分比。特性好的太陽能 電池就是能獲得較大功率輸出的太陽能電池，也就是 Voc, Isc和FF乘積較大的電池。對(duì)于有合適效率的電 池，該值應(yīng)在0.70-0.85范圍之內(nèi)，23太陽電池的電壓電流特性圖，紅線部分為在受到日光照 時(shí)的電流與電壓曲線填充系數(shù)FF代表黃色四方形面積桎 藍(lán)色四方形面積之比率F接近1越好嚴(yán)-：2.9量子效率量子效率代表當(dāng)光線照射到太陽電池表面時(shí)，有多少比率 的光子可有效的轉(zhuǎn)換為電子空穴對(duì)。2.9.1造成轉(zhuǎn)換效率損失的原因1反射損失2表面再結(jié)合損失3內(nèi)部再結(jié)合損失4串聯(lián)電阻損失5電壓因子損失25: 2.9.2提高轉(zhuǎn)換效率的方法ll減少光線自半導(dǎo)體材料表面反射a在太陽電池表面加上一層抗反射層。b將電極做成手指狀，可