太陽能電池與燃料電池

1、太陽能電池和燃料電池綜合太陽能電池和燃料電池綜合實驗實驗 一一 太陽能電池太陽能電池 1. 光生伏特效應(yīng) 2. 太陽能電池?zé)o光照情況下的電流電壓關(guān)系（暗特性） 3. 太陽能電池光照情況下的電流電壓關(guān)系（光特性） 4. 太陽能電池的效率 二二 燃料電池燃料電池 1、燃料電池 2、水的電解 三. 實驗設(shè)備實驗設(shè)備1.光生伏特效應(yīng) 常見的太陽能電池從結(jié)構(gòu)上說是一種淺結(jié)深、大面積的pn 結(jié)第第1章章 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴散運動擴散運動內(nèi)電場內(nèi)電場E漂移運動漂移運動擴散運動擴散運動 (Diffuseness) 的結(jié)果是使空間電荷的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬。區(qū)逐漸

2、加寬。內(nèi)電場越強，就使漂移運內(nèi)電場越強，就使漂移運動動 (Drift) 越強，而漂移運越強，而漂移運動使空間電荷區(qū)變薄。動使空間電荷區(qū)變薄?？臻g電荷區(qū)，也稱耗盡空間電荷區(qū)，也稱耗盡層層(Depletion Region) 。該區(qū)沒有載流子。該區(qū)沒有載流子。擴散運動擴散運動漂移運動漂移運動P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+內(nèi)電場內(nèi)電場E所以擴散和漂移這一對相反的運動最終達(dá)到動態(tài)平所以擴散和漂移這一對相反的運動最終達(dá)到動態(tài)平衡，相當(dāng)于兩個區(qū)之間沒有電荷運動，空間電荷區(qū)衡，相當(dāng)于兩個區(qū)之間沒有電荷運動，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。的厚度固定不變。EC為半導(dǎo)體電帶，EV為半導(dǎo)體價電帶光照作用下的pn

3、結(jié)2.太陽能電池?zé)o光照情況下的電流電壓關(guān)系（暗特性）等價于一個理想的pn結(jié),其電流電壓關(guān)系為肖克萊方程:反向飽和電流：其中A、D、n、p和L分別為結(jié)面積、擴散系數(shù)、平衡電子濃度、平衡空穴濃度和擴散長度可以看出太陽能電池IV曲線不對稱反向飽和電流反向飽和電流為：為：正向電流正向電流電壓關(guān)系電壓關(guān)系為：為：無論正向還是反向電流，對溫度變化比較敏感無論正向還是反向電流，對溫度變化比較敏感3.太陽能電池光照情況下的電流電壓關(guān)系（光特性）考慮兩種情況：1,R=0，這種情況下加載在負(fù)載電阻上的電壓也為零，pn 結(jié)處于短路狀態(tài)，此時光電池輸出電流我們稱為短路電流或者閉路電流Isc2,外電路處于開路狀態(tài),光電

4、流正好被正向結(jié)電流抵消，光電池兩端電壓Voc就是所謂的開路電壓于是有4.太陽能電池的效率通常的占空系數(shù)在0.70.8 之間Si 太陽能電池的最大效率大致是28左右。對太陽能電池效率有影響的還有其它很多因素，如大氣對太陽光的吸收、表面保護涂層的吸收、反射、串聯(lián)電阻熱損失等等。綜合考慮起來，太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率大致在1015之間二二燃料電池燃料電池1、燃料電池它提供它提供氫離子氫離子（質(zhì)子）從陽極到達(dá)陰極的通道，而（質(zhì)子）從陽極到達(dá)陰極的通道，而電子或氣體不能電子或氣體不能通過通過催化層是將納米量級的的催化層是將納米量級的的鉑粒子用化學(xué)或物理的方鉑粒子用化學(xué)或物理的方法附著在質(zhì)子交換膜表面，法附著在質(zhì)子交換膜表面，厚度厚度約約0.03mm，對陽極氫，對陽極氫的氧化和陰極氧的還原起的氧化和陰極氧的還原起催化作用催化作用膜兩邊的陽極和陰極膜兩邊的陽極和陰極由石墨化的碳紙或碳由石墨化的碳紙或碳布做成，布做成，厚度厚度0.20.5mm，導(dǎo)電性，導(dǎo)電性能良好，能良好，其上其上的微孔的微孔提供氣體進入催化層提供氣體進入催化層的通道，又稱為擴散的通道，又稱為擴散層。層。進入陽極的氫氣通過電極上的擴散層到達(dá)質(zhì)子交換膜陽極反應(yīng)為:在電池的另一端，氧