太陽(yáng)能光伏發(fā)電復(fù)習(xí)資料,考試必備

1、第二章太陽(yáng)輻射1什么是黑體？1）在任何條件下，完全吸收任何波長(zhǎng)的外來(lái)輻射而無(wú)任何反射的物體。2）吸收比為1的物體. 3）在任何溫度下，對(duì)入射的任何波長(zhǎng)的輻射全部吸收的物體2太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)：由內(nèi)向外 內(nèi)部分為核心層（日核）、輻射層、對(duì)流層 大氣層又分為光球?qū)?、色球?qū)蛹叭彰?地理坐標(biāo) ：以地心為原點(diǎn)，以地球?yàn)榛緢A，以地球自轉(zhuǎn)軸為中心軸，用緯度、經(jīng)度來(lái)表示地球表面上點(diǎn)的位置4天球與天球坐標(biāo)系 天球：以觀察者為球心，以任意長(zhǎng)度（無(wú)限長(zhǎng)）為半徑，其上分布著所有天體的球面。地平面：球心與鉛直線相垂直的平面。地平圈：地平面與天球的交線所成大圓。天頂、天底：通過(guò)球心的鉛直線與天球的交點(diǎn)。5地平坐標(biāo)系：以地平圈為

2、基本圓，天頂為基本點(diǎn)，南點(diǎn)為原點(diǎn)的坐標(biāo)系。地平經(jīng)圈：通過(guò)天頂Z和太陽(yáng)（或任一天體）X作一大圓。地平經(jīng)度（方位角A）：SM弧 地平緯度（高度角h）：XM弧向上為正，向下為負(fù)天頂距：ZX弧 (即z = 90O-h)。地平坐標(biāo)隨著時(shí)間在不斷地變化著。地平坐標(biāo)隨觀測(cè)地點(diǎn)而異。 時(shí)角坐標(biāo)系6時(shí)角坐標(biāo)系（第一赤道坐標(biāo)系）：以天極為基本點(diǎn)，天赤道（地球赤道平面延伸后與天球相交的大圓稱為天赤道。 ）和子午圈在南點(diǎn)附近的交點(diǎn)為原點(diǎn)的坐標(biāo)系。時(shí)圈：通過(guò)北天極P和太陽(yáng)（或任一天體）X作一大圓。時(shí)角 ：QT弧（度、分、秒）赤緯 ：XT?。ǘ取⒎?、秒）從天赤道算起，向上為正，向下為負(fù)（時(shí)、分、秒）7太陽(yáng)常數(shù)Isc：在平

3、均日地距離時(shí)，地球大氣層上界垂直于太陽(yáng)光線表面的積上單位時(shí)間內(nèi)所接收到的太陽(yáng)輻射能。其參考值為Isc = (1367±7) W/m2 Isc：平均日地距離時(shí)的太陽(yáng)I0：大氣層上界某一任意時(shí)刻n：距離1月1日地天數(shù) r：日地間距引起的修正值8太陽(yáng)光譜：太陽(yáng)發(fā)射的電磁輻射在大氣頂上隨波長(zhǎng)度分布叫做太陽(yáng)光譜。9地面太陽(yáng)輻射：直接輻射：直接接收到的、不改變方向的太陽(yáng)輻射； 散射輻射：接收到的被大氣層反射和散射后方向改變的太陽(yáng)輻射10散射：瑞利（Rayleigh）散射r << 、米氏（Mie）散射r 和無(wú)選擇性散射r >> 。11大氣質(zhì)量被定義為光穿過(guò)大氣的路徑長(zhǎng)度，長(zhǎng)

4、度最短時(shí)的路徑（即當(dāng)太陽(yáng)處在頭頂正上方時(shí)）規(guī)定為“一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣質(zhì)量”?！按髿赓|(zhì)量”量化了太陽(yáng)輻射穿過(guò)大氣層時(shí)被空氣和塵埃吸收后的衰減程度。大氣質(zhì)量由下式給出：，式中表示太陽(yáng)光線與垂直線的夾角，當(dāng)太陽(yáng)處在頭頂時(shí)，大氣質(zhì)量為112日照時(shí)數(shù)（晝長(zhǎng)）定義：不受任何遮蔽時(shí)每天從日出到日落的總時(shí)數(shù)。日照時(shí)數(shù)的長(zhǎng)短受所在緯度、季節(jié)、地形、天空狀況等因素影響。實(shí)際觀測(cè)的日照時(shí)數(shù)一般比可能照射的時(shí)數(shù)（即當(dāng)無(wú)云天時(shí)，日出到日落的日照）為少。13衡量日照的多少常以實(shí)際照射時(shí)數(shù)（實(shí)照時(shí)數(shù)）與可能照射時(shí)數(shù)（日照時(shí)數(shù)，即晝長(zhǎng)）的百分比即日照百分率表示。日照百分率能說(shuō)明晴天的多少，百分率越大，晴天越多，反之亦然。14光照時(shí)

5、間可照時(shí)數(shù)曙暮光時(shí)間 在日出前和日落后，太陽(yáng)光線在地平線以下0度6度時(shí)，光通過(guò)大氣散射到地表產(chǎn)生一定的光照強(qiáng)度，這種光稱為曙光和暮光。第三章1，非晶體與晶體：非晶體物質(zhì)內(nèi)部原子排列沒(méi)有一定規(guī)律，斷裂時(shí)斷口是隨機(jī)的，如塑料、玻璃物質(zhì)內(nèi)部原子按一定規(guī)律整齊排列；晶體外形呈現(xiàn)天然的、有規(guī)則的多面體，有明顯的棱角和平面，斷裂時(shí)按解理面斷開(kāi)，如食鹽、水晶2，多晶體與單晶體：多晶體由許多小晶粒組成，每個(gè)晶粒中的原子按同一序列排列，晶粒之間的排列沒(méi)有規(guī)律，如銅、鐵；單晶體本身就是一個(gè)完整的大晶粒，它的所有原子按同一序列排列，如硅、水晶、金剛石3，晶體的特征：有規(guī)則對(duì)稱的幾何外形；物理性質(zhì)(力、熱、電、光)

6、各向異性；有確定的熔點(diǎn)；微觀上，分子、原子或離子呈有規(guī)則的周期性排列，形成空間點(diǎn)陣(晶格)。4，價(jià)電子與共價(jià)鍵的含義：帶正電的原子核和帶負(fù)電的繞核旋轉(zhuǎn)的電子組成原子結(jié)構(gòu)，其中，最外層的電子受原子核的束縛力最小，其稱為價(jià)電子。硅、鍺等多數(shù)半導(dǎo)體多有4個(gè)價(jià)電子，當(dāng)形成晶體時(shí)，原子之間靠得很近，相鄰的兩個(gè)原子各貢獻(xiàn)一個(gè)價(jià)電子，形成為這兩個(gè)原子共有的價(jià)電子對(duì)，圍繞著兩個(gè)原子轉(zhuǎn)動(dòng)，從而形成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。5，孤立原子，雙原子，大量原子的勢(shì)場(chǎng)圖對(duì)圖3的解釋：對(duì)能量E1的電子勢(shì)能曲線表現(xiàn)為勢(shì)壘；電子能量< 勢(shì)壘高度，且E1較小，勢(shì)壘較寬，穿透概率??；仍認(rèn)為電子束縛在各自離子周圍。若E1較大(仍低于勢(shì)壘高度

7、)，穿透概率較大，由隧道效應(yīng)，電子可進(jìn)入相鄰原子。對(duì)能量E2的電子電子能量 > 勢(shì)壘高度，電子在晶體中自由運(yùn)動(dòng)，不受特定離子的束縛。6，電子共有化的含義：由于晶體中原子的周期性排列，價(jià)電子不再為單個(gè)原子所有的現(xiàn)象。共有化的電子可以在不同原子中的相似軌道上轉(zhuǎn)移，可以在整個(gè)固體中運(yùn)動(dòng)（原子的外層電子(高能級(jí))，勢(shì)壘穿透概率較大，屬于共有化的電子。原子的內(nèi)層電子與原子的結(jié)合較緊，一般不是共有化電子）7，能帶的形成解釋：量子力學(xué)證明，由于晶體中各原子間的相互影響，原來(lái)各原子中能量相近的能級(jí)將分裂成一系列和原能級(jí)接近的新能級(jí)。這些新能級(jí)基本上連成一片，形成能帶(energy band)。8，能帶的

8、一般規(guī)律：a，外層電子共有化程度顯著，能帶較寬(E較大) ；內(nèi)層電子相應(yīng)的能帶很窄。b，點(diǎn)陣間距越小，能帶越寬，E越大。c，兩能帶有可能重疊。9，能帶中的電子排布原則和規(guī)律(1) 服從泡里不相容原理(電子是費(fèi)米子)(2) 服從能量最小原理孤立原子的能級(jí)Enl，最多能容納2(2l+1)個(gè)電子。這一能級(jí)分裂成由N條能級(jí)組成的能帶后，最多能容納2(2l+1)個(gè)電子。例如： 1s、2s能帶，最多容納2個(gè)電子2p、3p能帶，最多容納6個(gè)電子10，能帶產(chǎn)生的根本原因還是在于泡利不相容原理11，電子在能帶中的填充滿帶（排滿電子）；未滿帶（能帶中一部分能級(jí)排滿電子）亦稱導(dǎo)帶；空帶（未排電子） 亦為導(dǎo)帶；禁帶（

9、無(wú)電子）12，導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)13，為什么金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而增大，但半導(dǎo)體的電阻隨溫度升高而降低？電阻率的大小取決于電子濃度和電子遷移率。當(dāng)溫度升高時(shí),金屬導(dǎo)體自由電子濃度不變,但電子熱運(yùn)動(dòng)增加,從而定向運(yùn)動(dòng)的遷移率變小,電阻率增大對(duì)于半導(dǎo)體,遷移率隨溫度變化小。載流子濃度隨溫度增高而增大,因此使電阻率變小。14，P-N結(jié)處電偶層的形成：n區(qū)(電子多、空穴少)的電子向p區(qū)擴(kuò)散，p區(qū)(空穴多、電子少)的空穴向n區(qū)擴(kuò)散，在交界面處形成正負(fù)電荷的積累，交界處形成電偶層，此特殊結(jié)構(gòu)即為p-n結(jié)，厚度約為10-7m (0.1m)。15，PN結(jié)的形成：在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合后

10、，由于N型區(qū)內(nèi)電子很多而空穴很少，而P型區(qū)內(nèi)空穴很多電子很少，在它們的交界處就出現(xiàn)了電子和空穴的濃度差別。這樣，電子和空穴都要從濃度高的地方向濃度低的地方擴(kuò)散。于是，有一些電子要從N型區(qū)向P型區(qū)擴(kuò)散，也有一些空穴要從P型區(qū)向N型區(qū)擴(kuò)散。它們擴(kuò)散的結(jié)果就使P區(qū)一邊失去空穴，留下了帶負(fù)電的雜質(zhì)離子,N區(qū)一邊失去電子，留下了帶正電的雜質(zhì)離子。半導(dǎo)體中的離子不能任意移動(dòng)，因此不參與導(dǎo)電。這些不能移動(dòng)的帶電粒子在P和N區(qū)交界面附近，形成了一個(gè)很薄的空間電荷區(qū)，就是所謂的PN結(jié)。擴(kuò)散越強(qiáng)，空間電荷區(qū)越寬。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。在出現(xiàn)了空間電荷區(qū)以后，由于正負(fù)電荷之間的相互作用，在空間

11、電荷區(qū)就形成了一個(gè)內(nèi)電場(chǎng)，其方向是從帶正電的N區(qū)指向帶負(fù)電的P區(qū)。顯然，這個(gè)電場(chǎng)的方向與載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的方向相反它是阻止擴(kuò)散的。另一方面，這個(gè)電場(chǎng)將使N區(qū)的少數(shù)載流子空穴向P區(qū)漂移，使P區(qū)的少數(shù)載流子電子向N區(qū)漂移，漂移運(yùn)動(dòng)的方向正好與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的方向相反。從N區(qū)漂移到P區(qū)的空穴補(bǔ)充了原來(lái)交界面上P區(qū)所失去的空穴，從P區(qū)漂移到N區(qū)的電子補(bǔ)充了原來(lái)交界面上N區(qū)所失去的電子，這就使空間電荷減少，因此，漂移運(yùn)動(dòng)的結(jié)果是使空間電荷區(qū)變窄。當(dāng)漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)相等時(shí)，PN結(jié)便處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移，阻止多子擴(kuò)散。最后，多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。16，p-n結(jié)處能帶的彎曲p-n結(jié)

12、的形成使其附近能帶的形狀發(fā)生了變化。對(duì)帶正電的空穴其電勢(shì)能曲線類似于圖中上部的電勢(shì)曲線，效果是阻止左邊p區(qū)的空穴向右擴(kuò)散；，對(duì)帶負(fù)電的電子來(lái)說(shuō)它的電勢(shì)能曲線如圖的下部所示，阻止右邊n區(qū)的電子向左擴(kuò)散?？紤]到P-N結(jié)的存在, 半導(dǎo)體中電子的能量應(yīng)考慮進(jìn)這內(nèi)建場(chǎng)帶來(lái)的電子附加勢(shì)能，所以電子的能帶會(huì)出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，能帶的彎曲對(duì)n區(qū)的電子和p區(qū)的空穴都形成一個(gè)勢(shì)壘，阻礙n區(qū)電子和p區(qū)空穴進(jìn)入對(duì)方區(qū)域。這一勢(shì)壘區(qū)也稱 (deplection zone) 阻擋層17，半導(dǎo)體的特性應(yīng)用a，根據(jù)半導(dǎo)體的電阻值隨溫度的升高而迅速下降的現(xiàn)象制成的半導(dǎo)體器件，稱為熱敏電阻（熱敏電阻有體積小，熱慣性小，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)）b

13、，半導(dǎo)體硒，在照射光的頻率大于其紅限頻率時(shí)，它的電阻值有隨光強(qiáng)的增加而急劇減小的現(xiàn)象。該半導(dǎo)體器件稱為光敏電阻(photosensitive resistance)（光敏電阻是自動(dòng)控制、遙感等技術(shù)中的一個(gè)重要元件。）c，把兩種不同材料的半導(dǎo)體組成一個(gè)回路，并使兩個(gè)接頭具有不同的溫度會(huì)產(chǎn)生較大的溫差電動(dòng)勢(shì)，稱為半導(dǎo)體溫差熱電偶，溫度每差一度，溫差電動(dòng)勢(shì)能夠達(dá)到、甚至超過(guò)1毫伏（利用此可以制成溫度計(jì)，或小型發(fā)電機(jī)。）18，半導(dǎo)體激光器的特點(diǎn)：體積小 成本低 效率高；制造方便極易與光纖接合；功率可達(dá) 100 mW；所需電壓低(只需1.5V )第四章太陽(yáng)能電池工作原理1，太陽(yáng)能電池分類a，按基體材料分

14、類：硅太陽(yáng)電池（單晶硅太陽(yáng)電池；多晶硅太陽(yáng)電池；非晶硅（a-Si）太陽(yáng)電池；微晶硅（ c-Si）太陽(yáng)電池；HIT電池；雙面太陽(yáng)電池）；化合物太陽(yáng)電池（單晶化合物太陽(yáng)電池；多晶化合物太陽(yáng)電池；有機(jī)半導(dǎo)體太陽(yáng)電池；染料敏化太陽(yáng)電池）b，按電池結(jié)構(gòu)分類（同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池;異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池;肖特基結(jié)太陽(yáng)電池;復(fù)合結(jié)太陽(yáng)電池;薄膜太陽(yáng)電池）C,按用途分類（空間太陽(yáng)電池；地面太陽(yáng)電池；光敏傳感器）2，單晶硅太陽(yáng)電池（采用單晶硅片制造）a，轉(zhuǎn)換效率高。小面積約為24%，10cm2可達(dá)21%，規(guī)模化生產(chǎn)可達(dá)16%18% b，制造技術(shù)成熟。單晶硅棒、pn結(jié)的制造技術(shù)成熟 c，可靠性高。發(fā)電穩(wěn)定，使用壽命20年以上，

15、使用歷史長(zhǎng)，如人造衛(wèi)星、燈塔 d，較高的市場(chǎng)份額。1998年之前年產(chǎn)量最大，價(jià)格：3.7美元/W (2005年) e，制造成本較高 f，向超薄、高效發(fā)展3，多晶硅太陽(yáng)電池（高純硅熔化澆鑄成正方形硅錠切割機(jī)切成薄片加工成電池）a，轉(zhuǎn)換效率比單晶硅低。規(guī)?；a(chǎn)可達(dá)15%17% b，產(chǎn)量、市場(chǎng)份最大額。1998年之后年產(chǎn)量最大 c，制造成本低4，非晶硅（a-Si）太陽(yáng)電池(用高頻輝光放電等方法使硅烷（SiH4）氣體分解沉積而成)a,非晶硅的禁帶寬度為1.7eV，摻硼、磷可得P型a-Si 、N型a-Si b,原子排列缺少結(jié)晶硅中的規(guī)則性，缺陷多 c,單純非晶硅PN結(jié)中隧道電流占主導(dǎo)地位，呈現(xiàn)無(wú)整流特

16、性，不能做太陽(yáng)電池 d,在P層和N層之間加入較厚的本征層 I，以遏制其隧道電流 e,非晶硅結(jié)構(gòu)：P-I-N結(jié)構(gòu)，或 P-I-N / P-I-N 雙層或多層的疊層結(jié)構(gòu) f,制造成本低。電池厚度不到1m，不到晶體硅太陽(yáng)電池的1/100，可節(jié)約硅材料 g,單片面積大，整齊美觀。如0.5m×1.0m z吸收系數(shù)大、光譜響應(yīng)與太陽(yáng)光譜的峰值接近，在弱光下，發(fā)電能力遠(yuǎn)高于晶體硅電池 h,市場(chǎng)潛力大。易于實(shí)現(xiàn)與建筑一體化 I,轉(zhuǎn)換效率較低。規(guī)?；a(chǎn)可達(dá)5%8%，目前最高可達(dá)14.6% J,穩(wěn)定性不高5, 微晶硅（ c-Si）太陽(yáng)電池(用大量氫氣稀釋硅烷，生成晶粒尺寸10nm的微晶硅薄膜，薄膜厚度

17、2-3 m)a,轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)10% b,實(shí)際應(yīng)用結(jié)構(gòu)：非晶硅電池做頂層、微晶硅電池做底層，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)14%6, HIT電池(日本三洋電機(jī)公司1996年開(kāi)始研究?jī)?nèi)稟薄層異質(zhì)結(jié)（HIT）太陽(yáng)電池)a,結(jié)構(gòu)特征：光照射側(cè)的P/ I 型非晶硅膜（膜厚5-10nm）和背面?zhèn)鹊?I /N型非晶硅膜（膜厚5-10nm）夾住單晶硅片，在兩側(cè)的頂層形成透明的電極和集電極 b,低溫工藝。2000C c,能隙更寬、內(nèi)建電場(chǎng)高，因此具有較高的開(kāi)路電壓 d,轉(zhuǎn)換效率比晶體硅太陽(yáng)電池高，溫度系數(shù)小7, 雙面太陽(yáng)電池(日本日立公司等研制)a,用單晶硅做襯底，雙面玻璃封裝，兩面均能產(chǎn)生電能b,轉(zhuǎn)換效率：正面可達(dá)15%、

18、反面可達(dá)10.5%8, 單晶化合物太陽(yáng)電池(砷化鎵（GaAs）太陽(yáng)電池)a,能隙1.4eV，多結(jié)聚光砷化鎵電池的轉(zhuǎn)換效率40%；b,價(jià)格昂貴，砷有毒，早期應(yīng)用太空8,多晶化合物太陽(yáng)電池(碲化鎘（ CdTe ） 銅銦鎵硒（ CIGS ）太陽(yáng)電池)9, 不同結(jié)構(gòu)太陽(yáng)電池同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池(同質(zhì)結(jié)：由同一種半導(dǎo)體材料所形成的PN結(jié)，由一個(gè)或多個(gè)同質(zhì)結(jié)構(gòu)成的太陽(yáng)電池)異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池(異質(zhì)結(jié)：由兩種禁帶寬度不同的半導(dǎo)體材料所形成的PN結(jié)，由異質(zhì)結(jié)構(gòu)成的太陽(yáng)電池)肖特基結(jié)太陽(yáng)電池(利用金屬-半導(dǎo)體界面上的肖特基勢(shì)壘所構(gòu)成的太陽(yáng)電池;金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）太陽(yáng)電池、金屬-絕緣體-半導(dǎo)體（MIS）太陽(yáng)電池

19、)復(fù)合結(jié)太陽(yáng)電池(由兩個(gè)或多個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的太陽(yáng)電池，分為垂直、水平多結(jié)太陽(yáng)電池，如一個(gè)MIS和一個(gè)PN結(jié)硅電池形成高效的MIS-NP復(fù)合電池，其效率達(dá)22%。)級(jí)聯(lián)型(寬禁帶材料放在頂區(qū)，吸收陽(yáng)光中的高能光子；窄禁帶材料吸收陽(yáng)光中的低能光子，拓寬光譜響應(yīng)，如砷化鋁鎵-砷化鎵-硅太陽(yáng)電池，其效率達(dá)31%。)薄膜太陽(yáng)電池(利用薄膜技術(shù)將很薄的半導(dǎo)體光電材料鋪在非半導(dǎo)體的襯底上而構(gòu)成的太陽(yáng)電池 節(jié)約半導(dǎo)體材料，降低成本)10, 不同用途太陽(yáng)電池空間太陽(yáng)電池(用在人造衛(wèi)星、宇宙飛船等航天器上的太陽(yáng)電池 要求效率高、重量輕、耐高低溫、抗輻射力強(qiáng) 制作精細(xì)、價(jià)格高地面太陽(yáng)電池(用在地面陽(yáng)光發(fā)電系統(tǒng)的太陽(yáng)電

20、池 要求耐風(fēng)霜雨雪的侵襲、有較高的功率性價(jià)比、大規(guī)模生產(chǎn)的工藝、充裕的原材料)光敏傳感器(光照強(qiáng)度不同，光電流大小就不一樣，因此，可做光敏傳感器)11, 內(nèi)光電效應(yīng)：當(dāng)半導(dǎo)體的表面受到太陽(yáng)光照，處于價(jià)帶中的價(jià)電子獲得超過(guò)禁帶寬度的能量時(shí)，價(jià)電子躍遷到導(dǎo)帶成為自由電子，同時(shí)，在價(jià)帶中留下一個(gè)空穴，形成大量的電子-空穴對(duì)，這稱為內(nèi)光電效應(yīng)。12, 太陽(yáng)電池的工作原理a, 光生載流子: 在太陽(yáng)光照射下，太陽(yáng)電池吸收光子能量，能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度的光子，激發(fā)半導(dǎo)體中原子的價(jià)電子，在P區(qū)、空間電荷區(qū)、N區(qū)都會(huì)產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì)，稱為光生載流子。b,光生電場(chǎng)：在N區(qū)，光生空穴（少數(shù)載流子）向PN結(jié)邊界

21、擴(kuò)散，一旦達(dá)到PN結(jié)邊界，在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下做漂移運(yùn)動(dòng)，越過(guò)空間電荷區(qū)進(jìn)入P區(qū)，而光生電子（多數(shù)載流子）留在N區(qū)。在P區(qū)，光生電子（少數(shù)載流子）向PN結(jié)邊界擴(kuò)散，一旦達(dá)到PN結(jié)邊界，在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下做漂移運(yùn)動(dòng)，越過(guò)空間電荷區(qū)進(jìn)入N區(qū)，而光生空穴（多數(shù)載流子）留在P區(qū)。即，在PN結(jié)的兩側(cè)產(chǎn)生了正負(fù)電荷的積累，形成與內(nèi)建電場(chǎng)方向相反的光生電場(chǎng)c，光生電動(dòng)勢(shì)：生電場(chǎng)一部分抵消內(nèi)建電場(chǎng)，還使P型層帶正電、N型層帶負(fù)電，產(chǎn)生了光生電動(dòng)勢(shì)。d，光生電流：在太陽(yáng)光照射下，太陽(yáng)電池的上、下兩極就有一定的光生電動(dòng)勢(shì)，用導(dǎo)線連接負(fù)載，就能產(chǎn)生直流電。 13，太陽(yáng)電池的典型結(jié)構(gòu)a，太陽(yáng)電池主要由P型、N型半導(dǎo)體、

22、電極、減反射膜等構(gòu)成。b，基體材料是薄片P型單晶硅，厚度小于0.3mm；上表面為一層N+型的頂區(qū)，構(gòu)成一個(gè)N+/P型結(jié)構(gòu)。c，電極一般用鋁-銀材料做成柵線形狀。d，整個(gè)上表面均勻地覆蓋一層用二氧化硅等材料構(gòu)成的減反射膜。e，每片單體硅太陽(yáng)電池的工作電壓大約為0.45-0.50V.14，太陽(yáng)能電池運(yùn)行的基本步驟：光生載流子的產(chǎn)生;光生載流子聚集成電流;穿過(guò)電池的高電壓的產(chǎn)生;能量在電路和外接電阻中消耗15, 收集概率：“收集概率”描述了光照射到電池的某個(gè)區(qū)域產(chǎn)生的載流子被pn結(jié)收集并參與到電流流動(dòng)的概率，它的大小取決于光生載流子需要運(yùn)動(dòng)的距離和電池的表面特性。收集概率與載流子的生成率決定了電池的

23、光生電流的大小。光生電流大小等于電池各處的載流子生成速率乘于那一處的收集概率16,量子效率即太陽(yáng)能電池所收集的載流子的數(shù)量與入射光子的數(shù)量的比例，而光譜響應(yīng)指的是太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電流大小與入射能量的比例。17, 光譜響應(yīng)是非常重要的量，因?yàn)橹挥袦y(cè)量了光譜響應(yīng)才能計(jì)算出量子效率。公式如下：18, 太陽(yáng)電池的參數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件; 等效電路; 伏安特性曲線; 最大功率點(diǎn); 短路電流; 開(kāi)路電壓; 填充因子; 效率19, 電阻效應(yīng)：太陽(yáng)能電池的特征電阻; 寄生電阻效應(yīng); 串聯(lián)電阻; 并聯(lián)電阻; 串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻的共同影響20, 其他效應(yīng)：太陽(yáng)電池的分光感度特性; 溫度效應(yīng); 光強(qiáng)效應(yīng); 太陽(yáng)電池的負(fù)

24、載特性21, 太陽(yáng)電池的測(cè)量(測(cè)量太陽(yáng)能電池性能最常用最基本的方式是，在精確控制的光源照射下測(cè)量電池的伏安曲線，并嚴(yán)格控制電池的溫度。)22，提高太陽(yáng)電池效率的方法（最大功率跟蹤方法 聚光）22, 最大功率跟蹤方法：恒電壓控制法；擾動(dòng)觀察法；增量電導(dǎo)法；直線近似法；實(shí)際測(cè)量法 第四章一太陽(yáng)電池分類：按基體材料分：硅太陽(yáng)電池：?jiǎn)尉Ч杼?yáng)電池；多晶硅太陽(yáng)電池；非晶硅（a-Si）太陽(yáng)電池；微晶硅（c-Si）太陽(yáng)電池；HIT電池；雙面太陽(yáng)電池化合物太陽(yáng)電池：?jiǎn)尉Щ衔锾?yáng)電池；多晶化合物太陽(yáng)電池；有機(jī)半導(dǎo)體太陽(yáng)電池；染料敏化太陽(yáng)電池2按電池結(jié)構(gòu)分：同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池；異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池；肖特基結(jié)太陽(yáng)電池；復(fù)合

25、結(jié)太陽(yáng)電池；薄膜太陽(yáng)電池3按用途分：空間太陽(yáng)電池；地面太陽(yáng)電池；光敏傳感器。二太陽(yáng)電池介紹：1單晶硅太陽(yáng)電池：采用單晶硅片制造，轉(zhuǎn)換效率高；制造技術(shù)成熟；可靠性高，發(fā)電穩(wěn)定，較高的市場(chǎng)份額，制造成本較高，向超薄、高效發(fā)展。2多晶硅太陽(yáng)電池：高純硅熔化澆鑄成正方形硅錠切割機(jī)切成薄片加工成電池。轉(zhuǎn)換效率比單晶硅低；產(chǎn)量、市場(chǎng)份最大額；制造成本低。3非晶硅太陽(yáng)電池：用高頻輝光放電等方法使硅烷（SiH4）氣體分解沉積而成。原子排列缺少結(jié)晶硅中的規(guī)則性，缺陷多；單純非晶硅PN結(jié)中隧道電流占主導(dǎo)地位，呈現(xiàn)無(wú)整流特性，不能做太陽(yáng)電池；在P層和N層之間加入較厚的本征層 I，以遏制其隧道電流；非晶硅結(jié)構(gòu)：P-I

26、-N結(jié)構(gòu)，或 P-I-N / P-I-N 雙層或多層的疊層結(jié)構(gòu)；制造成本低；單片面積大；轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)10%；吸收系數(shù)大、光譜響應(yīng)與太陽(yáng)光譜的峰值接近，在弱光下，發(fā)電能力遠(yuǎn)高于晶體硅電池；市場(chǎng)潛力大。易于實(shí)現(xiàn)與建筑一體化；轉(zhuǎn)換效率較低。規(guī)?；a(chǎn)可達(dá)；穩(wěn)定性不高。4微晶硅太陽(yáng)電池：用大量氫氣稀釋硅烷，生成晶粒尺寸10nm的微晶硅薄膜，薄膜厚度2-3 m；轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)10%；實(shí)際應(yīng)用結(jié)構(gòu)：非晶硅電池做頂層、微晶硅電池做底層。5HIT電池：結(jié)構(gòu)特征：光照射側(cè)的P/ I 型非晶硅膜（膜厚5-10nm）和背面?zhèn)鹊?I /N型非晶硅膜（膜厚5-10nm）夾住單晶硅片，在兩側(cè)的頂層形成透明的電極和集

27、電極；低溫工藝，2000C；能隙更寬、內(nèi)建電場(chǎng)高，因此具有較高的開(kāi)路電壓；轉(zhuǎn)換效率比晶體硅太陽(yáng)電池高，溫度系數(shù)小。6雙面太陽(yáng)電池：用單晶硅做襯底，雙面玻璃封裝，兩面均能產(chǎn)生電能；轉(zhuǎn)換效率：正面可達(dá)15%、反面可達(dá)10.5%。7單晶化合物電池：砷化鎵（GaAs）太陽(yáng)電池；能隙1.4eV，多結(jié)聚光砷化鎵電池的轉(zhuǎn)換效率40%；價(jià)格昂貴，砷有毒，早期應(yīng)用太空。8多晶化合物太陽(yáng)電池：碲化鎘（ CdTe ）太陽(yáng)電池；銅銦鎵硒（ CIGS ）太陽(yáng)電池9不同結(jié)構(gòu)太陽(yáng)電池：同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池：同質(zhì)結(jié)：由同一種半導(dǎo)體材料所形成的PN結(jié)，由一個(gè)或多個(gè)同質(zhì)結(jié)構(gòu)成的太陽(yáng)電池異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池：異質(zhì)結(jié)：由兩種禁帶寬度不同的半導(dǎo)體

28、材料所形成的PN結(jié)，由異質(zhì)結(jié)構(gòu)成的太陽(yáng)電池肖特基結(jié)太陽(yáng)電池：利用金屬-半導(dǎo)體界面上的肖特基勢(shì)壘所構(gòu)成的太陽(yáng)電池；金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）太陽(yáng)電池、金屬-絕緣體-半導(dǎo)體（MIS）太陽(yáng)電池復(fù)合結(jié)太陽(yáng)電池：由兩個(gè)或多個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的太陽(yáng)電池，分為垂直、水平多結(jié)太陽(yáng)電池；級(jí)聯(lián)型：寬禁帶材料放在頂區(qū)，吸收陽(yáng)光中的高能光子；窄禁帶材料吸收陽(yáng)光中的低能光子，拓寬光譜響應(yīng)。¾薄膜太陽(yáng)電池：利用薄膜技術(shù)將很薄的半導(dǎo)體光電材料鋪在非半導(dǎo)體的襯底上而構(gòu)成的太陽(yáng)電池；節(jié)約半導(dǎo)體材料，降低成本10不同用途太陽(yáng)電池：空間太陽(yáng)電池：用在人造衛(wèi)星、宇宙飛船等航天器上的太陽(yáng)電池；要求效率高、重量輕、耐高低溫、抗輻

29、射力強(qiáng)；制作精細(xì)、價(jià)格高。地面太陽(yáng)電池：用在地面陽(yáng)光發(fā)電系統(tǒng)的太陽(yáng)電池；要求耐風(fēng)霜雨雪的侵襲、有較高的功率性價(jià)比、大規(guī)模生產(chǎn)的工藝、充裕的原材料光敏傳感器：光照強(qiáng)度不同，光電流大小就不一樣，因此，可做光敏傳感器二太陽(yáng)電池的工作原理1本征半導(dǎo)體：載流子：當(dāng)處于價(jià)帶中的價(jià)電子獲得超過(guò)禁帶寬度的能量時(shí)，價(jià)電子躍遷到導(dǎo)帶成為自由電子，同時(shí)，在價(jià)帶中留下一個(gè)空穴，價(jià)帶中的其他被束縛的價(jià)電子就會(huì)占據(jù)這個(gè)空穴，空穴位置發(fā)生移動(dòng)，其方向與價(jià)電子的移動(dòng)方向相反。導(dǎo)帶中的電子（帶負(fù)電）和價(jià)帶中的空穴（帶正電）稱為半導(dǎo)體中的兩種載流子。本征激發(fā)：在純凈半導(dǎo)體晶體中被激發(fā)的電子-空穴是成對(duì)產(chǎn)生的本征半導(dǎo)體：化學(xué)成分純

30、凈的半導(dǎo)體晶體2 N型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體（如硅）中摻入少量的五價(jià)雜質(zhì)元素，如磷、砷等磷的原子比硅少，某些位置上的硅原子被磷原子取代，一個(gè)磷原子與四個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵，多余一個(gè)價(jià)電子，磷原子為施主雜質(zhì)。摻入雜質(zhì)產(chǎn)生大量的自由電子，同時(shí)，熱激發(fā)產(chǎn)生少量的電子-空穴對(duì)，空穴相對(duì)電子的數(shù)目是極少的，因此，空穴為少數(shù)載流子，電子為多數(shù)載流子。3P型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體（如硅）中摻入少量的三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵硼的原子比硅少，某些位置上的硅原子被硼原子取代，一個(gè)硼原子與四個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵，還缺少一個(gè)價(jià)電子，因而共價(jià)鍵上出現(xiàn)一個(gè)空穴。在熱激發(fā)下，附近的硅原子的共有價(jià)電子很容易填補(bǔ)該空穴，因此，硅原子的共

31、價(jià)鍵就出現(xiàn)一個(gè)空穴，硼原子接受一個(gè)價(jià)電子，成為帶負(fù)電的硼離子，硼為受主雜質(zhì)。摻入雜質(zhì)產(chǎn)生大量的空穴，同時(shí)，熱激發(fā)產(chǎn)生少量的電子-空穴對(duì)，電子相對(duì)空穴的數(shù)目是極少的，因此，電子為少數(shù)載流子，空穴為多數(shù)載流子。4雜質(zhì)半導(dǎo)體示意圖：少子濃度本征激發(fā)產(chǎn)生，與溫度有關(guān)；多子濃度摻雜產(chǎn)生，與溫度無(wú)關(guān)5P-N結(jié)：多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)；擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)趨向平衡將P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體緊密結(jié)合，在它們之間形成過(guò)渡區(qū)；在過(guò)渡區(qū)， P區(qū)帶負(fù)電荷， N區(qū)帶正電荷，形成內(nèi)建電場(chǎng)。在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，將阻止P區(qū)空穴向N區(qū)擴(kuò)散，阻止N區(qū)電子向P區(qū)擴(kuò)散；將促進(jìn)P區(qū)電子向N區(qū)漂移，促進(jìn)N區(qū)空穴向P區(qū)漂移

32、。6內(nèi)光電效應(yīng)：當(dāng)半導(dǎo)體的表面受到太陽(yáng)光照，處于價(jià)帶中的價(jià)電子獲得超過(guò)禁帶寬度的能量時(shí)，價(jià)電子躍遷到導(dǎo)帶成為自由電子，同時(shí)，在價(jià)帶中留下一個(gè)空穴，形成大量的電子-空穴對(duì)，這稱為內(nèi)光電效應(yīng)。截止波長(zhǎng)：hC/Eg；波長(zhǎng)大于截止波長(zhǎng)的光不能產(chǎn)生載流子；禁帶寬度越大，可利用的太陽(yáng)能越少。7工作原理：光生載流子：在太陽(yáng)光照射下，太陽(yáng)電池吸收光子能量，能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度的光子，激發(fā)半導(dǎo)體中原子的價(jià)電子，在P區(qū)、空間電荷區(qū)、N區(qū)都會(huì)產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì)，稱為光生載流子。光生電場(chǎng)：在N區(qū)，光生空穴（少數(shù)載流子）向PN結(jié)邊界擴(kuò)散，在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下做漂移運(yùn)動(dòng)，而光生電子（多數(shù)載流子）留在N區(qū)；在P區(qū)，光生電

33、子（少數(shù)載流子）向PN結(jié)邊界擴(kuò)散，在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下做漂移運(yùn)動(dòng)，而光生空穴（多數(shù)載流子）留在P區(qū)；即，在PN結(jié)的兩側(cè)產(chǎn)生了正負(fù)電荷的積累，形成與內(nèi)建電場(chǎng)方向相反的光生電場(chǎng)。光生電動(dòng)勢(shì)：光生電場(chǎng)一部分抵消內(nèi)建電場(chǎng)，還使P型層帶正電、N型層帶負(fù)電，產(chǎn)生了光生電動(dòng)勢(shì)。光生電流：在太陽(yáng)光照射下，太陽(yáng)電池的上、下兩極就有一定的光生電動(dòng)勢(shì)，用導(dǎo)線連接負(fù)載，就能產(chǎn)生直流電。太陽(yáng)電池典型結(jié)構(gòu)：太陽(yáng)電池主要由P型、N型半導(dǎo)體、電極、減反射膜等構(gòu)成。三太陽(yáng)電池的特性1太陽(yáng)電池的發(fā)電結(jié)構(gòu)：入射到電池的太陽(yáng)光通過(guò)同時(shí)產(chǎn)生電流和電壓的形式來(lái)產(chǎn)生電能。這個(gè)過(guò)程的發(fā)生需要兩個(gè)條件，首先，被吸收的光要能在材料中把一個(gè)電子激發(fā)

34、到高能級(jí)，第二，處于高能級(jí)的電子能從電池中移動(dòng)到外部電路。在外部電路的電子消耗了能量然后回到電池中。2太陽(yáng)能電池運(yùn)行的基本步驟：光生載流子的產(chǎn)生；光生載流子聚集成電流；穿過(guò)電池的高電壓的產(chǎn)生；能量在電路和外接電阻中消耗。3光生電流：在太陽(yáng)能電池中產(chǎn)生的電流叫做“光生電流”，它的產(chǎn)生包括了兩個(gè)主要的過(guò)程：第一個(gè)過(guò)程是吸收入射光電子并產(chǎn)生電子空穴對(duì)；第二個(gè)過(guò)程是，PN結(jié)通過(guò)對(duì)這些光生載流子的收集，即把電子和空穴分散到不同的區(qū)域，阻止了它們的復(fù)合。4收集概率：“收集概率”描述了光照射到電池的某個(gè)區(qū)域產(chǎn)生的載流子被pn結(jié)收集并參與到電流流動(dòng)的概率，它的大小取決于光生載流子需要運(yùn)動(dòng)的距離和電池的表面特性

35、。在耗散區(qū)的所有光生載流子的收集概率都是相同的，因?yàn)樵谶@個(gè)區(qū)域的電子空穴對(duì)會(huì)被電場(chǎng)迅速地分開(kāi)。當(dāng)載流子在與電場(chǎng)的距離大于擴(kuò)散長(zhǎng)度的區(qū)域處產(chǎn)生時(shí)，那么它的收集概率是相當(dāng)?shù)偷?。相似的，如果載流子是在靠近電池表面這樣的高復(fù)合區(qū)的區(qū)域產(chǎn)生，那么它將會(huì)被復(fù)合。5量子效率：所謂“量子效率”，即太陽(yáng)能電池所收集的載流子的數(shù)量與入射光子的數(shù)量的比例。量子效率即可以與波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)又可以與光子能量相對(duì)應(yīng)。如果某個(gè)特定波長(zhǎng)的所有光子都被吸收，并且其所產(chǎn)生的少數(shù)載流子都能被收集，則這個(gè)特定波長(zhǎng)的所有光子的量子效率都是相同的。而能量低于禁帶寬度的光子的量子效率為零。6光譜響應(yīng)：光譜響應(yīng)指的是太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電流大小與入射

36、能量的比例。理想的光譜響應(yīng)在長(zhǎng)波長(zhǎng)段受到限制，因?yàn)榘雽?dǎo)體不能吸收能量低于禁帶寬度的光子。這種限制在量子效率曲線中同樣起作用。不同于量子效率的矩形曲線，光譜響應(yīng)曲線在隨著波長(zhǎng)減小而下降。因?yàn)檫@些短波長(zhǎng)的光子的能量很高，導(dǎo)致光子與能量的比例下降。光子的能量中，所有超出禁帶寬度的部分都不能被電池利用，而是只能加熱電池。在太陽(yáng)能電池中，高光子能量的不能完全利用以及低光子能量的無(wú)法吸收，導(dǎo)致了顯著的能量損失。7太陽(yáng)電池的參數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件：光源輻照度：1000W/m2；測(cè)試溫度：250C；AM1.5-地面太陽(yáng)光譜輻照度分布， AM0-大氣層上太陽(yáng)光譜輻照度分布等效電路，伏安特性曲線，最大功率點(diǎn)短路電流：

37、短路電流是指當(dāng)穿過(guò)電池的電壓為零時(shí)流過(guò)電池的電流（或者說(shuō)電池被短路時(shí)的電流）。通常記作ISC。開(kāi)路電壓：開(kāi)路電壓VOC是太陽(yáng)能電池能輸出的最大電壓，此時(shí)輸出電流為零。開(kāi)路電壓的大小相當(dāng)于光生電流在電池兩邊加的前置偏壓。填充因子：填充因子被定義為電池的最大輸出功率與開(kāi)路VOC和ISC的乘積的比值。效率：效率的定義為電池輸出的電能與射入電池的光能的比例；除了反映太陽(yáng)能電池的性能之外，效率還決定于入射光的光譜和光強(qiáng)以及電池本身的溫度。8電阻效應(yīng)：太陽(yáng)能電池的特征電阻：太陽(yáng)能電池的特征電阻就是指電池在輸出最大功率時(shí)的輸出電阻寄生電阻效應(yīng)：電池的電阻效應(yīng)以在電阻上消耗能量的形式降低了電池的發(fā)電效率。其中

38、最常見(jiàn)的寄生電阻為串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻。串聯(lián)電阻：太陽(yáng)能電池中，引起串聯(lián)電阻的因素有三種：第一，穿過(guò)電池發(fā)射區(qū)和基區(qū)的電流流動(dòng)；第二，金屬電極與硅之間的接觸電阻；第三便是頂部和背部的金屬電阻。一種直接估計(jì)電池的串聯(lián)電阻的方法是找出伏安曲線的在開(kāi)路電壓處的斜率。并聯(lián)電阻：并聯(lián)電阻RSH造成的顯著的功率損失通常是由于制造缺陷引起的，而不是糟糕的電池設(shè)計(jì)。9其他效應(yīng)：太陽(yáng)電池的分光感度特性：對(duì)于太陽(yáng)電池來(lái)說(shuō)，不同波長(zhǎng)的光照射時(shí)所產(chǎn)生的電能是不同的，用分光感度特性來(lái)表示溫度效應(yīng)：像所有其它半導(dǎo)體器件一樣，太陽(yáng)能電池對(duì)溫度非常敏感。溫度的升高降低了半導(dǎo)體的禁帶寬度，因此影響了大多數(shù)的半導(dǎo)體材料參數(shù)?？梢园?/p>

39、半導(dǎo)體的禁帶寬度隨溫度的升高而下降，看成是材料中的電子能量的提高。因此破壞共價(jià)鍵所需的能量更低。在半導(dǎo)體禁帶寬度的共價(jià)鍵模型中，價(jià)鍵能量的降低意味著禁帶寬度的下降。光強(qiáng)效應(yīng)：改變?nèi)肷涔獾膹?qiáng)度將改變所有太陽(yáng)能電池的參數(shù)，包括短路電流、開(kāi)路電壓、填充因子FF、轉(zhuǎn)換效率以及并聯(lián)電阻和串聯(lián)電阻對(duì)電池的影響。四提高太陽(yáng)電池效率的方法：1最大功率跟蹤：恒電壓控制法；擾動(dòng)觀察法；增量電導(dǎo)法；直線近似法；實(shí)際測(cè)量法。2聚光：聚光太陽(yáng)電池；聚光器；跟蹤裝置；冷卻器。五太陽(yáng)電池的設(shè)計(jì)：1基礎(chǔ)太陽(yáng)電池的設(shè)計(jì)：太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)包括明確電池結(jié)構(gòu)的參數(shù)以使轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最大，以及設(shè)置一定的限制條件。這些條件由太陽(yáng)能電池所處

40、的制造環(huán)境所決定。2為獲得最高效率，在設(shè)計(jì)單節(jié)太陽(yáng)能電池時(shí)，因注意幾項(xiàng)原則：1.提高能被電池吸收并生產(chǎn)載流子的光的數(shù)量。2.提高pn結(jié)收集光生載流子的能力。3. 提取不受電阻損耗的電流。3光學(xué)設(shè)計(jì)：光的損耗：光的損耗主要以降低短路電流的方式影響太陽(yáng)能電池的功率。減反射膜：減反射膜的厚度經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)，剛好為入射光的波長(zhǎng)的四分之一表面制絨：在硅表面制絨，可以與減反射膜相結(jié)合，也可以單獨(dú)使用，都能達(dá)到減小反射的效果電池厚度：像減小表面反射一樣，充分的吸收入射光也是獲得高轉(zhuǎn)換效率的必要途徑之一。而吸收光的多少則取決于光路徑的長(zhǎng)度和吸收系數(shù)。光陷阱：經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的太陽(yáng)電池通常擁有比電池實(shí)際厚度長(zhǎng)幾倍的光

41、路徑長(zhǎng)度，所謂電池光路徑長(zhǎng)度是指沒(méi)被吸收的光在射出電池前在電池內(nèi)所走的距離。通常稱它為器件厚度。朗伯背反射層：伯背反射層是一種特殊的背反射層，它能使反射光的方向隨機(jī)化。4復(fù)合效應(yīng)的降低：復(fù)合損耗：復(fù)合效應(yīng)同時(shí)造成光生電流（即短路電流）和前置偏壓注入電流（即開(kāi)路電壓）的損失。復(fù)合引起的電流損失：為了讓pn結(jié)能夠吸收所有的光生載流子，表面復(fù)合和體復(fù)合都要盡量減到最小復(fù)合引起的電壓損失：開(kāi)路電壓是指當(dāng)前置擴(kuò)散電流與短路電流大小相當(dāng)時(shí)的光電壓。前置擴(kuò)散電流的大小取決于pn結(jié)處復(fù)合效應(yīng)的大小，即擴(kuò)散電流隨著復(fù)合的提高而上升。表面復(fù)合：表面復(fù)合強(qiáng)烈影響短路電流的同時(shí)，也強(qiáng)烈影響著開(kāi)路電壓5頂端電極的設(shè)計(jì)：

42、、串聯(lián)電阻：除了使吸收最大化和復(fù)合最小化之外，設(shè)計(jì)一個(gè)高效率太陽(yáng)能電池的最后一個(gè)條件，便是使寄生電阻造成的損耗降到最低。體電阻：電池的體電阻被定義為：Rb=bw/A考慮到電池的厚度。式中b為電池的體電阻率（電導(dǎo)率的倒數(shù)）（硅電池通常為0.5-5.0cm）A為電池面積w為電池主體區(qū)域的寬度。表面電阻率：“表層電阻率”，一個(gè)取決于電阻率和厚度的參數(shù)，卻可以通過(guò)電池的n型層表面很輕易地測(cè)量出來(lái)。對(duì)于摻雜均勻的薄層來(lái)說(shuō)，表層電阻率被定義為：=/t其中，為n型層的電阻率，t為表層的厚度。發(fā)射區(qū)電阻：基于前面的表層電阻率，作為頂端電極柵的間距的函數(shù)且由發(fā)射區(qū)電阻造成的功率損失便可計(jì)算出來(lái)接觸電阻：接觸電阻

43、損耗發(fā)生在硅電池與金屬電極的交界處金屬網(wǎng)格的設(shè)計(jì)：頂端電極的優(yōu)化設(shè)計(jì)不只有子?xùn)藕湍笘烹娮璧淖钚』?，還包括與頂端電阻有關(guān)的總的損耗的最小化，即包括發(fā)射區(qū)的電阻損耗、金屬電極的電阻損耗和陰影損耗。6太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)：襯底材料（通常為硅）；電池厚度（100-500m）；基區(qū)的摻雜（1/m）；控制反射(前表面通常使用制絨技術(shù))；發(fā)射區(qū)摻雜(n型區(qū))；發(fā)射區(qū)的厚度(<1m)；發(fā)射區(qū)的摻雜水平(100/)第六章太陽(yáng)電池制作硅材料多晶硅按純度分類可以分為冶金級(jí)（工業(yè)硅）、太陽(yáng)能級(jí)、電子級(jí)。1、冶金級(jí)硅(Metallurgical Grade, MG)：是硅的氧化物在電弧爐中被碳還原而成。一般含Si為90

44、99%。2、太陽(yáng)級(jí)硅(Solar Grade, SG)：純度介于冶金級(jí)硅與電子級(jí)硅之間，至今未有明確界定。一般認(rèn)為含Si在99.9999.9999（46個(gè)9）3、電子級(jí)硅(Electronic Grade, EG)：一般要求含Si>99.9999%以上，超高純達(dá)到99.9999999%99.999999999%（911個(gè)9）?，F(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)是不管是單晶還是多晶硅太陽(yáng)電池，都使用大尺寸、超薄的硅片。硅中雜質(zhì)的行為(1) 周期表中III或V族元素，如硼（B）、磷（P）等電離能低，對(duì)電導(dǎo)率影響顯著，作摻雜劑P型摻硼（受主），N型摻磷（施主）(2) I副族和過(guò)渡金屬元素，如Fe、Zn、Mn、Cr

45、等電離能高，起復(fù)合中心的作用破壞 PN 結(jié)特性，少子壽命降低，轉(zhuǎn)換效率下降(3) 碳、氧、氮等元素形成化合物， 結(jié)晶缺陷，性能不均勻，硅片變脆太陽(yáng)級(jí)硅質(zhì)量的評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)因素：(1) 硅塊少子壽命 (ms) (2) 單位硅料消耗 （克硅/瓦或噸硅/兆瓦）(3) 太陽(yáng)電池組件總成本硅砂轉(zhuǎn)變成多晶硅的工藝： 四氯化硅法（分為精餾法，固體吸附法）/三氯氫硅法(改良西門子法)（有三道關(guān)鍵工序：由硅砂到冶金硅，由冶金硅到三氯氫硅，由三氯氫硅到多晶硅）/硅烷法多晶硅：全球電子工業(yè)及光伏產(chǎn)業(yè)的基石理論上講，可采用三種方法制取高純多晶硅材料即SiCl4，SiHCl3還原法和SiH4熱分解法。多晶硅主要采用化學(xué)提純、

46、物理提純兩方法進(jìn)行生產(chǎn)。化學(xué)提純法： 西門子法（氣相沉淀反應(yīng)法） 甲硅烷熱分解法 流態(tài)化床法物理提純法：區(qū)域熔化提純法（FZ）/直拉單晶法（CZ）/定向凝固多晶硅錠法（鑄造法）用西門子法可以得到純度為99.9999999% （9個(gè)9）的硅化學(xué)提純法還有 太陽(yáng)能級(jí)多晶硅新工藝技術(shù) 它包括：（1）冶金法生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅 主要工藝：選擇純度較好的工業(yè)硅（即冶金硅）進(jìn)行水平區(qū)熔單向凝固成硅錠，去除硅錠中金屬雜質(zhì)聚集的部分和外表部分后，進(jìn)行粗粉碎與清洗，在等離子體融解爐中去除硼雜質(zhì)，再進(jìn)行第二次水平區(qū)熔單向凝固成硅錠，去除第二次區(qū)熔硅錠中金屬雜質(zhì)聚集的部分和外表部分，經(jīng)粗粉碎與清洗后，在電子束融解爐中

47、去除磷和碳雜質(zhì)，直接生成太陽(yáng)能級(jí)多晶硅。(2) 氣液沉積法生產(chǎn)粒狀太陽(yáng)能級(jí)多晶硅主要工藝：將反應(yīng)器中的石墨管的溫度升高到1500攝氏度，流體三氯氫硅和氫氣從石墨管的上部注入，在石墨管內(nèi)壁1500攝氏度的高溫處反應(yīng)生成液體狀硅，然后滴入底部，溫度回升變成固體粒狀的太陽(yáng)能級(jí)多晶硅。(3) 重?fù)焦鑿U料提純法生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅物理提純 1，定向凝固多晶硅錠法（鑄造法）實(shí)現(xiàn)多晶硅定向凝固生長(zhǎng)的四種方法：(1)布里曼法 特點(diǎn)：坩堝和熱源在凝固開(kāi)始時(shí)作相對(duì)位移，分液相區(qū)和凝固區(qū)，液相區(qū)和凝固區(qū)用隔熱板隔開(kāi)。液固界面交界處的溫度梯度必須>0，即dT/dx>0，溫度梯度接近于常數(shù)。缺點(diǎn)：爐子結(jié)構(gòu)比熱

48、交換法復(fù)雜，坩堝需升降且下降速度必須平穩(wěn)，其次坩堝底部需水冷。(2) 熱交換法（Heat Exchange Method） 特點(diǎn)：坩堝和熱源在熔化及凝固整個(gè)過(guò)程中均無(wú)相對(duì)位移。一般在坩堝底部置一熱開(kāi)關(guān)，熔化時(shí)熱開(kāi)關(guān)關(guān)閉，起隔熱作用；凝固開(kāi)始時(shí)熱開(kāi)關(guān)打開(kāi)，以增強(qiáng)坩堝底部散熱強(qiáng)度。長(zhǎng)晶速度受坩堝底部散熱強(qiáng)度控制，如用水冷，則受冷卻水流量（及進(jìn)出水溫差）所控制。(3) 電磁鑄錠法（Electro-Magnetic Casting）特點(diǎn)：無(wú)坩堝（石英陶瓷坩堝）氧、碳含量低，晶粒比HEM法小提純效果穩(wěn)定。錠子截面沒(méi)有HEM法大，日本最大350mm×350mm，但錠子高度可達(dá)1公尺以上。(4)

49、澆鑄法 特點(diǎn)：熔化和結(jié)晶在兩個(gè)不同的坩堝中進(jìn)行，從圖中可以看出，這種生產(chǎn)方法可以實(shí)現(xiàn)半連續(xù)化生產(chǎn)，其熔化、結(jié)晶、冷卻分別位于不同的地方，可以有效提高生產(chǎn)效率，降低能源消耗。缺點(diǎn)：因?yàn)槿廴诤徒Y(jié)晶使用不同的坩堝，會(huì)導(dǎo)致二次污染，此外因?yàn)橛雄釄宸D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及引錠機(jī)構(gòu)，使得其結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜。單晶硅的制備：區(qū)熔法：1、主要是利用區(qū)域熔煉的原理。2、 區(qū)熔法生長(zhǎng)單晶可分為水平區(qū)熔和懸浮法兩種。3、區(qū)熔提純的原理是根據(jù)熔化的晶體再結(jié)晶過(guò)程雜質(zhì)在固相和液相中的濃度不同而達(dá)到提純的目的。4、懸浮區(qū)熔法生長(zhǎng)硅單晶時(shí)，必須得到一個(gè)穩(wěn)定的熔區(qū)。5、區(qū)熔單晶硅的原料是化學(xué)氣相沉積的高純多晶硅棒。6、區(qū)域熔化提純法（FZ）的

50、最大優(yōu)點(diǎn)在于：與傳統(tǒng)方法相比，對(duì)能源（電力）的消耗將減少60%以上；7、最大的缺點(diǎn)在于：難以達(dá)到高純度的電子級(jí)硅的要求。直拉法 當(dāng)熔體溫度穩(wěn)定地稍高于熔點(diǎn)，將籽晶放在上面烘烤幾分鐘后將籽晶與熔體熔接，這一步叫潤(rùn)晶或下種：為了消除位錯(cuò)要將籽晶拉細(xì)一段叫縮頸；之后要把晶體放粗到要求的直徑叫放肩；有了正常粗細(xì)后就保持此直徑生長(zhǎng)，稱之為等徑生長(zhǎng)；最后將熔體全部拉光。磁拉法工藝 將內(nèi)置硅材料的石英坩堝通過(guò)強(qiáng)磁場(chǎng)，在拉制過(guò)程中，使硅料懸浮于坩堝內(nèi)，防止氧等雜質(zhì)摻入，制作成本高、硅片面積不能太大，未被普遍使用。片狀硅的制備定邊喂膜法 在石墨坩堝中，使熔融的硅從能濕潤(rùn)硅的模具狹縫中通過(guò)，直接拉出正八角形的硅筒

51、蹼狀枝晶法 生產(chǎn)硅帶時(shí)，兩條枝晶直接從坩堝中長(zhǎng)出，由于表面張力的作用，兩條枝晶的中間會(huì)同時(shí)長(zhǎng)出一層如蹼狀的薄片，稱為蹼狀晶硅片的生產(chǎn)工藝硅片的生產(chǎn)工藝可以分成兩個(gè)階段，拉單晶硅棒和切片拋光。CZ法：多晶硅被放置在晶體拉制爐里的石英坩堝中，該石英坩堝被放置在石墨加熱器環(huán)繞的石墨坩堝里。晶體硅太陽(yáng)電池的制造電池片制造過(guò)程就是一個(gè)在硅基襯底上按照先后順序?qū)⑻?yáng)能電池的各個(gè)結(jié)構(gòu)制作完成的過(guò)程。制作順序?yàn)椋?.制作表面結(jié)構(gòu)（金字塔、多孔硅等）2.表面結(jié)構(gòu)上制作PN結(jié)層3.處理背面、側(cè)面無(wú)用結(jié)構(gòu)4.PN上面制作減反膜5.背面制作電極、鋁背場(chǎng)6.制作正面電極7.將電極金屬化電池工藝簡(jiǎn)介根據(jù)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)過(guò)程，分為

52、制絨（粗拋、制絨、清洗）、擴(kuò)散、濕法刻蝕、PECVD、電極制備五部分表面結(jié)構(gòu)制備1. 硅片表面損傷層的形成及處理方法2. 絨面腐蝕的原理3. 影響絨面質(zhì)量的關(guān)鍵因素及分析4. 工藝控制方法5. 化學(xué)清洗原理6. 安全注意事項(xiàng)硅片表面處理的目的: 1、去除硅片表面的機(jī)械損傷層2、清除表面油污和金屬雜質(zhì)3、形成起伏不平的絨面，增加硅片對(duì)太陽(yáng)光的吸收.硅片表面機(jī)械損傷層的處理：切割損傷層的腐蝕（初拋） 若損傷層去除不足會(huì)出現(xiàn)3種可能情況：1、殘余缺陷2、殘余缺陷在后續(xù)高溫處理過(guò)程中向材料深處繼續(xù)延伸3、切割過(guò)程中導(dǎo)致的雜質(zhì)未能完全去除。絨面的制備原理：有效的絨面結(jié)構(gòu)有助于提高太陽(yáng)能電池性能，主要體現(xiàn)

53、在短路電流的提高。制備絨面的目的：減少光的反射率，提高短路電流（Isc），最終提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。陷光原理：當(dāng)光入射到一定角度的斜面，光會(huì)反射到另一角度的斜面，形成二次或者多次吸收，從而增加吸收率。影響絨面質(zhì)量的關(guān)鍵因素及分析1. NaOH濃度2. 無(wú)水乙醇或異丙醇濃度3. 制絨槽內(nèi)硅酸鈉的累計(jì)量4. 制絨腐蝕的溫度5. 制絨腐蝕時(shí)間的長(zhǎng)短6. 槽體密封程度、乙醇或異丙醇的揮發(fā)程度化學(xué)清洗原理：HF去除硅片表面氧化層/HCl去除硅片表面金屬雜質(zhì)多晶硅絨面：多晶硅表面的晶向結(jié)構(gòu)是隨意分布的，為了得到均一的絨面結(jié)構(gòu)，人們采用機(jī)械刻槽 等離子刻蝕 電火花刻蝕 激光束刻蝕 酸液腐蝕等技術(shù)制備多晶硅

54、絨面。清洗所用的化學(xué)藥品：氫氧化鈉（NaOH） 乙醇（C2H6O） 鹽酸（HCl） 雙氧水（H2O2） 氫氟酸（HF） 硝酸（HNO3） 硅酸鈉（Na2SiO3） 異丙醇（IPA）磷擴(kuò)散：太陽(yáng)電池制造的核心工序擴(kuò)散的目的：形成PN結(jié)擴(kuò)散溫度和擴(kuò)散時(shí)間對(duì)擴(kuò)散結(jié)深影響較大擴(kuò)散方法：三氯氧磷（POCl3）液態(tài)源擴(kuò)散噴涂磷酸水溶液后鏈?zhǔn)綌U(kuò)散絲網(wǎng)印刷磷漿料后鏈?zhǔn)綌U(kuò)散POCl3 簡(jiǎn)介：POCl3是目前磷擴(kuò)散用得較多的一種雜質(zhì)源1、無(wú)色透明液體，具有刺激性氣味。如果純度不高則呈紅黃色。2、比重為1.67，熔點(diǎn)2，沸點(diǎn)107，在潮濕空氣中發(fā)煙。3、POCl3很容易發(fā)生水解，POCl3極易揮發(fā)。POCl3液態(tài)源

55、擴(kuò)散方法具有生產(chǎn)效率較高，得到PN結(jié)均勻、平整和擴(kuò)散層表面良好等優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)于制作具有大面積結(jié)的太陽(yáng)電池是非常重要的。第七章太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成1通過(guò)太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電系統(tǒng)稱為太陽(yáng)能光伏發(fā)電系 統(tǒng)。其主要結(jié)構(gòu)由太陽(yáng)能電池組件（或方陣）/ 蓄電池（組）/光伏控制器/逆變器（在有需要輸出交流電的情況下使用）/一些測(cè)試、監(jiān)控、防護(hù)等附屬設(shè)施構(gòu)成（直流配線系統(tǒng)/交流配電系統(tǒng)/運(yùn)行監(jiān)控和檢測(cè)系統(tǒng)/防雷和接地系統(tǒng)等）。2、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)從大類上可分為：獨(dú)立（離網(wǎng)）光伏發(fā)電系統(tǒng)；并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)兩大類。1）圖1-2是獨(dú)立型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理示

56、意圖。a太陽(yáng)能光伏發(fā)電的核心部件是太陽(yáng)能電池板，它將太陽(yáng)光的光能直接轉(zhuǎn) 換成電能，并通過(guò)控制器把太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電能存儲(chǔ)于蓄電池中。b當(dāng)負(fù)載用電時(shí)，蓄電池中的電能通過(guò)控制器合理地分配到各個(gè)負(fù)載上。c太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的電流為直流電，可以直接以直流電的形式應(yīng)用，也 可以用交流逆變器將其轉(zhuǎn)換成為交流電，供交流負(fù)載使用。d太陽(yáng)能發(fā)電的電能可以即發(fā)即用，也可以用蓄電池等儲(chǔ)能裝置將電能存 儲(chǔ)起來(lái)，在需要時(shí)使用.2) 圖1-3是并網(wǎng)型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)工作原理示意圖。 并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池組件方陣將光能轉(zhuǎn)變成電能，并經(jīng)直 流配線箱進(jìn)入并網(wǎng)逆變器，有些類型的并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)還要配置蓄電池 組存儲(chǔ)直流電

57、能。 并網(wǎng)逆變器由充放電控制、功率調(diào)節(jié)、交流逆變、并網(wǎng)保護(hù)切換等部分 構(gòu)成。經(jīng)逆變器輸出的交流電供負(fù)載使用，多余的電能通過(guò)電力變壓器 等設(shè)備饋入公共電網(wǎng)（可稱為賣電）。 當(dāng)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)因天氣原因發(fā)電不足或自身用電量偏大時(shí)，可由公共電 網(wǎng)向交流負(fù)載供電（稱為買電）。 系統(tǒng)還配備有監(jiān)控、測(cè)試及顯示系統(tǒng)，用于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)工作狀態(tài)的監(jiān)控、 檢測(cè)及發(fā)電量等各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，還可以利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)遠(yuǎn)程傳輸 控制和顯示數(shù)據(jù)。3、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類 A.獨(dú)立（離網(wǎng)）光伏發(fā)電系統(tǒng):直流光伏發(fā)電系統(tǒng)/有蓄電池的系統(tǒng)/ 沒(méi)有蓄電池的系統(tǒng)/交流光伏發(fā)電系統(tǒng)/交、直流混合光伏發(fā)電系統(tǒng)B.并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng):有逆流光伏發(fā)電系統(tǒng)/無(wú)逆流光伏發(fā)電系統(tǒng)/根據(jù)用途也分為/有蓄電池系統(tǒng)/無(wú)蓄電池系統(tǒng)4獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng) 有蓄電池的直流光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖1-5所示。 該系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池、充放電控制器、蓄電池以及直流負(fù)載等組成。 有陽(yáng)光時(shí)，太陽(yáng)能電池將光能轉(zhuǎn)換為電能供負(fù)載使用，并同時(shí)向蓄電池存儲(chǔ)電能。 夜間或陰雨天時(shí)，則由蓄電池向負(fù)載供電。 這種系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，小到太陽(yáng)能草坪燈、庭院燈，大到遠(yuǎn)離電網(wǎng)的移動(dòng)通信基站、微波中轉(zhuǎn)站，邊遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)村供電等