光伏電池 介紹

光伏電池一、光伏發(fā)電原理研究發(fā)現(xiàn)，光照使不均勻的半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間，產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象被稱為光生伏特效應(yīng)(Photovoltaiceffect)，簡稱光伏效應(yīng)。一般化合價為4的硅晶體半導(dǎo)體中摻入少量化合價為3的硼原子時，硅晶體中就會出現(xiàn)正電荷的空穴，形成P型半導(dǎo)體;當硅晶體中摻入化合價為5的磷原子后,就會出現(xiàn)負電荷的電子，形成N型半導(dǎo)體。當P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時,在兩種半導(dǎo)體交界面區(qū)域會形成一個特殊的薄層，界面P型半導(dǎo)體一側(cè)帶負電,N型半導(dǎo)體一側(cè)帶正電，如圖1所示。由于P型半導(dǎo)體多余空穴，N型半導(dǎo)體中多余自由電子，出現(xiàn)了N區(qū)的電子擴散到P區(qū)，P區(qū)的空穴擴散到N區(qū)，這樣,就形成了由N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)電場(E)，以阻止擴散的進行，達到平衡后，形成特殊的薄層，這就是PN結(jié)。形成特殊的薄層，這就是PN結(jié)?？臻g電荷區(qū) F E、 f1寺十+士+士+T-N 內(nèi)電*圖PN結(jié)示意當半導(dǎo)體晶片受陽光照射后，PN結(jié)中的P型半導(dǎo)體的光生電子向PN結(jié)擴散，進入PN結(jié)后，即被“內(nèi)電場”推向N區(qū)；而N型半導(dǎo)體產(chǎn)生的光生空穴，先向PN結(jié)擴散，進入PN結(jié)后，即被“內(nèi)電場”推向P區(qū)。這種電子和空穴的移動，在N區(qū)積累了大量的光生電子，而P區(qū)則積累了大量的光生空穴，在PN結(jié)兩側(cè)出現(xiàn)了光生電動勢，當外電路連接起來時就有光生電流通過。如下圖所示，防反射層1(*1防反射層1(*1-N型硅(P+)―-P型硅(B-)ae?1?前極電(-)日;光日光日咅/后極電(+)3=0PN結(jié)光伏效應(yīng)示意二、分類主要有硅太陽能電池、聚光太陽能電池、無機化合物薄膜太陽能電池、有機薄膜太陽能電池、納米晶薄膜太陽能電池和疊層太陽能電池等幾大類。硅太陽能電池根據(jù)硅片厚度的不同，可分為晶體硅太陽能電池和薄膜硅太陽能電池兩大類。晶體硅太陽能電池有單晶硅（c-Si）和多晶硅（p-Si）太陽能電池兩類，理論最咼光電轉(zhuǎn)化效率為25%，據(jù)報道c-Si太陽能電池最高光電轉(zhuǎn)化效率已達24.17%。2004年采用新技術(shù)，在世界上率先使p-Si太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率突破20%大關(guān)，達到20.13%。薄膜硅太陽能電池（硅膜厚約50Lm）的出現(xiàn)，相對晶體硅太陽能電池，所用的硅材料大幅度減少，很大程度上降低了晶體硅太陽能電池的成本。聚光太陽能電池聚光是降低太陽能電池總成本的一種方法，通過聚光器（倍率一般大于幾十倍，有反射式和透鏡式兩種）將較大面積的陽光聚在一個較小的范圍內(nèi)，形成/焦斑0或/焦帶0,并將太陽能電池置于“焦斑”或“焦帶”上以增加光強，克服太陽輻射能流密度低的缺陷，從而獲得更多的電能輸出。二、 薄膜硅太陽能電池主要有多晶硅薄膜太陽能電池、非晶硅薄膜太陽能電池和微晶硅薄膜太陽能電池。這里我們主要介紹多晶硅薄膜太陽能電池。薄膜硅太陽能電池（硅膜厚約50Lm）的出現(xiàn)，相對晶體硅太陽能電池，所用的硅材料大幅度減少，很大程度上降低了晶體硅太陽能電池的成本。薄膜硅太陽能電池主要有非晶硅（a-Si）、微晶硅（Lc-Si）和多晶硅（p-Si）薄膜太陽能電池,前兩者有光致衰退效應(yīng)，其中Lc-Si薄膜太陽能電池光致衰退效應(yīng)相對較弱但Lc-Si薄膜沉積速率低（僅112nm/s），光致衰退效應(yīng)致使其性能不穩(wěn)定，發(fā)展受到一定的限制，而后者則無光致衰退效應(yīng)問題，因此是硅系太陽能電池的發(fā)展方向。光致衰退效應(yīng)，light-induceddegradation也稱S-W效應(yīng)。a-Si:H薄膜經(jīng)較長時間的強光照射或電流通過，在其內(nèi)部將產(chǎn)生缺陷而使薄膜的使用性能下降，稱為Steabler-Wronski效應(yīng)。三、 影響光電轉(zhuǎn)換效率的因素1、太陽能電池發(fā)電原理：利用光伏發(fā)電，即通過一對有光響應(yīng)的器件將光能轉(zhuǎn)換成電能。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能光伏電池組，光伏系統(tǒng)電池控制器，蓄電池和交直流逆變器等主要部件組成，其中的核心元件是光伏電池組和控制器。各部件在系統(tǒng)中的作用。光伏電池：光電轉(zhuǎn)換。太陽能電池主要由晶硅材料做作成類似二極管中的P-N結(jié)，工作原理與二極管類似。在二極管中，推動P-N結(jié)空穴和電子運動的是外部電場，而在太陽能電池中推動P-N結(jié)空穴和電子運動的是太陽光子和光輻射熱。也就是通常所說的光電伏特效應(yīng)原理?？刂破鳎鹤饔糜谡麄€系統(tǒng)的過程控制。光伏發(fā)電系統(tǒng)中使用的控制器類型很多，而我國目前使用的大都是設(shè)計較簡單的控制器，其中智能型控制器僅用于通信系統(tǒng)和較大型的光伏電站。蓄電池：蓄電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，用來存儲由光伏電池轉(zhuǎn)換來的電能。目前我國還沒有用于光伏系統(tǒng)的專用蓄電池，而是使用常規(guī)的鉛蓄電池。交直流逆變器：用于交直流轉(zhuǎn)換，因此這個部件的重要指標是轉(zhuǎn)換效率。例如并網(wǎng)逆變器采用最大功率跟蹤技術(shù)，最大限度地把光伏電池轉(zhuǎn)換的電能送入電網(wǎng)。2、影響光電轉(zhuǎn)換效率的因素研究光電轉(zhuǎn)換效率的一些參數(shù)光電轉(zhuǎn)換效率n%為評估太陽電池好壞的重要因素。目前使用的太陽能電池實驗室：n~24%,產(chǎn)業(yè)化：n~i5%。填充因子FF%為評估太陽電池負載能力的重要因素。FF=(ImXVm)/(IscXVoc)0其中：Isc-短路電流，Voc-開路電壓，Im-最佳工作電流，Vm-最佳工作電壓；標準光強與地面環(huán)境溫度：AM1.5光強，1000W/m2，t=25°C；AM1.5，地球大氣層外接受到的太陽輻射，未受到大氣層的反射和吸收，稱為大氣質(zhì)量為0的輻射，以AM0表示。太陽輻射在到達地球之前，被大氣層中的氣體分子及懸浮微粒所吸收、散射和反射而被削弱，這種削弱還與穿透大氣層的距離有關(guān)，這又決定于太陽輻射的方向。通常，以AM1表示垂直于太陽入射方向上單位面積上得到的太陽光譜。AM1.5，AM2等分別表示不同方向得到的太陽光譜。1.5=光線在大氣走的路程/垂直路程，是一個夾角關(guān)系。用公式AM俎/cos(z)，z為天頂角可知，AM1.5對于與天頂角48.2。，包括中國，歐洲，美國在內(nèi)的大部分國家都處在這個中緯度區(qū)域。天頂角即入射光線與當?shù)靥祉敺较虻膴A角。光伏電池中電子在通過P-N結(jié)后，如果在半導(dǎo)體中流動，電阻非常大，損耗也就非常大。但如果在上層全部涂上金屬材料，陽光就不能通過，電流就不能產(chǎn)生,因此一般用金屬網(wǎng)格覆蓋P-N結(jié)(如下圖梳狀電極)，即能減小電即能減小電阻降低損耗又能增加入射光的面積，增大工作效率。

g探護幣硅的表面非常光滑，大量的太陽光會被反射，則太陽能電池板的工作功率會減小。為減少陽光的反射，則在硅表面涂上一層反射系數(shù)非常小的保護膜(上圖梳狀電極)，將反射損失將大大減小。。然而，一塊電池所能提供的電流和電壓有限，則可以將很多電池并聯(lián)或串聯(lián)起來使用以達到提高太陽能光電板的利用率。當太陽能電池板溫度升高，太陽能電池板的轉(zhuǎn)換率降低。若在太陽能電池板上加隔熱保護罩，有利于阻止太陽能電池板板體的溫度升高，從而提高太陽能電池板光電轉(zhuǎn)換率(利用光電材料吸收光能后轉(zhuǎn)換成電能的效率叫光電轉(zhuǎn)換率)。上面給出的是結(jié)論，即降低電池板溫度可以提高光電轉(zhuǎn)換效率，那么下面我們研究為什么。實驗條件：固定日照量在1000W/m2，串聯(lián)電組Rs=0.614Q時，分別仿真溫度在0°C100°C時的太陽能電池模塊I-V曲線和P-V曲線。由此二圖可知，在固定日照強度下，當溫度升高時太陽能電池的開路電壓會有所下降，短路電流卻會有所增加。整體而言，輸出功率會略微減少，而所能輸出的最大功率值也會隨著溫度的遞增而遞減，對應(yīng)于溫度變化，最大功率值也會呈現(xiàn)線性變化。溫度的上升，會造成太陽能電池輸出功率的減少，因此工作環(huán)境的溫度將會直接影響到太陽能電池的效率。(4太陽能電池板的發(fā)電量與太陽光入射角有關(guān)，當太陽光線與太陽電池板平面垂直時轉(zhuǎn)換率最高。用自動追光系統(tǒng)轉(zhuǎn)換率可提高40%。(5)光照強度對太陽能電池板輸出功率的影響同等條件下，光照強度與太陽能電池呈正相關(guān)關(guān)系。下面我們看一個實驗及其得出的圖像。不同日照量下對太陽能電池I-V曲線的影響

不同日照量下對太陽能電池P-V曲線的影響S=1￡HJQw/m2不同日照量下對太陽能電池P-V-I3D曲線觀察上述三幅實驗圖像，可得：日照強度改變時，其開