單晶硅硅太陽能電池

單晶硅硅太陽能電池第一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日太陽能電池的發(fā)展歷史1單晶硅太陽能電池與多晶硅太陽能電池的差異

2單晶硅太陽能電池的工作原理

3目錄5光照對(duì)單晶硅太陽能電池的影響

65溫度對(duì)單晶硅太陽能電池的影響

4單晶硅太陽能電池的基本特性參數(shù)

第二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日一、太陽能電池的發(fā)展歷史1839年法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾首次發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng)。1954年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室制成第一個(gè)單晶硅太陽能電池。1958年我國(guó)研制出了首塊硅單晶，研發(fā)出的電池主要用于空間領(lǐng)域。70年代末，我國(guó)與國(guó)際同期開展了砷化鎵太陽能電池研究，該電池具有很高的光吸收系數(shù)，1999年，2×2cm2電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)22％。1975年寧波、開封先后成立太陽電池廠，電池制造工藝模仿早期生產(chǎn)空間電池的工藝，太陽能電池的應(yīng)用開始從空間降落到地面。80年代末期，國(guó)內(nèi)先后引進(jìn)了多條太陽能電池生產(chǎn)線，生產(chǎn)能力由原來的幾百KW（千瓦）一下子提升到4.5MW，這種產(chǎn)能一直持續(xù)到2002年，產(chǎn)量則只有2MW左右。1999年，保定天威英利新能源有限公司承建了“多晶硅太陽能電池及應(yīng)用系統(tǒng)示范工程”項(xiàng)目，2003年12月正式通過國(guó)家驗(yàn)收，全線投產(chǎn)，填補(bǔ)了我國(guó)不能商業(yè)化生產(chǎn)多晶硅太陽能電池的空白。第三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日2002年9月，尚德第一條10MW太陽電池生產(chǎn)線正式投產(chǎn)，產(chǎn)能相當(dāng)于此前四年全國(guó)太陽電池產(chǎn)量的總和，一舉將我國(guó)與國(guó)際光伏產(chǎn)業(yè)的差距縮短了15年。2004年1月19日，中國(guó)第一臺(tái)12對(duì)棒多晶硅高效節(jié)能大還原爐在中硅高科試驗(yàn)成功，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。至此，中國(guó)人掌握了由美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)壟斷20余年的多晶硅生產(chǎn)核心技術(shù)。2005年，國(guó)內(nèi)第一個(gè)300噸多晶硅生產(chǎn)項(xiàng)目在洛陽中硅建成投產(chǎn)，拉開了中國(guó)多晶硅大發(fā)展的序幕。2005年12月14日，無錫尚德在美國(guó)紐約證券交易所掛牌，成為中國(guó)內(nèi)地首家在紐交所掛牌上市的民營(yíng)高科技企業(yè)。從此，國(guó)內(nèi)太陽能電池的生產(chǎn)和研發(fā)也駛?cè)肓丝燔嚨馈?007年，我國(guó)太陽能電池產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的三分之一，成為世界第一大太陽能電池生產(chǎn)國(guó)。結(jié)語：盡管我國(guó)從2007年開始成為世界生產(chǎn)太陽能電池最多的國(guó)家，但與國(guó)外還有不少的差距。而且，在各種新型太陽能電池的開發(fā)上，我們還處在起步的階段，而國(guó)外已經(jīng)有了很大的發(fā)展，因此，我國(guó)太陽能電池的發(fā)展任重而道遠(yuǎn)。第四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日二、單晶硅太陽能電池與多晶硅太陽能電池的差異單晶硅和多晶硅都是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。單晶硅即原子排列得非常整齊，晶格位向完全一致，且無任何缺陷存在。多晶硅即由許多位向不同的晶格組成，且其內(nèi)部還存在著多種晶體缺陷。多晶硅是制造單晶硅的原料。單晶是采取直拉發(fā)生產(chǎn)，直拉過程就是一個(gè)原子結(jié)構(gòu)重組的過程。而多晶多采用澆注法生產(chǎn)，就是直接把硅料倒入坩堝中融化定型。單晶硅片為方圓形，多晶硅為方形。對(duì)太陽電池來講，方形基片更合算，通過澆鑄法和直接凝固法所獲得的多晶硅可直接獲得方形材料。單晶硅電池具有電池轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)定性好，但是成本較高；多晶硅電池成本低，但轉(zhuǎn)換效率略低于單晶硅太陽能電池。第五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日多晶硅：硅錠——硅片——電池片——組件單晶硅：硅棒——硅片——電池片——組件第六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日三、單晶硅太陽能電池的工作原理

單晶硅太陽能電池片的結(jié)構(gòu)主要包括：正面梳狀電極、減反射膜、N型層、PN結(jié)、P型層、背面電極等，如下圖所示：第七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日工作原理：當(dāng)太陽光照射到太陽電池上并被吸收時(shí)，其中能量大于禁帶寬度的光子能把價(jià)帶中電子激發(fā)到導(dǎo)帶上去，形成自由電子，價(jià)帶中留下帶正電的自由空穴，即電子一空穴對(duì)；自由電子和空穴在不停的運(yùn)動(dòng)中擴(kuò)散到P-N結(jié)的空間電荷區(qū)，被該區(qū)的內(nèi)建電場(chǎng)分離，電子被掃到電池的N型一側(cè)，空穴被掃到電池的P型一側(cè)，從而在電池上下兩面(兩極)分別形成了正負(fù)電荷積累，產(chǎn)生“光生電壓”，即“光伏效應(yīng)”，若在電池兩側(cè)引出電極并接上負(fù)載，負(fù)載中就有“光生電流”通過。工作原理圖第八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日四、單晶硅太陽能電池的基本特性參數(shù)

開路電壓UOC，即將太陽能電池置于100mW/cm2的光源照射下，在兩端開路時(shí)，太陽能電池的輸出電壓值。短路電流ISC，就是將太陽能電池置于標(biāo)準(zhǔn)光源的照射下，在輸出端短路時(shí)，流過太陽能電池兩端的電流。最大輸出功率Pm，如果選擇的負(fù)載電阻值能使輸出電壓和電流的乘積最大，即可獲得最大輸出功率。填充因子FF，他是最大輸出功率與開路電壓和短路電流乘積之比，是代表太陽能電池在帶最佳負(fù)載時(shí)，能輸出的最大功率的特性。轉(zhuǎn)換效率η指在外部回路上連接最佳負(fù)載電阻時(shí)的最大能量轉(zhuǎn)換效率。伏安特性，工作狀態(tài)下太陽電池的電壓-電流特性。第九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日?qǐng)D示：在給定的日照和溫度下短路電流ISC

、開路電壓UOC、輸出功率Pm與填充因子FF的關(guān)系。實(shí)線部分是I-V（伏安）曲線，虛線部分為P-V（伏瓦）曲線。UocIsc第十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日五、溫度對(duì)單晶硅太陽能電池的影響溫度對(duì)I-V特性的影響第十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日溫度對(duì)短路電流的影響圖1短路電流與溫度的關(guān)系

Isc隨溫度上升而緩慢上升，這是由于串聯(lián)電阻與并聯(lián)電阻的存在，光電流流過Rs要產(chǎn)生一定壓降，當(dāng)測(cè)量短路電流時(shí)在Rsh上也要損失部分電流，而且隨著電流的增大，兩者的影響也加大，從而抑制了Isc的增加。第十二頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日溫度對(duì)它的輸出開路電壓影響大，溫度越高，開路電壓越低。溫度對(duì)開路電壓的影響圖2開路電壓與溫度的關(guān)系第十三頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日在這一溫度范圍內(nèi)，輸出功率出現(xiàn)一個(gè)最大值和一個(gè)最小值，并不是朝一個(gè)方向變化。在305K左右，電池的輸出功率最大。通過最大值以后輸出功率隨溫度的增加而降低。溫度對(duì)輸出功率的影響圖3輸出功率與溫度的關(guān)系第十四頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日串、并聯(lián)電阻對(duì)填充因子有較大影響，串聯(lián)電阻越大，填充因子也隨之減少的越多；并聯(lián)電阻越小，填充因子隨之也下降的越多，在這一溫度范圍內(nèi)，填充因子出現(xiàn)一個(gè)最大值，填充因子隨著溫度的變化而變化。

溫度對(duì)填充因子的影響圖4填充因子與溫度的關(guān)系第十五頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日六、光照對(duì)單晶硅太陽能電池的影響

基本量的測(cè)定在不加偏壓用白光照射時(shí)(暗箱中光源到太陽能電池的距離保持為20cm，裝置如下圖所示)，測(cè)量太陽能電池在不同負(fù)載電阻R下通過太陽能電池的輸出電流I和輸出電壓U，并由此確定當(dāng)太陽能電池輸出功率為Pmax時(shí)相應(yīng)的負(fù)載電阻R，并繪制I-U關(guān)系圖和P-R關(guān)系圖。再?gòu)腎-U圖中找出短路電流Isc和開路電Uoc，從P-R圖中找出最大輸出功率Pmax及相應(yīng)的負(fù)載電阻，計(jì)算可得到填充因子FF。第十六頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日在不加偏壓時(shí)，以白色光照射太陽能電池，電路原理圖如圖A所示。測(cè)得在不同負(fù)載電阻R下流過太陽能電池的電流I和太陽能電池的輸出電壓U，分析所得數(shù)據(jù)可得到電流I和電壓U的變化關(guān)系，如圖B所示。同理，太陽能電池的輸出功率P與負(fù)載電阻R的關(guān)系如圖C所示：+太陽能電池—VA光照?qǐng)DA電路原理圖第十七頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日?qǐng)DB圖C由圖B可知，ISC=0.722mA；UOC=3.78V。由圖C可知，Pmax=1.887mW；此時(shí)R=5400Ω。算出填充因子：第十八頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日光照效應(yīng)在暗箱中，取定J0作為標(biāo)準(zhǔn)的光照強(qiáng)度，在本實(shí)驗(yàn)中，取自光源水平距離20cm處光強(qiáng)作為標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度，用光度計(jì)測(cè)量該處的光照強(qiáng)度J0。通過改變太陽能電池到光源的距離d，來改變光照強(qiáng)度J。而J/J0是太陽能電池接受的相對(duì)光強(qiáng)度。通過測(cè)量Isc、Uoc與J/J0

，可得出Isc、Uoc分別與J/J0之間的近似函數(shù)關(guān)系，如圖D、圖E所示。圖DISC-J/J0的函數(shù)關(guān)系圖第十九頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日?qǐng)DEUOC-J/J0的函數(shù)關(guān)系圖

從圖D圖E得到Isc、Uoc與相對(duì)光強(qiáng)度J/J0的函數(shù)關(guān)系式為：相關(guān)系數(shù)

相關(guān)系數(shù)

第二十頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日輸出功率和光照強(qiáng)度之間的關(guān)系通過改變光照強(qiáng)度，也就是單晶硅太陽能電池與光源之間的距離d變化，測(cè)量幾組不同的輸出電壓和輸出電流數(shù)值，可以得到在不同的光照下的輸出功率，進(jìn)而得到輸出功率和光照強(qiáng)度的關(guān)系，如下圖所示：第二十一頁，共二十四頁，編輯于2023年，星期日本章總結(jié)：圖示：隨著光照的變化I-V曲線和P-V曲線的變化圖，從圖中可以看出，短路電流隨光照的增強(qiáng)呈線性增長(zhǎng)，開路電壓變化很小，但輸出功率因?yàn)槎搪冯娏鞯挠绊懽兓@著。

I-V曲線P-V曲線第二十二頁，共二