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太陽能電池工作原理及特性參數(shù)南開大學光電子所:陳培專2023/8/10太陽能電池工作原理及特性參數(shù)南開大學光電子所:陳培專2023背景太陽能電池工作原理太陽能電池特性參數(shù)太陽能電池應(yīng)用目錄2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity2背景目錄2023/8/1InstituteofPhoto背景太陽能電池工作原理太陽能電池特性參數(shù)太陽能電池應(yīng)用目錄2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity3背景目錄2023/8/1InstituteofPhoto2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity4背景2023/8/1InstituteofPhoto-ele太陽能利用優(yōu)勢取之不盡用之不竭地球1天接收的太陽能=世界1年能源消耗總量X200倍利用方便有光照的地方就有太陽能清潔無廢渣、廢水、廢氣無噪音、大氣污染、影響生態(tài)平衡等環(huán)境問題2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity5背景太陽能電池是太陽能利用的重要途徑之一太陽能利用優(yōu)勢2023/8/1InstituteofPh背景太陽能電池工作原理太陽能電池特性參數(shù)太陽能電池應(yīng)用目錄2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity6背景目錄2023/8/1InstituteofPhoto太陽能電池:也稱光伏電池,是吸收太陽能并將其直接轉(zhuǎn)換為電能的器件基本工作原理光生伏特效應(yīng):半導(dǎo)體材料吸收光能后在PN結(jié)上產(chǎn)生電動勢的效應(yīng)1839年,法國物理學家貝勒克爾發(fā)現(xiàn)(E.Becquerel)PN結(jié):P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體實現(xiàn)原子級接觸(冶金學接觸)所形成的結(jié)構(gòu)2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity7太陽能電池工作原理太陽能電池:也稱光伏電池,是吸收太陽能并將其直接轉(zhuǎn)換為電能的PN結(jié)的形成2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity8太陽能電池工作原理PN結(jié)的形成2023/8/1InstituteofPhoPN結(jié)特點擴散與漂移作用平衡,流過PN結(jié)的凈電流為零PN結(jié)的厚度一定內(nèi)建電場由N指向P接觸電位一定(約零點幾伏)9太陽能電池工作原理++++++++PN結(jié)NPPN結(jié)特點9太陽能電池工作原理++++++++PN結(jié)NP1、產(chǎn)生——光照產(chǎn)生電子空穴對。光子能量大于禁帶寬度hv>Eg2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity10太陽能電池工作原理++++++++PN結(jié)NP1、產(chǎn)生——光照產(chǎn)生電子空穴對。光子能量大于禁帶寬度hv>E2、輸運——產(chǎn)生的電子空穴對向勢場區(qū)運動(擴散或漂移)2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity11太陽能電池工作原理++++++++PN結(jié)NP2、輸運——產(chǎn)生的電子空穴對向勢場區(qū)運動(擴散或漂移)2023、分離——電子和空穴在內(nèi)建電場作用下向反方向運動分離2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity12太陽能電池工作原理++++++++PN結(jié)NP3、分離——電子和空穴在內(nèi)建電場作用下向反方向運動分離202產(chǎn)生光生電動勢2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity13太陽能電池工作原理++++++++PN結(jié)NP光生電場產(chǎn)生光生電動勢2023/8/1InstituteofPh空間電荷層減小,PN結(jié)勢壘降低2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity14太陽能電池工作原理++++PN結(jié)NP光生電場空間電荷層減小,PN結(jié)勢壘降低2023/8/1Institu背景太陽能電池工作原理太陽能電池特性參數(shù)太陽能電池應(yīng)用目錄2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity15背景目錄2023/8/1InstituteofPhoto1、開路電壓Voc:受光照的PN結(jié)如果處于開路狀態(tài),光生載流子只能積累于PN結(jié)兩側(cè)產(chǎn)生光生電動勢,此時在電池外測得的電位差稱為光生電壓2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity16太陽能電池特性參數(shù)++++NP光生電場+VVoc1、開路電壓Voc:受光照的PN結(jié)如果處于開路狀態(tài),光生載流Voc是太陽能電池可能獲得的最大電壓Voc的大小和PN結(jié)性質(zhì)及光照強度有關(guān)2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity17太陽能電池特性參數(shù)Voc是太陽能電池可能獲得的最大電壓2023/8/1Inst++++2、短路電流Isc:光照狀態(tài)下把PN結(jié)從外部短路,則PN結(jié)附近的光生載流子將通過這個途徑流通,這時流過太陽電池的叫短路電流。2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity18太陽能電池特性參數(shù)NP光生電場+A++++++++++++2、短路電流Isc:光照狀態(tài)下把PN結(jié)從外部短路,則非平衡載流子不再積累于PN結(jié)兩側(cè),PN結(jié)恢復(fù)平衡狀態(tài)電流方向從PN結(jié)內(nèi)部看,從N區(qū)指向P區(qū)光生電動勢為02023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity19太陽能電池特性參數(shù)非平衡載流子不再積累于PN結(jié)兩側(cè),PN結(jié)恢復(fù)平衡狀態(tài)20233、轉(zhuǎn)換效率η:最大輸出功率(Pmax)和輸入光功率(Pin)之比。

η

=Pmax/Pin2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity20太陽能電池特性參數(shù)++++Pmax光生電場+0-∞3、轉(zhuǎn)換效率η:最大輸出功率(Pmax)和輸入光功率(PinI-V特性曲線4、填充因子FF:最大輸出功率Pmax占以Isc和Voc為邊長的矩形面積的比率。FF=Pmax/VocIsc=ImVm/VocIsc

η=Pmax/Pin=FF*IscVoc/Pin2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity21太陽能電池特性參數(shù)I-V特性曲線2023/8/1InstituteofPh背景太陽能電池工作原理太陽能電池特性參數(shù)太陽能電池應(yīng)用目錄2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity22背景目錄2023/8/1InstituteofPhoto2023/8/10InstituteofPhoto-electronicsThinFilmDevicesandTechniqueofNankaiUniversity23太陽能電池應(yīng)用光伏

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