第二章-光伏電池及其特性資料

第二章-光伏電池及其特性資料第一頁，共93頁。2.1PrincipleofSolarCells2.1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體—導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。本征半導(dǎo)體—純凈的半導(dǎo)體。如硅、鍺單晶體。摻雜半導(dǎo)體--photovoltaiccells第二頁，共93頁。WhatareSemiconductors?入門導(dǎo)帶性界于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料中階電阻系數(shù)約為10-3~108

.cm的材料進(jìn)階能隙約在4eV以下之的材料第三頁，共93頁。能帶理論（補(bǔ)充內(nèi)容）E2E3E5E4E6E7E10EE~k曲線的表達(dá)圖式第四頁，共93頁。能帶理論的基本要點(diǎn)量子力學(xué)計(jì)算表明,固體中若有N個(gè)原子,由于各原子間的相互作用,對應(yīng)于原來孤立原子的每一個(gè)能級,變成了N條靠得很近的能級,稱為能帶。能帶寬度E,量級為E～eV，若N~1023,兩能級的間距約10-23eV。越是外層電子，E越大。點(diǎn)陣間距越小，E越大。兩個(gè)能帶有可能重疊。第五頁，共93頁。Li原子電子構(gòu)型是1s22s12s1s能量2s帶半充滿（導(dǎo)帶）1s帶全滿（滿帶）Li能帶示意圖禁帶第六頁，共93頁。能帶中的電子分布滿帶：能帶中所有能級（軌道）均有電子占據(jù)，為由充滿電子的原子軌道能級所形成的低能量能帶?？諑В耗軒е兴心芗墸ㄜ壍溃┚鶡o電子占據(jù)。禁帶：不允許有電子占據(jù)的能量范圍。禁帶寬度（滿帶與空帶的能量間隔）稱為帶隙。第七頁，共93頁。能帶中的電子分布價(jià)帶：依據(jù)軌道能量高低順序填充電子時(shí)，最后由價(jià)電子填充的（軌道）能帶稱為價(jià)帶。導(dǎo)帶：部分被價(jià)電子（可自由移動(dòng)）占據(jù)的能帶可稱為導(dǎo)帶。導(dǎo)帶可以是由未充滿電子的原子軌道組合而成的能帶（價(jià)帶），或（與滿帶重疊或能量相近）空帶。第八頁，共93頁。導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體導(dǎo)體價(jià)電子能帶是半滿的(如Li,Na)，或價(jià)電子能帶是全滿但有空的能帶(Be,Mg)，而且兩個(gè)能帶能量間隔很小，彼此發(fā)生部分重疊。

Eg第九頁，共93頁。導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體導(dǎo)體金屬鈉金屬鎂第十頁，共93頁。導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體絕緣體價(jià)電子都在滿帶，導(dǎo)帶是空的，而且滿帶頂與導(dǎo)帶底之間的能量間隔（即禁帶寬度）大。在外電場作用下，滿帶中的電子不能越過禁帶躍遷到導(dǎo)帶中，故不能導(dǎo)電。Eg禁帶寬度≥5eV第十一頁，共93頁。導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體半導(dǎo)體滿帶被電子充滿，導(dǎo)帶是空的，便禁帶寬度很窄。由于禁帶寬度小，因此當(dāng)光照或在外電場作用下，使?jié)M帶上的電子，很容易躍遷到導(dǎo)帶上，使原來空的導(dǎo)帶充填電子，同時(shí)在滿帶上留下空穴。Eg禁帶寬度≤3eV第十二頁，共93頁。Elementsemiconductor（元素半導(dǎo)體）Compoundsemiconductor（化合物半導(dǎo)體）Intrinsicsemiconductor（本征半導(dǎo)體）Extrinsicsemiconductor（摻雜半導(dǎo)體）Directsemiconductor（直接半導(dǎo)體）Indirectsemiconductor（間接半導(dǎo)體）Degeneratesemiconductor（簡并半導(dǎo)體）Non-degeneratesemiconductor（非簡并半導(dǎo)體）Compensatedsemiconductor（補(bǔ)償半導(dǎo)體）Non-compensatedsemiconductor（非補(bǔ)償半導(dǎo)體）第十三頁，共93頁。（1）Intrinsicsemiconductor完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體，稱為本征半導(dǎo)體。硅（鍺）的原子結(jié)構(gòu)Si284Ge28184簡化模型+4慣性核價(jià)電子第十四頁，共93頁。(a)Diamondlattice.(b)Zincblendelattice.第十五頁，共93頁。CovalenceBondsAtetrahedronbond(a)3-D.(b)2-D共價(jià)鍵共用電子對+4表示除去價(jià)電子后的原子第十六頁，共93頁。本征激發(fā)Formationofintrinsiccarriers在室溫或光照下價(jià)電子獲得足夠能量擺脫共價(jià)鍵的束縛成為自由電子，并在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位（空穴）的過程。第十七頁，共93頁。復(fù)合：自由電子和空穴在運(yùn)動(dòng)中相遇重新結(jié)合成對消失的過程。漂移：自由電子和空穴在電場作用下的定向運(yùn)動(dòng)。結(jié)論:1.本征半導(dǎo)體的電子空穴成對出現(xiàn),且數(shù)量少；

2.半導(dǎo)體中有電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電；

3.本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力弱，并與溫度有關(guān)。本征激發(fā)的特點(diǎn)第十八頁，共93頁。（2）ExtrinsicSemiconductor

在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。SiPSiSi硅原子磷原子多余電子自由電子濃度大于空穴濃度——多數(shù)載流子（多子）N型半導(dǎo)體+N型硅表示第十九頁，共93頁。P-type

Semiconductor(P型半導(dǎo)體)空穴硼原子P型硅表示SiSiSiB硅原子空穴被認(rèn)為帶一個(gè)單位的正電荷，并且可以移動(dòng)。第二十頁，共93頁。N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體N型+5+4+4+4+4+4磷原子自由電子電子數(shù)>

空穴數(shù)電子為多數(shù)載流子(多子)空穴為少數(shù)載流子(少子)載流子數(shù)=電子數(shù)+空穴數(shù)

電子數(shù)P型+3+4+4+4+4+4硼原子空穴空穴數(shù)>電子數(shù)空穴—多子電子—少子載流子數(shù)空穴數(shù)施主離子施主原子受主離子受主原子第二十一頁，共93頁。半導(dǎo)體摻雜技術(shù)熱擴(kuò)散技術(shù)離子注入技術(shù)第二十二頁，共93頁。濃度差使多子產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)

當(dāng)參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的多子數(shù)目和參與漂移運(yùn)動(dòng)的少子數(shù)目相同時(shí)，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，就形成了PN結(jié)。內(nèi)電場使少子產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場無光照時(shí),PN結(jié)的形成采用不同的摻雜工藝，將P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體制作在同一硅片上，在它們的交界面處就會(huì)形成PN結(jié)第二十三頁，共93頁。太陽電池發(fā)電原理示意圖PN結(jié)受光照后，光伏效應(yīng)半導(dǎo)體吸收光能產(chǎn)生帶正電和負(fù)電的粒子（空穴和電子），在內(nèi)建電場作用下，電子（－）朝N型半導(dǎo)體匯集，而空穴（＋）則朝P型半導(dǎo)體匯集。如果外電路處于開路狀態(tài)，那么這些光生電子和空穴積累在pn結(jié)附近，使p區(qū)獲得附加正電荷，n區(qū)獲得附加負(fù)電荷，這樣在pn結(jié)上產(chǎn)生一個(gè)光生電動(dòng)勢。第二十四頁，共93頁。光伏電池的光照的詳細(xì)情況1.電池表面被反射回去的光線2.剛進(jìn)入電池表面被吸收生成電子-空穴對的光線，其中大部分是吸收系數(shù)較大的短波光線。它們產(chǎn)生的電子-空穴對來不及到達(dá)PN結(jié)就很快被復(fù)合還原。3.PN結(jié)附近被吸收生成電子-空穴對的那部分光線。光生少數(shù)載流子在電場作用下漂移能夠產(chǎn)生光生電動(dòng)勢。4.進(jìn)入電池深處，距離PN結(jié)較遠(yuǎn)的地方被吸收生成電子-空穴對的光線，與2類似，無用。5.被電池吸收，但能量較小不能產(chǎn)生電子-空穴對的那部分光線，只能使電池加熱，溫度上升。6.沒有被吸收透射部分。-+-+-+-+下電極第二十五頁，共93頁。光生載流子形成電流的過程光伏電池的工作原理第二十六頁，共93頁。PN(不照光，平衡狀態(tài))EfEvEcNPPNPNPNPN光子(Photon)-+-+-+-+-++++++------+-+-+太陽光發(fā)電(Photovoltaic)原理(II)-+Photon++----++EfEvEcPN(照光狀態(tài))++---++--+-+Photon多數(shù)載子多數(shù)載子少數(shù)載子少數(shù)載子+-多數(shù)載子多數(shù)載子電子-電洞對(Electron-holepair)EvNTypeSemiconductorPTypeEfEcEfEvEc電子位能Ec:conductionbandEv:valancebandEf:Fermienergy第二十七頁，共93頁。作業(yè)1.用能帶理論解釋導(dǎo)體和半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理。2.闡述PN結(jié)的形成過程，并畫出示意圖。第二十八頁，共93頁。2.2硅型光伏電池的電特性2.2.1等效電路2.2.2光伏電池伏安特性曲線2.2.3輸出功率和輸出因子2.2.4輸出效率第二十九頁，共93頁。2.2.1光伏電池的等效電路PN少子的漂移，導(dǎo)致P區(qū)出現(xiàn)空穴的積聚，N區(qū)出現(xiàn)電子的積聚。反過來，這種電荷積聚會(huì)消弱內(nèi)建電場，使得少子漂移效應(yīng)減弱，光電流輸出變小。相當(dāng)于出現(xiàn)暗電流（Id）！第三十頁，共93頁。等效電路中符號的說明L光伏電池的等效電路圖2.Rs為串聯(lián)電阻。一般小于1Ω.前面和背面的電極接觸，以及材料本身具有一定的電阻率。

3.Rsh為旁路電阻。由于電池邊沿的漏電和制作金屬化電極時(shí)，在電池的微裂紋、劃痕等處形成的金屬橋漏電等，使一部分本應(yīng)通過負(fù)載的電流短路，這種作用的大小可用一并聯(lián)電阻RSh來等效。

1.RL為外負(fù)載電阻。4.Id為暗電流。第三十一頁，共93頁。等效電路圖的理想形式由于電路中無電源，電壓U=IR實(shí)際加在太陽電池的結(jié)上，即結(jié)處于正向偏置。一旦結(jié)處于正向偏置時(shí)，二極管電流Id=I0[exp(qU/nkT)-1]朝著與光激發(fā)產(chǎn)生的載流子形成的光電流Iph相反的方向流動(dòng)。(1)因而流入負(fù)載電阻的電流值為--------(1)式測試輸出特性PNI0反映光生電池對光生載流子的最大復(fù)合能力第三十二頁，共93頁。問題1：為什么可把太陽能電池的內(nèi)部看成一個(gè)電流源（光電池）和一個(gè)硅二極管的復(fù)合體：光伏電池?zé)o光照時(shí)就是一個(gè)PN結(jié)，有光照時(shí)，會(huì)產(chǎn)生光生電動(dòng)勢和光伏電流。（1）產(chǎn)生光伏電流的原因是：光照時(shí)，本征激發(fā)產(chǎn)生的電子聚集在N端，空穴匯聚在P端，破壞了光照前的平衡。電子通過外回路由NP,電流是PN。（2）載流子的匯聚會(huì)在PN結(jié)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)與原內(nèi)建電場方向相反的附加電場，在一定程度上降低了原內(nèi)建電場。相當(dāng)與PN節(jié)的正向偏置。（如果外回路斷開內(nèi)建電場和載流子匯聚產(chǎn)生的電場在內(nèi)部抵消，達(dá)到平衡。）第三十三頁，共93頁。負(fù)載load光伏電池的等效電路圖L等效電路中各變量之間的關(guān)系seriesresistance

串聯(lián)電阻shuntresistance

并聯(lián)電阻第三十四頁，共93頁。反向飽和電流指給PN結(jié)加一反偏電壓時(shí)，外加的電壓使得PN結(jié)的耗盡層變寬，結(jié)電場（即內(nèi)建電場）變大，電子的電勢能增加，P區(qū)和N區(qū)的多數(shù)載流子（P區(qū)多子為空穴，N區(qū)多子為電子）就很難越過勢壘，因此擴(kuò)散電流趨近于零；但是由于結(jié)電場的增加，使得N區(qū)和P區(qū)中的少數(shù)載流子更容易產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)，因此在這種情況下，PN結(jié)內(nèi)的電流由起支配作用的漂移電流決定。漂移電流的方向與擴(kuò)散電流的方向相反，表現(xiàn)在外電路上有一個(gè)流入N區(qū)的反向電流，它是由少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)形成的。由于少數(shù)載流子是由本征激發(fā)而產(chǎn)生的，在溫度一定的情況下，熱激發(fā)產(chǎn)生的少子數(shù)量是一定的，電流趨于恒定。第三十五頁，共93頁。PN結(jié)正向偏置內(nèi)電場減弱，使擴(kuò)散加強(qiáng)，擴(kuò)散飄移，形成正向電流，PN結(jié)導(dǎo)通正向電流PN結(jié)反向偏置內(nèi)電場增強(qiáng)，抑制擴(kuò)散、加劇漂移，形成反向電流，也稱漂移電流，因?yàn)槠齐娏魇怯缮僮舆\(yùn)動(dòng)引起的，而其數(shù)目極少，因此漂移電流很小，常可忽略不計(jì)，認(rèn)為PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。反向飽和電流很小，A級第三十六頁，共93頁。(a)開路電壓當(dāng)太陽電池處于開路狀態(tài)時(shí)，對應(yīng)光電流的大小產(chǎn)生電動(dòng)勢，這就是開路電壓。理想情況下,流入負(fù)載電阻的電流值為

…….(2)式設(shè)Ι=0（開路），Ιph＝ΙSC，則第三十七頁，共93頁。開路電壓shortcircuitn.短路在可以忽略串聯(lián)、并聯(lián)電阻的影響時(shí)，ISC為與入射光強(qiáng)度成正比的值，(a)在很弱的陽光下，ISC<<I0，因此…….(3)式其中

(b)在很強(qiáng)的陽光下，ΙSC>>Ι0，第三十八頁，共93頁。2.2.2光伏電池伏安特性曲線第三十九頁，共93頁。光伏電池伏安特性曲線的另外一種表達(dá)形式圖4.硅太陽能電池在不同光照下的伏安特性曲線第四十頁，共93頁。2.2.3輸出功率和曲線因子伏安特性曲線I-V曲線上任何一點(diǎn)都可以作為工作點(diǎn)，工作點(diǎn)所對應(yīng)的縱橫坐標(biāo)，即為工作電流和工作電壓,其乘積P=IV為電池的輸出功率。

最大功率如何確定呢？第四十一頁，共93頁。最大輸出功率點(diǎn)的確定當(dāng)太陽電池接上負(fù)載RL時(shí)，上圖負(fù)載線與伏安特性曲線的交點(diǎn)處的IV乘積即為該負(fù)載下的輸出功率。等功率線與伏安特性曲線的切點(diǎn)，即為最佳工作點(diǎn)。該點(diǎn)處輸出功率最大，Um/Im為最佳負(fù)載電阻.為了精確計(jì)算最大功率點(diǎn)，可根據(jù)伏安特性曲線繪出P-U圖，求極值即可。第四十二頁，共93頁。曲線因子又稱填充因子將Voc與Isc的乘積與最大功率Pm之比定義為填充因子FF，則FF為太陽電池的重要表征參數(shù)，F(xiàn)F愈大則輸出的功率愈高。FF取決于入射光強(qiáng)、材料的禁帶寬度、理想系數(shù)、串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻等。第四十三頁，共93頁。2.2.4輸出效率太陽電池的轉(zhuǎn)換效率η定義為太陽電池的最大輸出功率與照射到太陽電池的總輻射能Pin之比，即第四十四頁，共93頁。影響因素1.不同波長太陽光穿透能力不同，只有能量大于Eg的光子才能產(chǎn)生電子-空穴對，這一過程太陽輻射能大約損失25%；2.任何電池表面對光都有反射作用，輻射光要損失10%左右；3.能量大于Eg的光子在半導(dǎo)體內(nèi)部，由于復(fù)合和壽命原因，不能全部生成電子-空穴對；4.光伏電池的工作電壓一般是開路電壓的60%；5.串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻的影響，往往使輸出功率降低5%左右；6.曲線因數(shù)一般為0.75-0.8.第四十五頁，共93頁。2.3光伏電池的外特性2.3.1光譜響應(yīng)2.3.2溫度特性和光照特性2.3.3負(fù)載特性第四十六頁，共93頁。概述光伏電池工作環(huán)境的多種外部因素，如光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度、粒子輻射等都會(huì)對電池的性能指標(biāo)帶來影響，而且溫度的影響和光照強(qiáng)度的影響還常常同時(shí)存在.為了保證光伏電池具有較高的工作效率和較穩(wěn)定的性能，其制造工藝、組合安裝，以及在設(shè)計(jì)配套的控制系統(tǒng)時(shí)，都要考慮改善光伏電池外特性的問題。

第四十七頁，共93頁。2.3.1光譜響應(yīng)分析光伏電池的光譜響應(yīng)，通常是討論它的相對光譜響應(yīng)，其定義是，當(dāng)各種波長一定等量的輻射光子束人射到光伏電池上，所產(chǎn)生的短路電流與其中最大短路電流相比較，按波長的分布求其比值變化曲線即為相對光譜響應(yīng)。而絕對光譜響應(yīng)指的是，當(dāng)各種波長的單位輻射光能或?qū)?yīng)的光子人射到光伏電池上，將產(chǎn)生不同的短路電流，按波長的分布求出對應(yīng)的短路電流變化曲線。

第四十八頁，共93頁。硅型光伏電池的相應(yīng)光譜響應(yīng)曲線能夠產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)的太陽輻射波長范圍一般在0.4~1.2μm左右的范圍內(nèi)；不論是波長小于0.4μm太陽光分量輻射，還是波長大于1.2μm的太陽光無法產(chǎn)生光電流；而硅型光伏電池光譜響應(yīng)最大靈敏度在0.8~0.95μm之間。硅型光伏電池的相應(yīng)光譜響應(yīng)曲線

第四十九頁，共93頁。2.3.2溫度特性和光照特性第五十頁，共93頁。Pm=FF×Isc×Uoc第五十一頁，共93頁。第五十二頁，共93頁。第五十三頁，共93頁。通過分析可以看到：1.溫度的升高對硅電池的發(fā)電效率有不利影響；2.光強(qiáng)越強(qiáng)，發(fā)光效果越好。第五十四頁，共93頁。2.3.3負(fù)載特性光伏電池參數(shù)與負(fù)載的關(guān)系第五十五頁，共93頁。光伏電池參數(shù)與負(fù)載的關(guān)系第五十六頁，共93頁。（2）有偏壓和有電阻時(shí)的伏安特性第五十七頁，共93頁。2.4光伏電池的結(jié)構(gòu)和分類2.4.1硅型電池結(jié)構(gòu)2.4.2光伏電池的組態(tài)分類2.4.3光伏電池的發(fā)展歷程2.4.4現(xiàn)代光伏電池的發(fā)展趨勢第五十八頁，共93頁。2.4.1硅型光伏電池的結(jié)構(gòu)上電極下電極或底電極擴(kuò)散頂區(qū)基體或襯底第五十九頁，共93頁。硅光伏電池一般分為P+/N和N+/P兩種結(jié)構(gòu)。其中帶+的第一位符號表示電池表面光照層。硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)第六十頁，共93頁。太陽能電池單體、組件和方陣

太陽能電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，尺寸一般為4cm2到100cm2不等。太陽能電池單體的工作電壓約為0.5V,工作電流約為20－25mA/cm2,一般不能單獨(dú)作為電源使用。將太陽能電池單體進(jìn)行串并聯(lián)封裝后，就成為太陽能電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦，是可以單獨(dú)作為電源使用的最小單元。太陽能電池組件再經(jīng)過串并聯(lián)組合安裝在支架上，就構(gòu)成了太陽能電池方陣，可以滿足負(fù)載所要求的輸出功率。

第六十一頁，共93頁。太陽能電池組件第六十二頁，共93頁。圖1

太陽能電池方陣500w圖2工人們正在一片占地270英畝的前東德軍事基地上鋪設(shè)弧線陣列的太陽能板，為沃德坡棱茲太陽能園提高4000萬兆瓦的電力。該電廠于2008年底完工，是世界上最大的光伏太陽能電廠。在德國，政府對太陽能電廠會(huì)給予獎(jiǎng)勵(lì)。政府的鼓勵(lì)大大刺激了該國太陽能基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展。第六十三頁，共93頁。2.4.2太陽能電池的分類無機(jī)太陽能電池半導(dǎo)體硅(單晶、多晶、非晶、復(fù)合型等）化合物半導(dǎo)體（GaAs、CuInSe、CdTe、InP等）有機(jī)太陽能電池有機(jī)半導(dǎo)體（酞菁鋅、聚苯胺、聚對苯乙炔等）光化學(xué)太陽能電池（納米TiO2等）A按照所用材料的不同：第六十四頁，共93頁。非晶硅太陽能內(nèi)部結(jié)構(gòu)和背電極太陽能電池的第一層為P層，即窗口層。下面是i層，即太陽能電池的本征層，光生載流子主要在這一層產(chǎn)生。再下面為n層，起到連接i和背電極的作用。最后是背電極和Al/Ag電極。目前制備背電極通常采用摻鋁ZnO(A1),或簡稱AZO

intrinsic第六十五頁，共93頁。由于a-Si(非晶硅)多缺陷的特點(diǎn)，a-Si的p-n結(jié)是不穩(wěn)定的，而且光照時(shí)光電導(dǎo)不明顯，幾乎沒有有效的電荷收集。所以，a-Si太陽能電池基本結(jié)構(gòu)不是p-n結(jié)而是p-i-n結(jié)。摻硼形成P區(qū)，摻磷形成n區(qū)，i為非雜質(zhì)或輕摻雜的本征層(因?yàn)榉菗诫s的a-Si是弱n型)。重?fù)诫s的p、n區(qū)在電池內(nèi)部形成內(nèi)建勢，以收集電荷。太陽光照通過電線產(chǎn)生電流。

非晶硅太陽能電池發(fā)電原理

第六十六頁，共93頁。TCO制備成絨面起到減少反射光的作用。圖2非晶硅柔性太陽能電池

非晶硅薄膜太陽能電池

第六十七頁，共93頁。無機(jī)太陽能電池研究進(jìn)展單晶硅：澳大利亞新南威爾士大學(xué)格林教授發(fā)電成本可降低為5~8美分/（kW·h）第六十八頁，共93頁。2009年,SunFabsystem公司制備出的大型薄膜太陽能電池第六十九頁，共93頁。上圖簡介SunFab"system公司的薄膜太陽能面板主要是在薄膜技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用非晶硅太陽能電池板建成世界上面積最大、產(chǎn)能最多的太陽能薄膜電池板。這種做法一方面可以成功降低材料的成本，另一方面還可以和太陽能產(chǎn)業(yè)最高端的制造技術(shù)進(jìn)行結(jié)合。據(jù)悉，該公司的薄膜太陽能面板主要采用無框架設(shè)計(jì)，從而解決了薄膜太陽能面板防水效果差和使用時(shí)間長會(huì)導(dǎo)致面板結(jié)構(gòu)整體性受損這兩大主要難題。

第七十頁，共93頁。圖1

肖特基型有機(jī)太陽能電池原理

有機(jī)半導(dǎo)體內(nèi)的電子在光照下被從HOMO能級激發(fā)到LUMO能級，產(chǎn)生一對電子和空穴。電子被低功功函數(shù)的電極提取，空穴則被來自高功函數(shù)電極的電子填充，由此在光照下形成光電流。

理論上，有機(jī)半導(dǎo)體膜與兩個(gè)不同功函數(shù)的電極接觸時(shí)，會(huì)形成不同的肖特基勢壘。這是光致電荷能定向傳遞的基礎(chǔ)。因而此種結(jié)構(gòu)的電池通常被稱為“肖特基型有機(jī)太陽能電池”。HOMO：HighestOccupiedMolecularOrbital電子已占有的最高能級軌道

LUMO：LowerUnoccupiedMolecularOrbital未占有電子的能級最低的軌道氧化銦錫(Indium-TinOxide)透明導(dǎo)電膜玻璃有機(jī)太陽能電池原理有機(jī)半導(dǎo)體膜第七十一頁，共93頁。實(shí)現(xiàn)這個(gè)突破的是位華人，柯達(dá)公司的鄧青云。這個(gè)時(shí)代的有機(jī)太陽能電池所采用的有機(jī)材料，主要還是具有高可見光吸收效率的有機(jī)染料。這些染料通常也被用作感光材料，這自然是柯達(dá)的強(qiáng)項(xiàng)。鄧青云的器件之核心結(jié)構(gòu)是由四羧基苝的一種衍生物（PV）和銅酞菁（CuPc）組成的雙層膜。雙層膜的本質(zhì)是一個(gè)異質(zhì)結(jié)，思路是用兩種有機(jī)半導(dǎo)體材料來模仿無機(jī)異質(zhì)結(jié)太陽能電池。他制備的太陽能電池，光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到1％左右。雖然還是跟硅電池差得很遠(yuǎn)，但相對于以往的肖特基型電池卻是一個(gè)很大的提高。這是一個(gè)成功的思路，為有機(jī)太陽能電池研究開拓了一個(gè)新的方向，時(shí)至今日這種雙層膜異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)仍然是有機(jī)太陽能電池研究的重點(diǎn)之一。第七十二頁，共93頁。常見的有機(jī)半導(dǎo)體有機(jī)物類包括芳烴、染料、金屬有機(jī)化合物，如紫精、酞菁、孔雀石綠、若丹明B等；聚合物類包括主鏈為飽和類聚合物和共軛型聚合物，如聚苯、聚乙炔、聚乙烯咔唑、聚苯硫醚等；電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物由電子給予體與電子接受體二部分組成，典型的有四甲基對苯二胺與四氰基醌二甲烷復(fù)合物。第七十三頁，共93頁。光化學(xué)太陽能電池的結(jié)構(gòu)及工作原理染料敏化納米薄膜太陽電池

第七十四頁，共93頁。它通過染料光敏化劑吸收太陽光的能量，使染料分子中的電子發(fā)生躍遷，最后電子進(jìn)入收集電極，通過外回路產(chǎn)生電流。

光化學(xué)太陽能電池原理第七十五頁，共93頁。B按照電池結(jié)構(gòu)分類1.同質(zhì)結(jié)光伏電池2.異質(zhì)結(jié)光伏電池3.肖特基結(jié)光伏電池4.薄膜光伏電池5.疊層光伏電池第七十六頁，共93頁。2.異質(zhì)結(jié)光伏電池指在不同禁帶寬度的兩種半導(dǎo)體材料相接的界面上構(gòu)成一個(gè)異質(zhì)P-N結(jié)的光伏電池。禁帶寬度（ev）：單晶Si-1.12，非晶Si-1.8，InP-1.35，CdTe-1.45~1.5，CaAs-1.424CuInSe2-0.96~1.04。常見的異質(zhì)結(jié)太陽能電池：1.SnO2/n-Si異質(zhì)結(jié)太陽電池2.InGaN/Si異質(zhì)結(jié)太陽能電池

3.a—Si/c—Si異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)太陽能電池

第七十七頁，共93頁。3.肖特基結(jié)光伏電池指用金屬和半導(dǎo)體接觸組成一個(gè)“肖特基勢壘”的光伏電池（又稱MS光伏電池）。原理：在一定條件下金屬-半導(dǎo)體接觸時(shí)產(chǎn)生類似于P-N結(jié)可整流接觸的肖特基效應(yīng)。發(fā)展：由MS發(fā)展為MIS（金屬-絕緣體-半導(dǎo)體）光伏電池。第七十八頁，共93頁。5.疊層光伏電池指將兩種對光波吸收能力不同的半導(dǎo)體材料疊在一起構(gòu)成的光伏電池。原理：鑒于波長短的光子能量大，在Si中穿透深度小的特點(diǎn)，充分利用太陽光中不同波長的光。通常，讓波長最短的光線被最上邊的寬禁帶材料電池吸收，波長較長的光線能透進(jìn)去讓下邊禁帶較窄的半導(dǎo)體材料吸收，最大限度將太陽光變成電能。第七十九頁，共93頁。第八十頁，共93頁。1.第一代光伏電池基于siliconwafers（硅晶），采用單晶硅和多晶硅及GaAs材料制成。2004年第一代光伏太陽能電池約占產(chǎn)品市場的86%。優(yōu)缺點(diǎn)：工藝成熟，具有較高的轉(zhuǎn)換效率；但成本較高，硅晶體的尺寸不能滿足大面積的要求。目前，圓形單晶硅片的主流產(chǎn)品是200mm(8英寸），逐漸向300mm過渡，研制水平達(dá)到400～450mm。由于制作晶體硅光伏電池的硅材料占總成本的45%以上，生產(chǎn)成本太高，而且制作全過程中還需消耗大量的能源。2.4.3光伏電池的發(fā)展進(jìn)程第八十一頁，共93頁。2.第二代光伏電池-------是基于薄膜技術(shù)的一種光伏電池。電池在薄膜中，很薄的光電材料被鋪在襯底上。厚度為晶體硅光伏電池的1/100到1/10。構(gòu)成薄膜的材料有很多種，主要包括多晶硅，非晶硅（α-Siamorphoussilicon),硫化鎘(cadmiumsulphide)，銅銦硒(copperindiumdiselenide)，碲化鎘(cadmiumTelluride)。第二代雖然具有很大的成本潛力。但其轉(zhuǎn)換效率更低，只有6-10%。

第八十二頁，共93頁。薄膜電池的優(yōu)勢雖然目前晶硅電池占主流，薄膜電池也還存在種種問題需要解決，但是薄膜電池有其獨(dú)特的優(yōu)勢使得發(fā)展前景廣闊：（1）轉(zhuǎn)換效率和生產(chǎn)成本改善空間巨大；（2）生產(chǎn)工序相對簡單、生產(chǎn)能耗少；（3）應(yīng)用范圍廣泛。美國的薄膜產(chǎn)商FirstSolar發(fā)展非常迅速，后來者居上，已成為世界第一大太陽能電池企業(yè)；根據(jù)NanoMarkets預(yù)測，09-15年薄膜電池產(chǎn)量還將有16倍的增長空間，復(fù)合增速高達(dá)58%；而按照國內(nèi)目前各廠商的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，國內(nèi)薄膜太陽能電池企業(yè)的擴(kuò)產(chǎn)大幅擴(kuò)產(chǎn)將將拉動(dòng)TCO玻璃需求高增長。TCO（Transparentconductingoxide）第八十三頁，共93頁。3.第三代光伏電池第八十四頁，共93頁。綜述1.簡單地說，第一代光伏發(fā)電技術(shù)以晶體硅生產(chǎn)光電池為核心的技術(shù)；2.第二代光伏發(fā)電技術(shù)是指品種繁多的薄膜電池。從行業(yè)來看，發(fā)展光伏用晶體硅還是薄膜爭論從未停息。但業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，無論第一代技術(shù)還是第二代技術(shù)，都存在高耗能、高污染的問題，3.第三代光伏發(fā)電技術(shù)則是一種完全“綠色”的光伏發(fā)電技術(shù)，其“綠色、高效、價(jià)廉、壽命長”等特點(diǎn)將改變光伏上游產(chǎn)業(yè)“兩高”現(xiàn)狀。具體地說，第三代光伏發(fā)電技術(shù)就是使用“太陽能煉硅+跟蹤+聚光+高效聚光硅電池”技術(shù)發(fā)電。這是與第一代和第二代最本質(zhì)的技術(shù)區(qū)別。

第八十五頁，共93頁。從圖1所給出的三代太陽能電池的成本和轉(zhuǎn)換效率區(qū)間圖可以看出，第三代太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高可以接近60%，而成本只在10美分/瓦到50美分/瓦之間，相當(dāng)于目前主流技術(shù)的1/30到1/6。

第八十六頁，共93頁。1.組裝工藝質(zhì)量檢查

普通檢測是用目測檢查和光學(xué)儀器檢查，精密檢測可用紅外線發(fā)射法、聲發(fā)射法、紅外顯微鏡和全息照相技術(shù)等來檢測焊接質(zhì)量。其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分為功能性和裝飾性兩類。功能性質(zhì)量問題直接影響到光伏陣列的性能指標(biāo)、可靠性和壽命;而裝飾性間題則影響不大。其中光伏電池組件斷裂、用于防塵防濕的蓋板斷裂、電池和蓋板間的乳合膠厚度發(fā)生變化、部分脫膠、焊點(diǎn)脫焊或漏焊都屬于功能性的問題;而電池表面變色、少量多余的粘合膠溢出等