太陽電池發(fā)電原理.ppt

1、太陽電池原理及參數(shù),圖中，正電荷表示硅原子，負電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。而黃色的表示摻入的硼原子，因為硼原子周圍只有3個電子，所以就會產(chǎn)生如圖所示的藍色的空穴，這個空穴因為沒有電子而變得很不穩(wěn)定，容易吸收電子而中和，形成P（positive）型半導體。,1.P型半導體,2.N型半導體,圖中，正電荷表示硅原子，負電荷表示圍繞在硅原子旁邊的四個電子。而黃色的表示摻入的磷原子，紅色的為多余的電子，因為磷原子周圍只有5個電子，所以就會有一個電子變得非?；钴S，形成N（negative）型半導體。,3、P-N結內電場的形成,多子空穴，少子自由電子,多子自由電子，少子空穴,多子的擴散運動,濃度差,

2、P 型半導體,N 型半導體,形成空間電荷區(qū),4.P-N結光伏效應,N,P,光照射到P-N結上，產(chǎn)生電子-空穴對，然后在內建電場的作用下，電子被拉到N極的一端，空穴被拉到P極的一端，使P區(qū)的電勢高于N區(qū)的電勢，兩端產(chǎn)生一個光生電動勢，在電子、空穴的移動過程中形成光生電流，這一現(xiàn)象稱為P-N結的光生伏打效應。,P,P,N,P,內電場 E,P,N,上電極,下電極,2.太陽能電池發(fā)電的基本原理,太陽能電池發(fā)電原理是根據(jù)P-N結的光生伏打效應，將太陽光能直接轉化為電能。,光伏基礎太陽電池分類,1、按結構分類： 同質結太陽電池、異質結太陽電池、肖特基結 太陽電池、復合結太陽電池以及液晶太陽電池。,同質節(jié)光

3、伏電池：由同一種半導體材料所形成 的PN結或梯度結稱為同質結。用同質結構成的 電池稱為同質結太陽電池，如硅、砷化鎵太陽 電池。,異質結太陽電池：由兩種禁帶寬帶不同的半 導體材料形成的異質結。用異質結構成的太陽 電池稱為異質結太陽電池，如氧化錫/硅太陽能 電池、硫化亞銅/硫化鎘太陽電池、砷化鎵/硅太 陽電池等。,肖特基結太陽電池：利用金屬-半導體界面的肖特基勢壘構成的光伏電池，也稱為MS太陽電池，如鉑/肖特基太陽電池、鋁/肖特基太陽電池等。其原理是基于金屬-半導體接觸時，在一定條件下產(chǎn)生整流接觸的肖特基效應。,光伏基礎太陽電池分類,多結太陽電池：由多個P-N結形成的調養(yǎng)電池， 又稱復合結太陽電池

4、，有垂直多結太陽電池、水平 多結太陽電池等。,液結太陽電池：用浸入電解質中的半導體構成 的太陽電池，也稱為光電化學電池。,2、按材料分類： 晶體硅太陽電池（非晶硅薄膜、微晶硅薄膜、 納晶硅薄膜太陽電池）、硒光電池、化合物 太陽電池（硫化鎘，硒銦銅，碲化鎘，砷化 鎵太陽電池）以及染料太陽電池。,光伏基礎太陽電池分類,光伏基礎太陽電池分類,光伏基礎太陽電池分類,常規(guī)晶體硅太陽電池,光伏基礎太陽電池分類,非晶硅/微晶硅雙疊層太陽電池,光伏基礎太陽電池分類,有帽層PPNN型GaAs太陽電池結構示,光伏基礎太陽電池分類,First Solar碲化鎘(CdTe)薄膜太陽電池,光伏基礎太陽電池分類,CIGS

5、太陽電池結構,光伏基礎太陽電池分類,DSSC太陽電池結構,光伏基礎太陽電池分類,1.標準測試條件 光源輻照度：1000W/m2 ；是標準測試太陽能電池的光線入射強度。 測試溫度： 2520C ； AM1.5地面太陽光譜輻照度分布。,AM的意思是air-mass 定義是：Path-length through the atmosphere relative to vertical thickness of the atmosphere。 就是光線通過大氣的實際距離比上大氣的垂直厚度 AM=1/cos ,其中=48.2o,光伏基礎太陽電池參數(shù),2. 伏安(I-V)特性曲線,光伏基礎太陽電池參數(shù),不

6、同輻照度下電池的I-V特性曲線,3. 開路電壓 在一定的溫度和輻照度條件下，光伏發(fā)電器在空載(開路)情況下的端電壓，通常用Voc來表示。 正比。,光伏基礎太陽電池參數(shù),4. 短路電流 在一定的溫度和輻照條件下，光伏發(fā)電器在端電壓為零時的輸出電流，通常用Isc來表示。 Isc與太陽電池的面積大小有關，面積越大， Isc越大。一般1cm2的太陽電池Isc值約為1630mA。 Isc與入射光的輻照度成正比。 Isc隨溫度上升略有增加。,光伏基礎太陽電池參數(shù),5. 最大功率點 在太陽電池的伏安特性曲線上對應最大功率的點，又稱最佳工作點。 6. 最佳工作電壓 太陽電池伏安特性曲線上最大功率點所對應的電壓

7、。通常用Vm表示。 7. 最佳工作電流 太陽電池伏安特性曲線上最大功率點所對應的電流。通常用Im表示,光伏基礎太陽電池參數(shù),8. 填充因子(曲線因子) 太陽電池的最大功率與開路電壓和短路電流乘積之比，通常用FF表示： FF = ImVm/ IscVoc IscVoc是太陽電池的極限輸出功率 ImVm是太陽電池的最大輸出功率 填充因子是表征太陽電池性能優(yōu)劣的一個重要參數(shù)。,光伏基礎太陽電池參數(shù),9. 轉換效率 受光照太陽電池的最大功率與入射到該太陽電池上的全部輻射功率的百分比。 = Vm Im / Pin 或= FF* Isc*Voc / Pin 其中Vm和Im分別為最大輸出功率點的電壓和電流，

8、 Pin為太陽光輸入功率。,光伏基礎太陽電池參數(shù),10. 電流溫度系數(shù) 在規(guī)定的試驗條件下，被測太陽電池溫度每變化10C ，太陽電池短路電流的變化值，通常用表示。 對于一般晶體硅電池 ： =+0.1%/0C 11. 電壓溫度系數(shù) 在規(guī)定的試驗條件下，被測太陽電池溫度每變化10C ，太陽電池開路電壓的變化值，通常用表示。 對于一般晶體硅電池 ： =-0.38%/0C,光伏基礎太陽電池參數(shù),(1)理想太陽電池等效電路： 相當于一個電流為Iph的恒流電源與一只正向二極管并聯(lián)。 流過二極管的正向電流稱為暗電流ID. 流過負載的電流為I 負載兩端的電壓為U,光伏基礎太陽電池等效電路,理想的太陽電池等效電

9、路,光伏基礎太陽電池等效電路,串聯(lián)電阻Rs的主要來源是：制造電池的半導體材料的體電阻、電極和互聯(lián)金屬的電阻，以及電極和半導體之間的接觸電阻。 分流電阻Rsh則由于P-N結漏電引起的，其中包括繞過電池邊緣的漏電及由于結區(qū)存在晶體缺陷和外來雜質的沉積物所以引起的內部漏電。 這兩種寄生電阻都會起到減小填充因子的作用，很高的Rs值和很低的Rsh值還會分別導致ISC和VOC的降低。,寄生電阻：,光伏基礎太陽電池等效電路,根據(jù)結點電流的關系可以推出： Iph=ID+Ish+IL 則IL=Iph-ID-Ish 電壓關系： UJ=UL+ILRS UJ=IshRsh,光伏基礎太陽電池等效電路,實際的太陽電池等效

10、電路,暗電流ID是注入電流和復合電流之和，可以簡化為單指數(shù)形式： ID=Ioexp(qUj/A0kT)-1 其中： Io為太陽電池在無光照時的飽和電流； A0為結構因子，它反映了p-n結的結構完整性對性能的影響； K是玻爾茲曼恒量 T是熱力學溫度,光伏基礎太陽電池等效電路,因此得出: 這就是光照情況下太陽電池的電流與電壓的關系。畫成圖形，即為(I-V)特性曲線。,光伏基礎太陽電池等效電路,在理想情況下： Rsh ， Rs0 由此得到： I= Iph ID = Iph Iooexp(qU/A0kT)-1 在負載短路時，即Uj=0(忽略串聯(lián)電阻)，便得到短路電流，其值恰好與光電流相等 Isc= Iph,光伏基礎太陽電池等效