太阳能电池转化率.ppt

第1章 绪论 人类过去过依赖的化石燃料的储藏量正急剧减少，而且，由于大量利用石油、天然气和煤炭等化石燃料，造成了严重的环境污染，和全球变暖。 太阳能作为一种无污染的可再生能源具有极大的发展潜力。太阳能电池是利用太阳能的重要途径。然而，当前太阳能电池的转换效率依然很低，本文就是针对提高太阳能电池转换效率相关方法进行研究与论述。 论文主要内容 太阳能电池的基础理论 提高晶体硅太阳能电池转换效率的方法 提高太阳电池转换效率的新发展 结论 第2章 太阳能电池的基础理论 2.1 太阳能电池的发电原理 太阳电池发电的原理是基于光伏效应：当太阳光或其他光照射到太阳电池上的时候，电池吸收光能，产生电子-空穴对，在电池内建电场的作用下光生电子和空穴被分离，电池两端出现异号电荷的积累，即产生光生电压，这就是光生伏特效应。若在内建电场的两侧引出电极并接上负载，于是负载中就有电流，从而获得输出功率，这样太阳能就转化成了电能。 2.2 太阳电池性能参数 1.短路电流 ISC ISC=Iph（光生电流） 太阳电池的光电流密度Jph由光子流密度F(λ)和光谱响应SR(λ)决定 ： 2.开路电压 理论上最大的开路电压应当由P-N结的内建势垒电压所决定。内建势垒电压与半导体的禁 带宽度Eg、导带能级Ec、价带能级Ev及费米能级Ef之间的关系为: 3.填充因子 下图是太阳电池的伏安特性曲线。不同的电压和电流对应不同的输出功率。太阳电池有一个最大的输出功率点，对应的电压和电流分别是Vm和Im 。填充因子用“FF”表示： 其中ISC·VOC是太阳电池的极限输出功率。 4.转换效率 太阳电池的转换效率η的通常定义是：太阳电池的最大输出功率（Vm·Im）与入射到太阳电池的光总功率之比。即: 假设能量大于禁带宽度的光子100%地吸收，产生的载流子100%地被收集，而且忽略接触电阻的影响，接触电极掩蔽面积的光的反射，那么太阳电池理想的转换效率是： 式中nph（Eg）为能量大于的光子流的密度。 第3章 提高晶体硅太阳能电池转换效率的方法 3.1影响晶体硅太阳能电池转换效率的因素 目前的研究成果表明，影响晶体硅太阳能电池转换效率的原因主要来自两个方面： (1)光学损失。 主要包括电池前表面反射损失、接触栅极的阴影损失以及长波段的非吸收损失。 (2)电学损失。 它包括半导体表面及体内的光生载流子复合、半导体和金属栅线的体电阻以及金属-半导体接触(欧姆接触)电阻损失 。 3.2 提高晶体硅太阳能电池转换效率 下面用目前正在研究和提高的几种太阳能电池为例，来介绍提高晶体硅太阳能电池转换效率方法和技术。 3.2.1 背接触电池 1. IBC电池（PCC电池） IBC(正负极交叉背接触）电池，其特点是正面无栅状电极，正负极交叉排列在背面，量子效率可达19%～20%。这种把正面金属栅线去掉的电池结构有很多优点： (1)减少正面遮光损失； (2)可能大大降低组件装配成本； (3)从建造结构的观点来看提供了视觉增值。 2.金属环绕穿通（MWT）电池 MWT技术，即通过激光钻孔将电池正面收集的能量穿过电池再转移至电池背面。在金属环绕穿通（MWT）器件中，较薄的金属接触“手指”被移到背面。通过激光钻微型通孔，将上表面与下表面接触连接起来。一般MWT每块硅片需要钻约200个通孔。 3.发射极环绕穿通（EWT）电池 与MWT电池不同的是，在发射极环绕穿通（EWT）器件中，传递功率的栅线也被转移至背面，使得上表面完全没有金属。与MWT电池类似，EWT电池也是通过在电池上钻微型通孔来连接上、下表面。相比较于MWT的每块硅片约200个通孔，EWT要求每块硅片上大约有2万个这种通孔。与IBC电池相似，EWT电池由于正面没有栅线和电极，使模组装配更为简便，同时由于避免了遮光损失且实现了双面收集载流子，使光生电流有了大幅度的提高。 3.2.2 PERL电池 PERL（Passivated Emitter，Rear Locally-Diffused）电池是钝化发射极、背面定域扩散太阳能电池的简称。 PERL电池具有高效率的原因在于： (1)双面钝化。 (2)淡磷、浓磷分区扩散。 (3)背面进行定域、小面积的硼扩散。 ⑷电池正面采用“倒金字塔”结构。 3.2.3 HIT电池 该电池以n型晶体硅材料为基底材料，并在两侧沉淀本征层i和p及n型非晶硅薄膜，形成n型硅和非晶硅异质结结构（HIT）太阳能电池。非晶硅材料的带宽在1.7eV左右，远大于晶体硅1.1eV的带宽，因此此种HIT电池结构对于电池表面有很好的钝化作用。由于非晶硅几乎没有横向导电性能