单元1太阳能电池基础剖析.ppt

单元1 太阳能电池基础 晶体由大量原子组成，一个原子的电子不仅受到这个原子的作用。还将受到相邻原子的作用 。相邻原子上的电子轨道将发生一定程度的相互交迭，通过轨道的交迭，电子可以从一个原子转移到相邻的原子上去。这时电子已不属于个别原子而成为整个晶体所共有，这种电子运动称为“共有化”。 电子在原子之间的转移不是任意的，电子只能在能量相同的轨道之间发生转移。下图表示出这种共有化轨道的能级图。 1.3固体的能带理论 从图中可见，晶体中电子轨道的能级分成由低到高的许多组。分别和各原子能级相对应，每一组都包含着大量的能量很接近的能级。这样一组密集的能级看上去象一条带子，所以被称之为能带。能带之间的间隙叫做禁带。 未被电子填满的能带称为导带，已被电子填满的能带称为满带或价带。导体、半导体，绝缘体导电性质的差异可以用它们的能带图的不同来加以说明。 半导体光生伏特效应 当用适当波长的光照射非均匀半导体(pn结等)时，由于内建场的作用(不加外电场)，半导体内部产生电动势(光生电压)；如将pn结短路，则会山现电流(光生电流)。这种由内建场引起的光电效应，称为光生伏特效应。 太阳能光电材料 从原则上讲，所有的半导体材料都有光伏效应，都可以用作太阳能电池的基础材料； 由于三个方面的原因，并不是所有的半导体材料都能用于实际太阳能光电材料； 按基体材料分 硅太阳能电池：单晶硅、多晶硅、非晶硅、微晶硅、HIT电池、双面太阳能电池 化合物太阳能电池：单晶化合物太阳能电池、多晶化合物太阳能电池、有机半导体太阳能电池 单晶硅太阳能电池 多晶硅太阳能电池 非晶硅太阳能 化合物太阳能电池 有机太阳能电池 有机太阳能电池，顾名思义，就是由有机材料构成核心部分的太阳能电池。如今量产的太阳能电池里，95％以上是硅基的，而剩下的不到5％也是由其它无机材料制成的。与Si基太阳能电池相比,有机太阳能电池的一大特点就是质量轻,柔软而可折叠，成本低廉，但转化效率不高。2009　5.9% 1.2 太阳能电池的原理和特性 按太阳能电池结构分： 同质结太阳能电池：由同一种半导体材料所形成的PN结称为同质结，用同质结构成的太阳电池称为同质结太阳能电池 异质结太阳能电池：由两种禁带宽度不同的半导体材料所形成的PN结称为异质结，用异质结构成的太阳电池称为异质结太阳能电池 肖特基结太阳能电池：金属-半导体结构（MS）、金属-氧化物-半导体（MOS）结构、金属-绝缘体-半导体（MIS）结构 复合结太阳能电池：垂直多结太阳能电池、水平多结太阳能电池 按用途分为： 空间太阳能电池 地面太阳能电池 光敏传感器 按工作方式分 平板太阳能电池 聚光太阳能电池 分光太阳能电池 2、太阳能电池的主要技术参数 表征太阳电池的电性能参数的主要是：开路电压（VOC）、短路电流（ISC）、填充因子（FF）、和转换效率（η ） ，还有并联电阻（Rsh）和串联电阻（Rs）。 （1）开路电压Voc 当电池的负载阻抗无限大时，光照产生的输出电压。 （2）短路电流Isc 当电池的负载阻抗为零时，光照产生的输出电流。 光学吸收 从紫外区到红外区的电磁波谱图 光学吸收 光吸收特性 正常测试温度为25±2℃，随着温度的升高，开路电压急剧降低，短路电流略微增大，整体转换效率降低 温度对太阳电池的影响 正常光强为1000±50W/m2，随着光强的降低，开路电压略微降低，短路电流急剧下降，整体转换效率降低 正面电极栅线 背面电极及背电场 1.2 太阳能电池的原理和特性 物理性质的限制 提纯、制备困难 制备成本过高 在目前条件下，并不是所有半导体材料都能制备成太阳能电池所需纯度； 禁带宽度、载流子迁移率、光吸收系数等，使得电池转换效率过低； 1.2.4 太阳能电池的分类 1.2 太阳能电池的原理和特性 1.2 太阳能电池的原理和特性 光电转换效率一般在15%，目前最高可到24%； 其光电转换效率目前是所有太阳电池中最高的； 但其制作成本高，制作工艺复杂； 使用寿命一般可达15年，最高可达30年； 1.2 太阳能电池的原理和特性 光电转换效率较低，一般为12%左右； 制作成本比单晶硅电池要低，材料制备更便宜，能源消耗较低； 使用寿命比单晶硅电池短； 性价比比单晶硅电池性价比要低； 1.2 太阳能电池的原理和特性 一种薄膜太阳能电池； 工艺过程相对简单，硅材料消耗较少，电能消耗更低； 在光强较弱情况下也能发电； 光电转换效率较低，一般在6%左右，最高水平为10%，稳定性也不高； 有光衰减现象； 1.2 太阳能电池的原理和特性 目前属于开发试验和小批量生产阶段； 主要有硫化镉（CdS）、砷化镓（AsGa）、铜铟硒（CIS）集中类型； 生产成本较