L13-太阳能电池探析.ppt

13.1 太阳能电池的种类及应用13.2 太阳能电池的原理和基本结构13.3 描述太阳能电池的参数13.4 影响太阳能电池转换效率的因素13.5 提高太阳能电池转换效率的途径13.6 高效太阳能电池的研究13.7 大规模工业生产太阳能电池制造 ;太阳能电池的种类及应用;1.单晶硅太阳电池 [SINGLECRYSTAL];无机太阳能电池;太阳能电池的应用; 以单晶硅p-n结太阳能电池为例，介绍半导体太阳能电池的基本工作原理、特性及其制备过程。; 光生伏特效应; 可见，为使半导体光电器件能产生光生电动势，应该满足以下两个条件： 1、半导体材料对一定波长的入射光有足够大的光吸收系数?，即要求入射光子的能量h?≥Eg时，该入射光子能被半导体吸收且激发出光生非平衡的电子—空穴对。; 从下图可以看到，GaAs和非晶硅的吸收系数比单晶硅大得多，透入深度只有1μm左右，即几乎全部吸收入射光，所以这两种电池都可以做成薄膜，节省材料。;2、具有光伏结构，即有一个内建电场所对应的势垒区。势垒区的重要作用是分离两种不同电荷的光生非平衡载流子，产生一个与平衡pn结内建电场相反的光生电场，于是在p区和n区间建立了光生电动势（或称光生电压）。;P-Si 衬底;§13 太阳能电池 13.2 太阳能电池的原理和基本结构;§13 太阳能电池 13.2 太阳能电池的原理和基本结构;§13 太阳能电池 13.2 太阳能电池的原理和基本结构;§13 太阳能电池 13.2 太阳能电池的原理和基本结构;非晶硅太阳能电池;§13 太阳能电池 13.2 太阳能电池的原理和基本结构;§13 太阳能电池 13.2 太阳能电池的原理和基本结构; 在化合物半导体太阳能电池中，研究的最多的是III-V族的GaAs太阳能电池。由于GaAs的带隙比Si大，具有与太阳光谱相当一致的光谱特性，因而从光谱响应角度来说，它更适合于做太阳能电池。目前，在所有太阳能电池中， GaAs太阳能电池的转换效率最高。; GaAs太阳能电池包括单结型和多层异质结结构。更多的是采用多层异质结结构，并利用不同带隙的材料形成叠层电池。;描述太阳能电池??参数;开路电压; 将p-n结短路（ V =0），因而IF =0，这时所得的电流为短路电流Isc 。; 在太阳能电池的伏安特性曲线上，任意工作点的输出功率等于该点所对应的矩形面积，其中只有一点的输出功率最大，该点称为最佳工作点，该点的电压和电流分别称为最佳工作电压Vop和最佳工作电流Iop 。; 填充因子定义为; 特性好的太阳能电池就是能获得较大输出功率的太阳能电池，也就是Voc，Isc和FF乘积较大的电池。对于有合适效率的电池，FF值应在0.70～0.85范围之内。; η表示入射的太阳光能有多少转换为有效电能。即：;影响太阳能电池转换效率的因素;Ⅰ 光生电流的光学损失;栅指电极遮光损失：栅指电极遮光面积在太阳能总面积中所占的百分比。对一般电池来说，约为4%-15%。;透射损失：如果太阳能电池的厚度不够大，某些入射的光子就有可能从电池背面穿出。这决定了半导体材料的最小厚度。间接带隙半导体要求材料的厚度比直接带隙的厚。;Ⅱ 光生少子的收集几率;Ⅲ 影响开路电压的因素;Ⅳ 辐照效应;提高太阳能电池的转换效率的途径;体内复合;表面复合 ;电极区复合; 基于以上提高电池转换效率的途径，派生了多种高效晶体硅太阳能电池。其中包括：; 这些电池的转换效率均高于20%，其中保持世界记录（24.7%）的单晶硅和多晶硅电池（19.8%）的转换效率均是由PERL电池实现的。;澳大利亚新南威尔斯大学设计和制造的PERL电池示意图; 目前这种电池技术是制造实验室高效太阳能电池的主要技术之一，24.7％的电池就是由此技术制造的。但是，这种电池的制造过程相当烦琐，其中涉及到好几道光刻工艺，所以不是一个低成本的生产工艺，很难将其应用于大规模工业生产。;清洗;表面腐蚀的目的： 切割后的硅片表面有一层10～20 μm厚的切割损坏层，在电池制备前必须去除。 表面腐蚀的方法：酸性腐蚀和碱性腐蚀 目前单晶硅的硅片主要使用的是碱性腐蚀的方法。碱性腐蚀常用的腐蚀剂为加热到80～90℃的20% ～30%的NaOH或KOH溶液。;单晶硅片清洗制绒工艺： 去损伤层： N