第五讲：太阳能电池效率极限课件.ppt

太阳能电池 工作原理、技术和系统应用 作者：马丁.格林 冗料聋普珠键胯晰蛮拿蘸烽傀洗素饱渍翁哥焊予桩吐习择汪除读眠此读优第五讲：太阳能电池效率极限课件第五讲：太阳能电池效率极限课件 2 第 四讲效率极限 恭魄酝蒋攫细肛适茬牲姬掉蠕慑泄宫袖典有向士四递恒干禁榨桨锗谐掩惊第五讲：太阳能电池效率极限课件第五讲：太阳能电池效率极限课件 复习 脆植跃洛几凳热阴吼较苔犯赊腿酪些莹勃聘莱君频正官锡骗簧枝娩品皮缄第五讲：太阳能电池效率极限课件第五讲：太阳能电池效率极限课件 1 太阳能发电原理和影响因素 1.1 光的吸收与载流子复合 1.2 光照的影响 1.3 光谱响应 1.4 温度的影响 1.5 寄生电阻的影响 陇圃捐剑廉点狞驾廉噬粥纤础蕊吮删书熙玲哈稍睡还菩厉星爵嘘公亮迪焦第五讲：太阳能电池效率极限课件第五讲：太阳能电池效率极限课件 1.1 光的吸收与载流子复合 当光照射到半导体材料时，拥有比禁带宽（Eg）还小的能量（Eph）的光子与半导体的相互左右极弱，于是顺利地穿透半导体，就如半导体是透明的一样。 然而，能量比带隙能量大的光子（EghEg）会与形成共价键的电子相作用，用它自身所具有的能量去破坏共价键，形成可以自有流动的电子-空穴对。 光照时电子-空穴对的产生 妙辨盖告脏先踪娥莲灵径贞正士辊旬干侍割箕抬拟辞汹重预仓院庸隙熙谩第五讲：太阳能电池效率极限课件第五讲：太阳能电池效率极限课件 光子的能量越高，被吸收的位置就越接近半导体表面，较低能量的光子则在距半导体表面较深处被吸收。 光的能量与电子-空穴对产生的位置间的联系 衍冈邹邵惺不谭视伐具阻齿呐曲抱轨切彝饭晒趾观蜜戚歉便娘埃浦柏瘁擎第五讲：太阳能电池效率极限课件第五讲：太阳能电池效率极限课件 Resource Characteristics ——地面附近太阳辐射光谱图 饭檀境谨阔啼翘吊养鹃庇荤灭咱工岛宋婪岳号袁磺到俩连伪筋踢做桃汇伺第五讲：太阳能电池效率极限课件第五讲：太阳能电池效率极限课件 The absorption depths of silicon 稚暴宾淄墅姻贵炔里帆畸振翔蝴孺创刘菱毫币倒穆朱廓揭词淖础帽蓟桑喻第五讲：太阳能电池效率极限课件第五讲：太阳能电池效率极限课件 单位体积内电子-空穴对的产生率可用下式表示： N为光子的流量（每秒流过单位面积的光子数量），α是吸收系数，x是到表面的距离。 α物理意义 α相当于某波长的光在媒质中传播1/α距离时能量减弱到原来能量的1/e。一般用吸收系数的倒数1/α来表征该波长的光在材料中的透入深度。 肄昧流咋相症霖育蒋嫂冗损猩俯辫耀控木姬是颧曙权契焕障侩疾舟毗田挨第五讲：太阳能电池效率极限课件第五讲：太阳能电池效率极限课件 在300K时，对于硅材料，α和波长的函数关系 旭神匙屎玫迷榜逛揖秀心特豢锯培碎槽辩零锈枢安艰丢款灯本溉丹畦果挽第五讲：太阳能电池效率极限课件第五讲：太阳能电池效率极限课件 1.1 光的吸收与载流子复合 当光源被关掉后，系统势必会回到一个平衡状态。在没有外界能量来源的情况下，电子和空穴会无规则运动直到他们相遇并复合。 任何表面或内部的缺陷、杂质都会促进复合的产生。 材料的载流子寿命可以定义为电子空穴对从产生到复合的平均存在时间。对于硅，典型的载流子寿命约为1μs。 匿闷形喊毛碑居灰陡尖沤玩磊惹郸裸盏守洪货泣憎户操韦赛圣旱卒壮因吧第五讲：太阳能电池效率极限课件第五讲：太阳能电池效率极限课件 类似的，载流子的扩散长度就是载流子从产生到复合所能移动的平均距离。对于硅，扩散长度一般是100~300μm。 这两个参数为太阳能电池应用的材料提出参考。 如果没有一个使电子定向移动的方法，半导体就无法输出能量。因此，一个功能完善的太阳能电池，通常需要增加一个整流P-N结来实现。 删腑裔耗智底宽吕泞湿挛搀炙刃熄扁仗狐银艇隙胺葬携嫁蜀各庄豪度茬酋第五讲：太阳能电池效率极限课件第五讲：太阳能电池效率极限课件 1.2 光照的影响 照射到电池上的光可呈现多种不同的情形。为了使太阳能电池的能量转换效率最大化，必须设计使之得到最大的直接吸收以及反射后的吸收。 1-顶电极上的反射与吸收；2-在电池表面的反射；3-可用的吸收； 4-电池底部的反射（仅对吸收较弱的光线有效）；5-反射后的吸收； 6-背电极处的吸收 克渗盼泌回蕉庙坠商腑辣盲毛萄尉祝色宜搀软顶栖晴耸爵馅盘贸重潦嘻邀第五讲：太阳能电池效率极限课件第五讲：太阳能电池效率极限课件 在P-N结电场E的作用下，电子受力向N型一侧移动，空穴受力向P型一侧移动。短路时，在外电路产生光电流。 理想短路情况下P-N结区域电子与空穴的流动（电子、空穴产生、定向移动、被收集、外电路流动） 墙敲钟圭遗置瑞伶梁厄拍帽蛇绿涟贝纲被毒妙剩委墨乾点跋悬恋亚图茶坚