第三章_太阳电池.ppt

3.1 太阳电池的特点 3.2 太阳能电池工作原理及构成 3.3 太阳能电池种类 3.4 利用太阳能电池发电的优缺点 3.5 太阳能电池的特性 3.6 太阳电池的制造方法 太阳电池同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点： ①无枯竭危险； ②清洁能源，绝对干净； ③不受资源分布地域的限制； ④可在用电处就近发电； ⑤能源质量高； ⑥获取能源花费的时间短。 ⑦无可动部分，寿命长。 ⑧太阳电池的出力随入射光、季节、天气、 时刻的的变化而变化，夜间不能发电。 ⑨产生的电是直流电，不能储存。 ⑩目前发电成本较高。 1、 什么是光伏发电？ 所谓光伏发电是指直接将太阳能转变成电能的发电方式。也就是通常人们所说的太阳能发电。 光伏发电实际上是利用太阳能电池的光生伏打效应，有效吸收太阳的辐射能，并使之直接将光能转换成电能。 光生伏打效应是指物体由于吸收光子而产生电动势的现象，是当物体受光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。 本征半导体有两种载流子：带负电荷的自由电子和带正电荷的空穴。 热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，电子和空穴又可能重新结合而成对消失，称为复合。 在一定温度下本征半导体的自由电子和空穴维持一定的浓度，导电能力很弱。 PN结具有单向导电的特性，这也是由其构成的半导体器件的主要工作机理。 如果在PN结上加反向电压，外电场与内电场的方向一致，扩散与漂移运动的平衡同样被破坏。 外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走，于是空间电荷区变宽，内电场增强，使多数载流子的扩散运动难于进行，同时加强了少数载流子的漂移运动，形成由N区流向P区的反向电流。由于少数载流子数量很少，因此反向电流不大，PN结的反向电阻很高，即PN结处于截止状态。 能带理论是从原子理论发展起来的，就单个原子来说，原子是由原子核和核外电子组成的，电子围绕原子核做特定的运动，我们将这一系列特定的运动状态称为电子的量子态。每个量子态中，电子的能量是一定的，这种量子化的能量称为能级。 5、光伏发电的基本原理 一般硅太阳电池采用掺杂三价元素硼的P型硅片作为衬底， 电阻率：0.5-3 Ω·cm 厚 度：200-350 μm 然后采用不同的手段在P型硅的一面掺杂五价元素磷，形成N层。这就构成了太阳电池的核心部件P-N结。 当大于禁带宽度 ?Eg 的能量的光照射到P-N结表面时，光子注入到半导体后，由于带间的迁移作用，价电子带中的电子被激励，从而激发出电子空穴对，如果这些电子空穴对有足够长的寿命，扩散到空间电荷区附近，就会被P-N结的内电场所分离。 　 根据电学中异性相吸的原理，N区中的光生非平衡少子—空穴会向P区移动，而P区中的光生非平衡少子—电子会向N区移动，从而形成从N区到P区的电流。　 　 然后被内电场分离出来的光生电子和光生空穴分别在空间电荷区积累起来，形成光生电场。光生电场和 P-N结原有的内电场相反，从而破坏了P-N结平衡，产生了光生电压。 太阳电池工作的条件： 必须有光的照射，可以是太阳光、单色光、模拟太阳光等。光子注入到半导体后，激发出电子空穴对，并且这些电子空穴对有足够长的寿命，在分离之前不会复合消失。 必须有一个静电场，电子-空穴在静电场的作用下分离。 被分离的电子和空穴被电极收集，输出到电池外形成电流。 太阳电池结构 (1)单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里的转换效率为23%,规模生产时的效率为15%~18%。 在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难。 熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。 硅的单晶体是一种比较活泼的非金属元素，是晶体材料的重要组成部分，处于新材料发展的前沿。 单晶硅具有基本完整的点阵结构。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。纯度要求达到99.9999％，甚至达到99.9999999％以上。 单晶硅具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其导电性随温度的升高而增加，超纯的单晶硅是本证半导体。 单晶硅太阳电池的特点： ⑴硅原子排列非常规则，结晶缺陷少； ⑵在所有硅太阳电池中转化效率最高，一般实际产品在15%以上； ⑶可靠性高，寿命可达到20—30年左右； ⑷基本机构多为n+/p型，一般以p型单晶硅片作为基片； ⑸光学、电学和力学性质均匀一致