光电池与太阳能原.ppt

光电池和太阳能原理与应用 小组成员：陶洁帅 郑皓 袁智 尹雄 刘贝贝 向晨 背 景 发展历史 自1954发明太阳能电池至今，目前已经进 入第三代发展期 太阳能电池工作原理 如果半导体内存在P—N结，则在P型和N型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向N区，空穴驱向P区，从而使得N区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，在P—N结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。 若分别在P型层和N型层焊上金属引线，接通负载，则外电路便有电流通过。如此形成的一个个电池元件，把它们串联、并联起来，就能产生一定的电压和电流，输出功率。 太阳能电池的分类 ●硅太阳能电池 ●多元化合物薄膜太阳能电池 ●聚合物多层修饰电极型太阳能电池 ●纳米晶太阳能电池【染料敏化纳米晶体太阳能电池】 ●有机太阳能电池 硅太阳能电池 　 硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池三种。 　 单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%。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，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做为单晶硅太阳能电池的替代产品。 硅太阳能电池 　 多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉 ，而效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为10%。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。 非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻 ， 转换效率较高，便于大规模生产，有极大的潜力。非晶硅具有较高的光吸收系数.特别是在0.3-0.75um 的可见光波段,它的吸收系数比单晶硅要高出一个数量级.  硅太阳能电池 因而它比单晶硅对太阳能辐射的吸收率要高40倍左右, 用很薄的非晶硅膜(约1um厚)就能吸收90%有用的太阳能.这是非晶硅材料最重要的特点,也是它能够成为低价格太阳能电池的最主要因素. 然而，非晶硅薄膜太阳能电池的制作材料容易引发光电效率衰退效应 ，稳定性不高，直接影响了它的实际应用 。 如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题 ，那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一。 硅太阳能电池 光致衰退效应：也称S-W效应，是指a-Si∶H薄膜经较长时间的强光照射或电流通过,在其内部将产生缺陷而使薄膜的使用性能下降的现象。 　 对S-W效应的起因,至今仍有不少争议,造成衰退的微观机制也尚无定论, 成为迄今国内外非晶硅材料研究的热门课题。总的看法认为，S-W效应起因于光照导致在带隙中产生了新的悬挂键缺陷态(深能级)，这种缺陷态会影响a-Si∶H薄膜材料的费米能级EF的位置，从而使电子的分布情况发生变化，进而一方面引起光学性能的变化,另一方面对电子的复合过程产生影响。这些缺陷态成为电子和空穴的额外复合中心，使得电子的俘获截面增大、寿命下降。 硅太阳能电池 多元化合物薄膜太阳能电池 多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、碲化镉及铜锢硒薄膜电池等。 　　 硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。 砷化镓III-V化合物电池的转换效率可达28%，砷化镓化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率,抗辐照能力强,对热不敏感 ，适合于制造高效单结电池 。但是砷化镓材料的价格不菲,因而在很大程度上限制了用砷化镓电池的普及。 多元化合物薄膜太阳能电池 铜铟硒薄膜电池（简称CIS）适合光电转换，不存在光致衰退效应的问题，转换效率和多晶硅一样 。具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太能电池的一个重要方向。唯一的问题是材料的来源，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展又必然受到限制。 多元化合物薄膜太阳能电池 聚合物多层修饰电极型太阳能电池 以有机聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制造的研究方向。由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛 ，成本底等优势 ，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意义。 但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。能否发