太阳能光伏电池亮特性与波长的关系论文参考.doc

太阳能光伏电池亮特性与波长的关系 摘要：太阳能是地球上可供开采的最大能源：“无害”，不污染环境；“持续”，可稳定供应100亿年。太阳能是非常活跃的研究和应用领域，前景广阔。太阳电池是目前太阳能利用中的关键环节，核心概念是pn结合光生伏特效应。理解太阳能电池的工作原理，基本特性表征参数和测试方法是必要和重要的。本文主要介绍了太阳能的基本概念和非晶硅太阳能电池的结构、主要优缺点。重点介绍了太阳能光伏电池实验的实验原理、内容、实验数据处理、实验中的注意事项、遇到的问题以及从实验数据中得出的结论。 关键字：太阳能 非晶硅 非晶硅太阳能电池 亮特性 波长特性 1.太阳能概述 1.1太阳能基本概念 太阳能这个词早就脱离了学术交流了领域而为普通大众所知。太阳能一般指太阳光的辐射能量。我们知道在太阳内部无时无刻不在进行着氢转变为氦的热核反应，反应过程中伴随着巨大的能量释放到宇宙空间。太阳释放到宇宙空间的所有能量都属于太阳能的范畴。科学研究已经表明太阳热核反应可以持续百亿年左右，能量辐射功率3.8×1023kW。根据地球表面积、与太阳的距离等数据可以计算出辐照到地球的太阳能大致为全部太阳能辐射量的20亿分之一左右。考虑到地球大气层对太阳辐照的反射和吸收等因素，实际到达地球表面的太阳辐照功率为亿千瓦，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量相当于燃烧500万吨煤释放的热量。 1.2太阳能能源背景 随着社会经济的不断发展，能量与能源问题的重要性日益凸显。人类对能源的需求，随着社会经济发展而急剧膨胀，专家估计目前每年能源消耗总量为200亿吨标准煤，并且这其中的90%左右是依靠不可再生的化石能源来维持的。就目前这种情况，全球化石能源储备只能维持100年左右。太阳能以其清洁、长久、无害等有点自然而然成为人类可持续发展不得不考虑的能源方式。 21世纪,新能源和清洁的可再生能源的开发将成为影响世界经济发展的技术领域,其中，太阳能能否在未来被充分的开发和利用已成为世界各国政府及科研机构必须面临的挑战，作为其中之一的太阳能发电技术，更是受到人们的普遍关注。未来，太阳能发电技术将被大规模的应用于各个行业和领域，这都是因为太阳能发电具有许多其他能源无法具有的优点，其中就包括没有噪声，没有污染，不消耗燃料，不需要复杂的机械结构，不需要专门的看守人员，建造方便，维护方便，故障率低，规模可大可小，不需要远程传输，可方便地与各种器械设施或建筑相结合等。近年来，太阳能电池发电技术在国际上飞速发展，例如，美 国、欧洲及日本制定了庞大的光伏发电发展计划，世界光伏市场开始由边远的农村和特殊应用向家用发电和大规模使用的方向发展，光伏发电已经由补充能源向替代能源转变[1]。 我国的能源资源储量也面临着各种各样的危机。现已估算，我国的能源总量仅相当于为八千多亿吨标准煤，其中已探明的可开发能源总储量仅相当于一千三百余亿吨标准煤，约占世界能源总储量的百分之十左右，我国已探明的可开发能源总储量的结构为：原煤占58.8%，原油占3.4%，天然气占1.3%，水能占36.5%。这些能源储备仅能保证我国未来129年的使用，这其中，原煤仅够114.5年的使用，原油仅够20.1年的使用，天然气仅够49.3年的使用[2]。 由上面的能源数据来看，我国的新能源开发问题已迫在眉睫，如何找到一种可源源不断，又没有污染的能源已成为必须考虑的问题。太阳能，作为满足条件的能源之一已备受人们的关注，以太阳能为动力的太阳能电池将是未来世界的主要能源之一[3]。 2.1非晶硅太阳能电池主要特点 2.1.1非晶硅太阳能电池的结构 非晶硅太阳能电池由透明氧化物薄膜(TCO)层、非晶硅薄膜P-I-N层（I层为本征吸收层)、背电极金属薄膜层组成，基底可以是铝合金、不锈钢、特种塑料等，其结构示意图如图(1)和(2)所示。 图(1) 非晶硅太阳能电池的结构 图(2) 非晶硅太阳能电池示意图 第一层为普通玻璃,是电池的基底。第二层为TCO，即透明氧化物导电膜，一方面光从它穿过被电池吸收，所以要求它的光透过率高；另一方面作为电池的一个电极，所以要求它能够导电。TCO 一般制备成绒面，主要起到减少反射光从而增加光的吸收率的作用。太阳能电池就是以这两层为衬底沉积形成的。太阳能电池的第一层为P层，即窗口层；其次是i 层，即太阳能电池的本征层，光生载流子主要在这一层产生；然后是n层，起到连接i极和背电极的作用。最后是背电极和Al/Ag 电极。 由于a-Si(非晶硅)多缺陷的特点，a-Si 的p-n 结是不稳定的，而且光照时光电导不明显，几乎没有有效的电荷收集。所以，a-Si 太阳能电池基本结构不是p-n结而是p-i-n 结。掺硼形成P 区，掺磷形成n 区，i 为非杂质或轻掺杂的本征层(因为非掺杂的a-Si 是弱n 型)。重掺杂的p、n 区在电池内部