补充太阳能电池原理.pptxVIP

一、 太阳能电池和太阳光;太阳能电池分类;1.硅太阳能电池;多晶硅太阳电池：作为原料的高纯硅不是拉成单晶，而是熔化后浇铸成正方形硅锭，然后使用切割机切成薄片，再加工成电池。由于硅片是由多个不同大小、不同取向的晶粒构成，因而转换效率低。目前转换效率达到15%--17%。;多晶硅太阳电池生产流程;直拉法拉制单晶示意图及单晶炉 ;非晶硅太阳电池：一般采用高频辉光放电等方法使硅烷气体分解沉积而成。一般在P层与N层之间加入较厚的I层。非晶硅太阳电池的厚度不到1μm，不足晶体硅太阳电池厚度的1/100，降低制造成本。目前转换效率为5%--8%，最高效率达14.6%，层叠的最高效率可达21.0%。;微晶硅太阳电池：在接近室温的低温下制备，特别是使用大量氢气稀释的硅烷，可以生成晶粒尺寸10nm的微晶硅薄膜，薄膜厚度一般在2---3μm，目前转换效率为10%以上。;2.化合物太阳能电池;多晶化合物太阳电池：主要有碲化镉太阳电池（如图） ，铜铟镓硒太阳电池等。 碲化镉太阳电池是最早发展的太阳电池之一，工艺过程简单，制造成本低，转换效率超过16%，不过镉元素可能造成环境污染。铜铟镓硒太阳电池在基地上成绩铜铟镓硒薄膜，基地一般采用玻璃，也可用不锈钢作为柔性衬底。实验室最高效率接近20%，成品组件达到13%，是目前薄膜电池中效率最高的电池之一。;1 太阳能电池的原理; P区 N区;;2 太阳能电池的结构;1.3 阳光的物理来源;黑体所发出的辐射的光谱分布由普朗克辐射定律决定。;;太阳的核心温度高达2×107K;1.4 太阳常数;1.5 地球表面的日照强度;造成衰减的原因： 1.瑞利散射或大气中的分子引起的散射。 2.悬浮微粒和灰尘引起的散射。 3.大气及其组成气体，特别是氧气、臭氧、水蒸气和二氧化碳的吸收。;输入100%; 决定总入射功率最重要的参数是光线通过大气层的路程。太阳在头顶正上方时，路程最短。实际路程和此最短路程之比称为大气光学质量（AM）。;;在无法知道θ值的情况下，如何估算大气光学质量AM？;1.6 直接辐射和漫射辐射;1.直接辐射; 当日照特别少的天气，大部分辐射是漫射辐射。;二 半导体的特性;;多晶硅：;非晶硅：;单晶、多晶和???晶体原子排列 ;金刚石结构（与硅、锗等半导体类似）;2 禁带宽度;; 电子在每个能带中的分布，一般是先填满能量较低的能级，然后逐步填充能量较高的能级，并且每条能级只允许填充两个具有同样能量的电子。;3 允许能态的占有几率;允许能态被电子占据的方式;4 电子和空穴;;;;;;5 电子和空穴的动力学;;6 电子和空穴的密度;本征型;N型;P型;注： 温度升高时，费米能级向本征费米能级靠近，电子和空穴浓度不断增加，不论是P还是N，在温度很高时都会变成本征硅。;7 Ⅳ族半导体的键模型;硅晶体中的正常键;8 Ⅲ族和Ⅴ族掺杂剂;;9 载流子浓度（单位体积的载流子数目）;（2）、扩散运动;小结：;三、 产生、复合及器件物理学的基本方程; 在一定温度下，半导体内不断产生电子和空穴，电子和空穴不断复合，如果没有外表的光和电的影响，那么单位时间内产生和复合的电子与空穴即达到相对平衡，称为平衡载流子。这种半导体的总载流子浓度保持不变的状态，称为热平衡状态。; 由于外界条件的改变而使半导体产生非平衡载流子的过程，称为载流子注入。载流子注入的方法有多种。用适当波长的光照射半导体使之产生非平衡载流子，叫光注入。用电学方法使半导体产生非平衡载流子，叫电注入。; 载流子的复合;2. 间接复合;3. 表面复合;四、 p-n结二极管;ni=n0=p0;2. 杂质半导体;即在一定温度下，杂质半导体中，多数载流子浓度与少数载流子浓度的乘积是一个常数.;显然，杂质电离产生的电子浓度就是杂质（磷）的浓度ND。;掺杂后:;如果在一块半导体单晶中同时掺入三价元素与五价元素，其杂质浓度如图7（b）所示，在x0处施主杂质浓度与受主杂质浓度相等，该中性边界便是PN结所在位置。; PN结内建电场;流过PN结的电流;起初，内建电场较弱，; PN结边界载流子分布;内建电位差;q是电子电荷，;2 结电容;二 扩散电容CD; 当外加正向电压不同时，扩散电流即外电路电流的大小也就不同。所以PN结两侧堆积的多子的浓度梯度分布也不同，这就相当于电容的充放电过程。势垒电容和扩散电容均是非线性电容。;3 太阳能电池的输出参数;能量转换效率为：;3 效率损失;栅线;太阳能电池存在寄生的串联电阻和分流电阻。;四探针测试法：;日照模拟器;光源;1.太阳能电池组件的结构;EVA