太阳能电池的工作原理课件.ppt

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1、太阳能电池的工作原理硅太阳电池化合物太阳电池硅太阳电池*以硅为基体材料的太阳电池称为硅太阳电池。单晶硅（Singlecrystaline-Si）太阳电池。多晶硅（Polycrystaline-Si）太阳电池。非晶硅（Amorphous-Si）太阳电池。微晶硅（μc-Si）太阳电池。HIT(HeterojunctionwithIntrinsicThin-layer)电池。双面太阳电池。§3-1太阳电池的分类按基体材料分化合物太阳电池**以化合物半导体材料制成的太阳电池称为化合物太阳电池。单晶化合物太阳电池。多晶化合物太阳电池。有机半导体太阳电池。染料敏化太阳电池。

2、按电池结构分1.同质结太阳电池pn结是同一种半导体材料的同质结构成的太阳电池。2.异质结太阳电池由禁带宽度不同的半导体材料形成的异质结构成的太阳电池。3.肖特基结太阳电池利用金属-半导体界面上的肖特基势垒而构成的太阳电池称肖特基结太阳电池。4.复合结太阳电池由两个或多个pn结形成的太阳电池称为复合结太阳电池。按用途分1.空间太阳电池指在人造卫星、宇宙飞船等航天器上应用的太阳电池。制作精细，价格较高。2.地面太阳电池指用于地面阳光发电系统的太阳电池。具有较高的功率价格比。3.光敏传感器光照强度不同，电流大小也不一样。§3-2太阳电池的工作原理P型和N型半导体3.2

3、.1通常应用的太阳电池是一种将光能直接转换成电能的半导体器件，其基本构造是由半导体的P-N结组成。半导体(semiconductor)*定义：形成材料的电阻率界于金属与绝缘材料之间的材料。电阻率在某个温度范围内随温度升高而增加。电导率在10-4～104/（Ω.cm）之间。原子示意图晶体的共价键结构N型半导体*n型半导体：硅晶体中掺入少量五价元素磷或砷原子。磷或砷原子称为施主。这种杂质半导体主要靠施主能级激发到导带中去的电子来导电，称为电子型半导体或n型半导体。额外电子P对于n型半导体，电子浓度远大于空穴浓度，电子为多数载流子称为多子，空穴称为少子。p型半导体：硅

4、晶体中掺入少量三价硼原子。硼原子称为受主。这种杂质半导体的导电机构主要取决于满带空穴运动，故称空穴半导体或p型半导体。P型半导体*空穴B对于p型半导体，电子浓度远小于空穴浓度，空穴为多数载流子称为多子，电子称为少子。P-N结(P-Njunction)3.2.2如果将n型和p型半导体两者紧密结合，连成一体，导电类型相反的两块半导体之间的过渡区域，称为P-N结。空间电荷区势垒区耗尽区内建电场扩散流漂移流平衡PN结热平衡时：扩散流=漂移流PN结中无净电流。内光电效应3.2.3当半导体的表面受到太阳光照射时，如果其中有些光子的能量大于或等于半导体的禁带宽度，就能使电子挣

5、脱原子核的束缚，在半导体中产生大量的电子-空穴对，这种现象称为内光电效应。实现条件：hv≥Eg或λ≤hC/Eg太阳电池基本工作原理3.2.4吸收光子，产生电子空穴对。电子空穴对被内建电场分离，在PN结两端产生电势。将PN结用导线连接，形成电流。在太阳电池两端连接负载，实现了将光能向电能的转换。晶体硅太阳电池的结构3.2.5上电极（-）抗反射层背面接触基本晶体硅太阳电池的结构有机太阳电池的结构3.2.6§3-3太阳电池的电学特性标准测试条件3.3.1大气质量—太阳光线通过大气层的路程对到达地球表面的太阳辐射的影响AM0—地球大气层外的太阳辐射AM1—穿过1个大气层

6、的太阳辐射（太阳入射角为0）AM1.5—太阳入射角为48.2°的太阳辐射国际上统一规定地面太阳电池的标准测试条件是：光强：1000W/m2光谱分布：AM1.5电池温度：25℃电性能测试大气质量(AM0-2)太阳光谱大气质量(AM)太阳光谱定义几何示意图(AM=1/cosz=(1+(s/h)2)-1/2),s是高度为h的垂直竿的阳光下投影长度，z太阳天顶角。太阳数据-直径1392000km-表面积6.9x1012km2-表面温度5500K-表面辐射密度63000kW/m2-辐射能量3.36x1024MWh/a-大气层外太阳光谱分布分类与所占比例紫外线:＜380

7、nm(6.46%)可见光:380-780nm(46.25%)红外线:＞780nm(47.29%)-晶体Si太阳电池光谱响应范围≤1100nm(50%)-到太阳的平均距离1.5x108km-直径12756km-表面积5.11x108km2-陆地面积1.49x108km2(29.2%)-中国面积9.6x106km2(1.87%)?-大气层外辐射密度（太阳常数）13677W/m2-在地球空间方向上的辐射功率1.76x1011MW-在地球空间方向上的辐射能量1.54x1015MWh/a-在地球表面的的辐射密度(全球辐射)1000W/m2-在地球表面的辐射功率1.28x

8、1011MW-在地球表面