第八章 太阳能电池原理及概述 https://pan.baidu.com/s/1c1BpEz2 II-VI族课件：https://pan.baidu.com/s/1nu8V0bJ
大同熊猫太阳能电站
90%以上是Si 多晶硅65% 单晶硅35%
太阳能电池对半导体材料的一般要求 禁带不能太宽 能实现较高的光电转换效率 对环境无污染 便于工业化生产且性能稳定 红外：48.3% 可见：43% 紫外：8.7%
太阳能电池分类
太阳能电池基本结构
光伏效应
光伏效应
光生载流子在耗尽层中产生后，立即被内建电场分离 电子进入n区，空穴进入p区
稳定光照时，若电池处于开路状态，光生载流子积累产生电压，pn结处于正偏状态，Fermi能级发生分裂： 开路电压 稳定光照时，若电池处于短路状态，积累的光生载流子通过外电路复合，光电压消失，形成短路电流
太阳能电池等效电路： 与二极管并联的电流源 电池并联电阻： 电池串联电阻： 边缘漏电 材料体电阻 杂质缺陷 接触电阻 局部短路 无光照：外加电压时产生的电流ID为暗电流 有光照：产生光电流IL
光电流（短路电流） 二极管整流电流
通常转换入第一象限后进行分析 提高短路电流： 提高光生载流子产生率 增加少子寿命 减少表面复合 填充因子 短路电流，大部分情况等于光电流 通常在0.7-0.85之间 最大输出功率 开路电压 提高开路电压： 减少复合以减小反向饱和电流 提高掺杂浓度
光电转换效率 电池输出电功率与入射光功率之比 效率是表征太阳能电池性能的最重要参数
太阳电池由半导体材料组成，其效率由诸多因素限制： 能量大于半导体带隙的光子才能被吸收 被吸收后的光子由于热平衡化损耗，也不能完全转化为载流子 考虑这两个因素，当半导体材料的带隙为1.1-1.4 eV时，太阳电池能 获得的最大能量约为太阳光能量的45%。 电压损失 实际太阳电池的开路电压Voc总是低于其光学带隙，这是由于热力学细致 平衡要求太阳电池自发地向外界辐射光子 太阳电池的最大输出电压Vmp往往小于Voc，最大输出电流Jmp通常小于短路 电流Jsc
Shockley和Queisser于1961年首先预测了太阳电池的极限效率（S-Q极限），在标准AM1 Shockley和Queisser于1961年首先预测了太阳电池的极限效率（S-Q极限），在标准AM1.5太阳光照（一个太阳）辐射下，太阳电池的极限效率为33.7%，此时对应的半导体的禁带宽度为1.34 eV 实际工作时，效率远低于S-Q极限值： 光子吸收损耗、光生载流子收集损耗使Jsc低于极限值 各种载流子复合（Auger复合、带尾复合、体内/表面/界面复合）使Voc低于极限值 阻抗、接触、及其它非理想因素，使其FF低于极限值 效率与S-Q极限值接近程度，可以将太阳电池材料分为三类： 超高效率的单晶光伏材料，其PCE超过S-Q值的75%，主要有单晶硅、GaAs、GaInP 高效多晶材料，其PCE为S-Q值的50-75%，包括多晶硅、铜铟镓硒（CIGS）、CdTe、钙钛矿和InP。 低效材料，其PCE小于S-Q值的50%，有微晶硅、纳晶硅、无定形硅、铜锌锡硒（CZTS）、染料敏化二氧化钛、有机太阳电池材料和量子点。
每种材料在最高效率时对应的Jsc、Voc和FF： 不同材料的Jsc基本上遵循S-Q极限曲线（JSQ）的变化规律，很多材料的Jsc都接S-Q近极限值。而Voc和FF的分布却非常离散，仅仅只有少数材料接近S-Q极限值。
定义两个新的特征参数： j（电流比率）=Jsc/JSQ 表征光耦合、吸收、捕获程度以及载流子收集效率 v×f，其中v=Voc/VSQ（电压比率），f=FF/FFSQ 与各种（体、表面和界面）载流子复合相关，v和f是所有的电荷限制过程的总和 这两个参数将各种太阳电池的效率限制因素归纳为 光管理(j)和载流子管理(v×f)两个因素
钝化发射极及 背局域接触电池 叉指背接触 Si异质结 减反射膜
提高太阳能电池效率的方法 （1）级联电池 对太阳光实行谱分离，对每一波段逐段选择优化带隙 理论转换效率>60%
提高太阳能电池效率的方法 （2）聚光电池 利用不同聚光方式，可将太阳光汇聚成 低(1-10 Sun)、中（10-100 Sun）、高（100-1000 Sun）、超高(>1000 Sun)