6-4 太阳能电池 太阳能电池：太阳能电池又称为“太阳能芯片”或光电池，它是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被光照射到，瞬间就可输出电压及电流。由于其利用各种势垒的光生伏特效应，也称为光生伏特电池，简称光电池。 光生伏特效应：半导体在受到光照射时产生电动势的现象。 光生伏特效应涉及三个主要的物理过程：第一，半导体材料吸收光能产生出非平衡的电子—空穴对；第二，非平衡电子和空穴从产生处向势场区运动；第三，非平衡电子和空穴在势场作用下向相反方向运动而分离。

Presentation on theme: "6-4 太阳能电池 太阳能电池：太阳能电池又称为“太阳能芯片”或光电池，它是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被光照射到，瞬间就可输出电压及电流。由于其利用各种势垒的光生伏特效应，也称为光生伏特电池，简称光电池。 光生伏特效应：半导体在受到光照射时产生电动势的现象。 光生伏特效应涉及三个主要的物理过程：第一，半导体材料吸收光能产生出非平衡的电子—空穴对；第二，非平衡电子和空穴从产生处向势场区运动；第三，非平衡电子和空穴在势场作用下向相反方向运动而分离。"— Presentation transcript:

1 6-4 太阳能电池 太阳能电池：太阳能电池又称为“太阳能芯片”或光电池，它是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被光照射到，瞬间就可输出电压及电流。由于其利用各种势垒的光生伏特效应，也称为光生伏特电池，简称光电池。 光生伏特效应：半导体在受到光照射时产生电动势的现象。 光生伏特效应涉及三个主要的物理过程：第一，半导体材料吸收光能产生出非平衡的电子—空穴对；第二，非平衡电子和空穴从产生处向势场区运动；第三，非平衡电子和空穴在势场作用下向相反方向运动而分离。

2 6-4 太阳能电池 一、太阳能的基础知识 1. 大气质量
假如把太阳位于天顶位置时垂直于海平面方向的太阳光线穿过地球大气层的路程作为一个大气质量，则太阳在任意位置时的大气质量被定义为从海平面看太阳光线穿过大气的距离与太阳位于天顶时穿过大气的距离之比。 大气质量m被定义为

3 6-4 太阳能电池 2. 太阳光谱

4 6-4 太阳能电池 AM1.5标准太阳光谱辐照度分布图

5 6-4 太阳能电池 二、太阳能电池的工作原理

6 6-4 太阳能电池 三、太阳能电池的一些重要特性 1. 光谱响应特性
光谱响应特性：采用某些特定波长的入射光对太阳能电池进行照射时，电池所能给出的电流值，产生的响应（即光到电的响应）。 电池的光谱响应特性在相当大的程度上依赖于电池的结构、设计、材料特性、结深以及光学涂层等，如使用玻璃盖片或者滤光膜能够有效地改善光谱响应。此外，太阳能电池的光谱响应特性还随着温度和辐照损失的变化而变化。

7 6-4 太阳能电池 2. 温度特性 太阳能电池的短路电流（ISC）随温度上升而略微上升。而开路电压（VOC）则与温度成反比关系，即随着温度的上升而下降，总体上温度每升高1˚C，电压下降2~2.3 mV。此外，太阳能电池的输出功率P也随温度的上升而下降，温度每上升1˚C，输出功率约损失0.35~0.45%。 3. 输出特性 太阳能电池的输出特性通常使用电池的伏安特性曲线（包含短路电流、开路电压和填充因子）以及光电转换效率来描述。

8 6-4 太阳能电池 伏安特性曲线 开路电压（Voc）：当太阳能电池处于开路状态即电流为零时，电池两电极之间的电位差。
短路电流（Isc）：当太阳能电池的外回路处于短路状态时，被pn结内建电场分开的光生载流子不可能在pn结附近积累，而是全部流经外回路，因此在回路中将产生数值最大的光生电流，被称为短路电流（ISC）。 伏安特性曲线

9 6-4 太阳能电池 填充因子（FF）：太阳能电池最大输出功率与ISC、VOC乘积之比。
光电转换效率（η）：太阳能电池所能提供的最大输出功率（Pm）与入射光的功率（Pin）的比值

10 6-4 太阳能电池 四、太阳能电池的结构

11 6-4 太阳能电池 五、高效太阳能电池 使效率有较明显提高的主要措施：
（1）选择适当电阻率的材料作基区，一般取0.3—10Ω·cm，并且尽量提高表面层少数载流子寿命，作浅结和密栅状正面电极。 （2）在电池背面做高低结和背面光学内反射层。 （3）选用折射率适当而且光损耗最低的材料作为表面减反射层，并把表面做成绒面。

12 6-4 太阳能电池 六、硅系太阳能电池 单晶硅太阳能电池光电转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为25%，规模生产时的效率为16～18%。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作为单晶硅太阳能电池的替代产品。 单晶硅太阳能电池

13 6-4 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，而且效率高于非晶硅薄膜电池，其实验室最高转换效率为20.4%，工业规模生产的转换效率为12%~14%。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电池市场上占据主导地位。 多晶硅太阳能电池

14 6-4 太阳能电池 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300～750 nm的可见光波段，它的吸收系数比单晶硅要高出一个数量级。因此，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1 µm厚）就能吸收90%有用的太阳能。 然而，非晶硅薄膜太阳能电池的制作材料容易引发光致衰退效应，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光电转换效率问题，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。 非晶硅太阳能电池