太阳电池原理及主要电池介绍

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1、1第三讲3太阳电池原理及主要太阳电池介绍1太阳电池分类太阳电池工作原理晶硅太阳电池薄膜太阳电池化合物太阳电池染料敏化太阳电池其它新型太阳电池12太阳电池分类(材料分类)单晶硅太阳电池晶体硅太阳电池多晶硅太阳电池(CrystalSiliconSolarCell)带状硅太阳电池按基体材料分类BasedonMaterials非晶硅太阳电微晶硅薄膜太阳电池多晶硅薄膜太阳电池纳米晶硅薄膜太阳电池硅薄膜太阳电池SiliconThinFilm硒光电池硫化镉太阳电池硒铟铜太阳电池碲化镉太阳电池砷化镓太阳电池磷化铟太阳电池染料敏化太阳电池(DyeSensitiz

2、edSolarcell)有机薄膜太阳电池(OrganicSolarCell)化合物太阳电池CompoundSolarcell223太阳电池分类(应用分类)空间太阳电池刚性衬底柔性衬底地面太阳电池光伏传感器用途分类刚性衬底柔性衬底同质结太阳电池异质结太阳电池肖特基结太阳电池复合结太阳电池分光太阳电池液结太阳电池结构分类平板太阳电池聚光太阳电池分光太阳电池使用状态分类334太阳电池分类（按照技术成熟程度）①晶硅电池：单晶硅，多晶硅，带硅等；②薄膜电池：a-Si，a-Si/c-Si，CIGS，CdTe，GaAs，poly-Si等；③新型电池及新概

3、念电池：染料敏化电池－光电化学电池，有机电池，多结(带隙递变)电池，中间带（杂质带）电池，量子点、量子阱电池，上转换器（低能光子合并成高能光子）电池，下转换器（高能光子分解成低能光子），热载流子电池等。445电池光电化学电池其他新概念电池（第三代电池？）染料敏化电池（如有机电池等）多结电池（太阳光谱多级利用）光子的分离（下转换）和合并（上转换）中间带或杂质带电池％115～632～3结概念证明阶段电池晶硅电池薄膜电池（第二代电池？）太阳级硅硅基化合物Wafer(切片)Ribbon(带硅)多晶a-Si，c-SiPECVD多晶基RTCVD等CdTe

4、CIGSGaAs迭层单晶多晶％2518-192216-181713-1613－155.5-9.5>1516.8～1019.88-10～4232.2产业化产业化部分产业化实验室产业化产业化聚光示范556太阳电池组件分类667太阳能电池发电原理当光线照射太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在Ｐ－Ｎ结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶

5、硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。778光伏效应早在1839年，法国科学家贝克雷尔(Becqurel)就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏打效应”，简称“光伏效应”。太阳电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏打效应，就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。即当太阳光或其他光照射半导体的PN结时，就会在PN结的两边出现电压，叫做光生电压，使PN结短路，就会产生电流。889太阳电池工作原理太阳电池是利用pn结内建电场作用，分离入射光产生的电子-空隙对，在正负电极形成电势

6、。当入射太阳光能量大于吸收层半导体能隙时，入射光与半导体相互作用可以产生光生载流子，所产生的电子-空穴对靠半导体内形成的内建电场分开到两极，正负电荷分别被上下电极收集。由金属导连接正负电极对外提供电能。99基本原理1011太阳能电池发电原理图1111121212131313141414151515太阳电池等效电路(1)理想太阳电池等效电路：相当于一个电流为Isc的恒流电源与一只正向二极管并联。流过二极管的正向电流称为暗电流ID.流过负载的电流为I负载两端的电压为V太阳电池性能参数16理想的太阳电池等效电路一个理想的恒流源和2个二极管组成恒流源的

7、电流Isc与两个二极管电流方向相反，相当于二极管处于正向偏置暂不考虑串联电阻（Rs）和并联电阻（Rsh）ID2是与耗尽区复合相关的二极管，ID1是与n,p区复合相关的二极管ID2IscID1VRI17I=Isc-ID1-ID2ID2很小（因为耗尽区电阻很大）→I=Isc-I01(eqv/kBT-1),I01是与n和p中性区复合相关的暗饱和电流短路电流V=0时，光生电流是Isc(短路电流）开路电压I=0时，电流的输出电压为开路电压Voc=kTq-1ln(Isc+Isc/I01)18理想电池的输出功率：P=IV=IscV-I01(eqv/kBT-1

8、)V求上式的极值，就得到最大输出电压（Vmp)和最大输出电流(Imp)，最大输出功率(Pmp)等于最大输出电流和最大输出电压的乘积。填充因子定义电池的