太阳电池工作原理(第一课).ppt

《太阳电池工作原理(第一课).ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、太阳能电气基础知识培训第一部分：半导体知识、光伏发电原理、光伏发电系统一.半导体原理为什么金属容易导电，非金属不易导电？为何名称是“半导体”原子结构硅原子示意图半导体硅硅原子的最外层电子壳层中有4个电子。在太阳辐照时，会摆脱原子核的束缚而成为自由电子，并同时在原来位置留出一个空穴。电子带负电；空穴带正电。在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体中搀入能够俘获电子的3价杂质，如：硼，鋁，镓或铟等，就成了空穴型半导体，简称p型半导体。如果在硅晶体中搀入能够释放电子的磷，砷，或锑等5价杂质，就成了电子型半导体，简称

2、n型半导体。P-N结特性势垒电场：若将这两种半导体结合在一起，由于电子和空穴的扩散，在交界面处便会形成p-n结，并在结的两边产生内建电场。单向导电性：由于P区中的空穴向N区扩散后与N区中的电子复合，而N区中的电子向P区扩散后与P区中的空穴复合，这使电偶极层中自由载流子数减少而形成高阻层，故电偶极层也叫阻挡层，阻挡层的电阻值往往是组成PN结的半导体的原有阻值的几十倍乃至几百倍。p-n结内建电场当太阳光（或其他光）照射到太阳电池上时，电池吸收光能，能量大于禁带宽度的光子，穿过减反射膜进入硅中，激发出光生电子–孔穴对，并立即被内建电场

3、分离，光生电子被送进n区，光生孔穴则被推进p区，这样在内建电场的作用下，光生电子-孔穴对被分离，在光电池两端出现异号电荷的积累，即产生了“光生电压”，这就是“光生伏打效应”（简称光伏）。在内建电场的两侧引出电极并接上负载，在负载中就有“光生电流”流过，从而获得功率输出。能量守恒原理：光子撞击电子产生电子空穴对二.硅太阳电池的工作原理所谓光电效应，就是指物体在吸收光能后，其内部能传导电流的载流子分布状态和浓度发生变化，由此产生出电流和电动势的效应。在气体、液体和固体中均可产生这种效应，而半导体光伏效应的效率最高。二.硅太阳电池的工

4、作原理三.太阳电池的结构下图为在p型半导体材料上扩散磷元素，形成n+/p型结构的太阳电池。上表面为负极；下表面为正极。1．组件的旁路二极管四.太阳电池基本参数1.标准测试条件光源辐照度：1000W/m2；测试温度：25±20C；AM1.5地面太阳光谱辐照度分布。2.伏安(I-V)特性曲线受光照的太阳电池，在一定的温度和辐照度以及不同的外电路负载下，流入负载的电流I和电池端电压V的关系曲线。不同辐照度下电池的I-V特性曲线3.开路电压在一定的温度和辐照度条件下，光伏发电器在空载(开路)情况下的端电压，通常用Voc来表示。太阳电池的

5、开路电压与电池面积大小无关，通常单晶硅太阳电池的开路电压约为450-600mV，最高可达690mV。太阳电池的开路电压与入射光谱辐照度的对数成正比。4.短路电流在一定的温度和辐照条件下，光伏发电器在端电压为零时的输出电流，通常用Isc来表示。Isc与太阳电池的面积大小有关，面积越大，Isc越大。一般1cm2的太阳电池Isc值约为16~30mA。Isc与入射光的辐照度成正比。Isc随温度上升略有增加。5．MPPT工作原理MPPT本质上是一个寻优过程。通过测量电压、电流和功率，比较它们之间的变化关系，决定当前工作点与峰值点的位置关系

6、，然后控制电流（或电压）向当前工作点与峰值功率点移动，最后控制电流（或电压）在峰值功率点附近一定范围内来回摆动。图不同光照强度下的光伏电池最大功率点5.1.最佳工作电压太阳电池伏安特性曲线上最大功率点所对应的电压。通常用Vm表示5.2最佳工作电流太阳电池伏安特性曲线上最大功率点所对应的电流。通常用Im表示8.转换效率受光照太阳电池的最大功率与入射到该太阳电池上的全部辐射功率的百分比。η=VmIm/Pin其中Vm和Im分别为最大输出功率点的电压和电流，Pin为太阳光输入功率。年份效率（%）光伏电池199520002010单晶硅15

7、1822多晶硅141620聚光电池222530非晶硅7～91014薄膜硅8～101215CIS7～91214CdTe7～91215表4－3光伏电池组件的效率9.填充因子(曲线因子)太阳电池的最大功率与开路电压和短路电流乘积之比，通常用FF(或CF)表示：FF=ImVm/IscVocIscVoc是太阳电池的极限输出功率ImVm是太阳电池的最大输出功率填充因子是表征太阳电池性能优劣的一个重要参数。10.电流温度系数在规定的试验条件下，被测太阳电池温度每变化10C，太阳电池短路电流的变化值，通常用α表示。对于一般晶体硅电池α=+0.1

8、%/0C11.电压温度系数在规定的试验条件下，被测太阳电池温度每变化10C，太阳电池开路电压的变化值，通常用β表示。对于一般晶体硅电池β=-0.38%/0C五.太阳电池分类1.按照基体材料分类：晶硅太阳电池，包括：单晶硅和多晶硅太阳电池非晶硅太阳电池薄膜太阳电池