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1、光伏电池一、光伏发电原理研究发现，光照使不均匀的半导体或半导体与金属结合的不同部位之间，产生电位差的现象，这种现象被称为光生伏特效应（Photovoltaiceffect），简称光伏效应。一般化合价为4的硅晶体半导体中掺入少量化合价为3的硼原子时，硅晶体中就会出现正电荷的空穴，形成P型半导体；当硅晶体中掺入化合价为5的磷原子后，就会出现负电荷的电子，形成N型半导体。当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体交界面区域会形成一个特殊的薄层，界面P型半导体一侧带负电，N型半导体一侧带正电，如图1所示。由于P型半导体多余空穴，N型
2、半导体中多余自由电子，出现了N区的电子扩散到P区，P区的空穴扩散到N区，这样，就形成了由N区指向P区的内电场（E），以阻止扩散的进行，达到平衡后，形成特殊的薄层，这就是PN结。图PN结示意当半导体晶片受阳光照射后，PN结中的P型半导体的光生电子向PN结扩散，进入PN结后，即被“内电场”推向N区；而N型半导体产生的光生空穴，先向PN结扩散，进入PN结后，即被“内电场”推向P区。这种电子和空穴的移动，在N区积累了大量的光生电子，而P区则积累了大量的光生空穴，在PN结两侧出现了光生电动势，当外电路连接起来时就有光生电流通过。如下图所
3、示，PN结光伏效应示意二、分类主要有硅太阳能电池、聚光太阳能电池、无机化合物薄膜太阳能电池、有机薄膜太阳能电池、纳米晶薄膜太阳能电池和叠层太阳能电池等几大类。硅太阳能电池根据硅片厚度的不同,可分为晶体硅太阳能电池和薄膜硅太阳能电池两大类。晶体硅太阳能电池有单晶硅(c-Si)和多晶硅(p-Si)太阳能电池两类,理论最高光电转化效率为25%，据报道c-Si太阳能电池最高光电转化效率已达24.17%。2004年采用新技术,在世界上率先使p-Si太阳能电池的光电转换效率突破20%大关,达到20.13%。薄膜硅太阳能电池(硅膜厚约50L
4、m)的出现,相对晶体硅太阳能电池,所用的硅材料大幅度减少,很大程度上降低了晶体硅太阳能电池的成本。聚光太阳能电池聚光是降低太阳能电池总成本的一种方法,通过聚光器(倍率一般大于几十倍,有反射式和透镜式两种)将较大面积的阳光聚在一个较小的范围内,形成/焦斑0或/焦带0,并将太阳能电池置于“焦斑”或“焦带”上,以增加光强,克服太阳辐射能流密度低的缺陷,从而获得更多的电能输出。二、薄膜硅太阳能电池主要有多晶硅薄膜太阳能电池、非晶硅薄膜太阳能电池和微晶硅薄膜太阳能电池。这里我们主要介绍多晶硅薄膜太阳能电池。薄膜硅太阳能电池(硅膜厚约50
5、Lm)的出现,相对晶体硅太阳能电池,所用的硅材料大幅度减少,很大程度上降低了晶体硅太阳能电池的成本。薄膜硅太阳能电池主要有非晶硅(a-Si)、微晶硅(Lc-Si)和多晶硅(p-Si)薄膜太阳能电池,前两者有光致衰退效应,其中Lc-Si薄膜太阳能电池光致衰退效应相对较弱但Lc-Si薄膜沉积速率低(仅112nm/s),光致衰退效应致使其性能不稳定,发展受到一定的限制,而后者则无光致衰退效应问题,因此是硅系太阳能电池的发展方向。 光致衰退效应，light-induceddegradation也称S-W效应。a-Si∶H薄膜经较长时间
6、的强光照射或电流通过,在其内部将产生缺陷而使薄膜的使用性能下降,称为Steabler-Wronski效应。三、影响光电转换效率的因素1、太阳能电池发电原理：利用光伏发电，即通过一对有光响应的器件将光能转换成电能。太阳能光伏发电系统主要由太阳能光伏电池组，光伏系统电池控制器，蓄电池和交直流逆变器等主要部件组成，其中的核心元件是光伏电池组和控制器。各部件在系统中的作用。光伏电池：光电转换。太阳能电池主要由晶硅材料做作成类似二极管中的P-N结，工作原理与二极管类似。在二极管中，推动P-N结空穴和电子运动的是外部电场，而在太阳能电池中
7、推动P-N结空穴和电子运动的是太阳光子和光辐射热。也就是通常所说的光电伏特效应原理。控制器：作用于整个系统的过程控制。光伏发电系统中使用的控制器类型很多，而我国目前使用的大都是设计较简单的控制器，其中智能型控制器仅用于通信系统和较大型的光伏电站。蓄电池：蓄电池是光伏发电系统中的关键部分，用来存储由光伏电池转换来的电能。目前我国还没有用于光伏系统的专用蓄电池，而是使用常规的铅蓄电池。交直流逆变器：用于交直流转换，因此这个部件的重要指标是转换效率。例如并网逆变器采用最大功率跟踪技术，最大限度地把光伏电池转换的电能送入电网。2、影响
8、光电转换效率的因素研究光电转换效率的一些参数光电转换效率η%为评估太阳电池好坏的重要因素。目前使用的太阳能电池实验室：η≈24%，产业化：η≈15%。填充因子FF%为评估太阳电池负载能力的重要因素。FF=(Im×Vm)/(Isc×Voc)。其中：Isc-短路电流，Voc-开路
