第1章 太阳电池概论
1 太阳能电池概论
1.3 太阳电池工作原理
1.3.1 光电效应
光电效应（Photoelectric effect）：特定频率的电磁波照射下到物质上， 引起物质的电性质发生变化的现象。光电效应分为光电子发射、光电导 效应和光生伏特效应。前一种又称外光电效应。后两种现象称为内光电 效应。
光生伏特效应（Photovoltaic effect）：简称“光伏效应”，即半导体 在受到光照射时，由于光生载流子 在不同位置具有不均一性，或者由 于PN结产生了内部载流子，就会因扩散或者漂移效应而引起电子和空 穴密度分布不均匀，从而产生电动势的现象。
光伏效应首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转化为电能量的 过程；其次，是形成电压，实现功率输出的过程。
太阳电池的光生电流由入射光强bs和太阳电池的性能共同决 定。
∫ J ph = J sc = q 0∞ QE(E)bs (E,Ts )dE
1.4.3 光生电流和量子效率 能量在 到 范围内的太阳辐射光子数， 与太阳温度 有关 是太阳光子通量或入射光强， 描述单位时间内、单位面积上、 描述能量为 的光子，产生电子跃迁，并进入外部电路的概率； 是电子电量；量子效率 是光子能量的函数，
1.3 太阳电池工作原理
1.3.1 PN结的形成
同样如果在纯净的硅晶体中掺入3价杂 质，如硼（或鋁、镓或铟等），这些3 价杂质原子的最外层只有3个价电子， 当它与相邻的硅原子形成共价键时， 还缺少1个价电子，因而在一个共价键 上要出现一个空穴，因此掺入3价杂质 的4价半导体，也称为p型半导体。
对于P型半导体，空穴是多数载流 子，而电子为少数载流子。
第一章 太阳电池概论
• 1.1 太阳电池发展简史 • 1.2 器件分类和典型结构 • 1.3 工作原理 • 1.4 基本电性能参数
太阳电池的工作原理和基本特性_图文.
第一章太阳电池的工作原理和基本特性1.1 半导体物理基础1.1.1 半导体的性质世界上的物体如果以导电的性能来区分，有的容易导电，有的不容易导电。
容易导电的称为导体，如金、银、铜、铝、铅、锡等各种金属；不容易导电的物体称为绝缘体，常见的有玻璃、橡胶、塑料、石英等等；导电性能介于这两者之间的物体称为半导体，主要有锗、硅、砷化镓、硫化镉等等。
众所周知，原子是由原子核及其周围的电子构成的，一些电子脱离原子核的束缚，能够自由运动时，称为自由电子。
金属之所以容易导电，是因为在金属体内有大量能够自由运动的电子，在电场的作用下，这些电子有规则地沿着电场的相反方向流动，形成了电流。
自由电子的数量越多，或者它们在电场的作用下有规则流动的平均速度越高，电流就越大。
电子流动运载的是电量，我们把这种运载电量的粒子，称为载流子。
在常温下，绝缘体内仅有极少量的自由电子，因此对外不呈现导电性。
半导体内有少量的自由电子，在一些特定条件下才能导电。
半导体可以是元素，如硅（Si）和锗（Ge），也可以是化合物，如硫化镉（OCLS）和砷化镓（GaAs），还可以是合金，如GaxAL1-xAs，其中x为0-1之间的任意数。
许多有机化合物，如蒽也是半导体。
半导体的电阻率较大（约10-5ρ107m），而金属的电阻率则很小（约10-810-6m），绝缘体的电阻率则很大（约ρ108m）。
半导体的电阻率对温度的反应灵敏，例如锗的温度从200C升高到300C，电阻率就要降低一半左右。
金属的电阻率随温度的变化则较小，例如铜的温度每升高1000C，ρ增加40%左右。
电阻率受杂质的影响显著。
金属中含有少量杂质时，看不出电阻率有多大的变化，但在半导体里掺入微量的杂质时，却可以引起电阻率很大的变化，例如在纯硅中掺入百万分之一的硼，硅的电阻率就从2.14103m减小到0.004m左右。
金属的电阻率不受光照影响，但是半导体的电阻率在适当的光线照射下可以发生显著的变化。
太阳能电池基础知识定义及介绍
太阳能电池基础知识定义及介绍第一篇：太阳能电池基础知识定义及介绍太阳能电池基础知识定义及介绍中文名称：太阳能电池英文名称：solar cell 定义1：将太阳辐射直接转换成电能的器件。
所属学科：电力（一级学科）；可再生能源（二级学科）定义2：以吸收太阳辐射能并转化为电能的装置。
所属学科：资源科技（一级学科）；能源资源学（二级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布百科名片太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。
以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。
目录历史太阳能电池的原理光—热—电转换光—电直接转换太阳能电池产业现状全球太阳能电池产业现状我国太阳能电池产业现状太阳能电池及太阳能发电前景简析太阳能电池的分类太阳能电池的分类简介（1）硅太阳能电池（2）多元化合物薄膜太阳能电池（3）聚合物多层修饰电极型太阳能电池（4）纳米晶太阳能电池（5）有机太阳能电池太阳能电池（组件）生产工艺封装流程：组件高效和高寿命如何保证：太阳电池组装工艺简介：太阳能电池阵列设计步骤太阳能电池发展市场太阳能电池发展市场简介利用太阳能电池的离网发电系统利用太阳能电池的并网发电系统新型太阳电池染料敏化太阳电池串叠型电池历史太阳能电池的原理光—热—电转换光—电直接转换太阳能电池产业现状全球太阳能电池产业现状我国太阳能电池产业现状太阳能电池及太阳能发电前景简析太阳能电池的分类太阳能电池的分类简介（1）硅太阳能电池（2）多元化合物薄膜太阳能电池（3）聚合物多层修饰电极型太阳能电池（4）纳米晶太阳能电池（5）有机太阳能电池太阳能电池（组件）生产工艺封装流程：组件高效和高寿命如何保证：太阳电池组装工艺简介：太阳能电池阵列设计步骤太阳能电池发展市场太阳能电池发展市场简介利用太阳能电池的离网发电系统利用太阳能电池的并网发电系统新型太阳电池染料敏化太阳电池串叠型电池展开编辑本段历史术语“光生伏打(Ph otovoltaics)”来源于希腊语，意思是光、伏特和电气的，来源于意大利物理学家亚历山德罗·伏特的名字，在亚历山德罗·伏特以后“伏特”便作为电压的单位使用。
太阳电池原理及基本特性
பைடு நூலகம்
第二节 太阳电池原理及基本特性
太阳电池原理及基本特性
目录
p-n结的光生伏特效应 结的光生伏特效应 太阳电池的电流电压特性 太阳电池的电流电压特性 太阳电池的基本参数 如何提高电池的光电转换效率 太阳辐射基本知识
太阳电池原理及基本特性
1. p-n结的光生伏特效应
当用适当波长的光照射非均匀半导体（ 当用适当波长的光照射非均匀半导体（p-n结等）时， 适当波长的光照射非均匀半导体 结等） 由于内建场的作用（不加外电场），半导体内部产生电动势 由于内建场的作用（不加外电场），半导体内部产生电动势 ）， （光生电压）；如将p-n结短路，则会出现电流（光生电流 光生电压）；如将p 结短路，则会出现电流（ ）；如将 ）。这种由内建场引起的光电效应称为光生伏特效应。 ）。这种由内建场引起的光电效应称为光生伏特效应。 这种由内建场引起的光电效应称为光生伏特效应
hν ≥ Eg
前电极
太阳电池基本结构
太阳电池原理及基本特性
1. p-n结的光生伏特效应
平衡p-n结： 在p-n结处形成耗尽区，其 中存在着势垒电场，该电场的方 向由n区指向p区。 ——内建电场
光照：在N区、耗尽层P区产生电子-空穴对。多数载流子浓 度改变较小，而少数载流子浓度变化很大，主要研究少数 载流子的运动。
(
qV k0T
−1
)
k0T IL − I V= ln +1 q IS
（1）开路电压 Voc p-n结开路情况下，R=∞，此时流经R的电流 I=0 ，则得： IL = ID
太阳电池原理及基本特性
3. 太阳电池的基本参数
开路电压为：
k0T IL Voc = q ln +1 IS
《太阳能电池基础与应用》太阳能电池-第一章
课程大纲第一部分：基础知识第章引言第一章：引言第二章：半导体基础第三章：P-N结第四章：太阳能电池基础第二部分：传统太阳能电池第章能第五章：晶体硅太阳能电池第六章：高效III-V族化合物太阳能电池第七章：硅基薄膜太阳能电池第八章：高效薄膜太阳能电池（CIGS, CdTe）第三部分：新型太阳能电池第九章：有机太阳能电池第十章：染料敏化及钙钛矿太阳能电池第十一章：其它新型太阳能电池（量子点，中间带等）第十二章：多结太阳能电池主讲教师：（1-4 章：18学时）；82304569，xwzhang@张兴旺14章学时）xwzhang@semi ac cn尹志岗（5-7 章：14学时）；82304469，yzhg@游经碧（8-12章：22学时）；82304566，jyou@课程性质：专业选修课课程性质专业选修课课时：54课时考试类型：开卷成绩计算方式：期末考试（70%）+小组文献汇报（30%）成绩计算方式期末考试参考书目：1熊绍珍朱美芳：《太阳能电池基础与应用》科学出版社1. 熊绍珍，朱美芳：《太阳能电池基础与应用》，科学出版社，2009年2. 刘恩科，朱秉升，罗晋生：《半导体物理学》，电子工业出版社，2011年3. 白一鸣等编，《太阳电池物理基础》，机械工业出版社，2014年第一章引言太阳能的利用方式1.2太阳能资源及其分布31.114太阳电池工作原理31.3太阳电池发展历程1.4太阳电池应用与趋势31.51.6中国光伏发电的现状1973年，由于中东战争而引起的“石油禁运”，全世界发生了以石油为代表的能源危机，人类认识到常规能源的局限性、以石油为代表的“能源危机”，人类认识到常规能源的局限性有限性和不可再生性，认识到新能源对国家经济发展、社会稳定及安全的重要性。
与此同时，环境污染日益加剧、极端天气频繁出现，不断挑战着人类的忍受极限……1.1 太阳能资源：未来能源的主要形式太阳能核能地热能生物质能风能水势能清洁能源－－光伏发电太阳------物理参数太阳------地球生命之源！表度太阳------巨大的火球！表面温度：5760-6000K中心温度：1.5×107K日冕层温度：5×106K198930质量：1.989×10kg太阳每秒释放的能量：3.865×1026J，相当于132每秒燃烧1.32×1016吨标准煤的能量(世界能源消耗)3.0 ×1020joule/y=万分之一！3.0 ×1024joule/y万分之巨大潜力(照射到地面的太阳能)457亿年>50亿年我国的太阳能资源45.7亿年，>50亿年，取之不尽、用之不竭地表每年吸收太阳能17000亿吨标煤2007年一次能源26.5亿吨标煤解决能源危机特点能源取之不尽、无污染地球表面角度0.1%的太阳能，转变率5%，每年发电量可达5.6×1012千瓦小时，相当于目前世界上能耗的40倍资源丰富太阳环改善环境、保护气候无污染物废气噪音的污染特点能的境角无污染物、废气、噪音的污染1 MW并网光伏电站的年发电能力约为113万优点度并能kWh，可减排二氧化碳约191余吨相当于每年可节省标准煤约384余吨，减排粉尘约5.5吨，减排灰渣约114吨，减排二氧化硫约节能减排8.54吨。
太阳能电池概论范文
太阳能电池概论范文
太阳能电池（Solar Battery）是一种利用光能转化成电能的装置，是目前世界上最为广泛应用的可再生能源之一、太阳能电池通过光电效应将光能转化成直流电能，用于供电或储存。
它具有环保、可再生、经济等优点，被广泛应用于家庭、商业和工业领域。
太阳能电池是由多个光电池单元组成的，每个光电池单元由两个不同材质的半导体材料构成，称为PN结。
这些材料通常是硅、硒化镉等。
当光线照射到光电池上时，光子会击中PN结，激发电子，从而产生电流。
这个过程被称为光电效应。
光电池中的光电效应是将光能转化成电能的基础。
太阳能电池的工作原理类似于一块半导体材料，其导电性取决于材料中电子的能量状态。
光照下，光子的能量可以提供足够的能量，使电子从低能级跃迁到高能级。
这个跃迁的能量足以克服PN结的势垒，从而形成电流。
这种电流可以被转化成直流电，然后供电给电器设备使用，或者储存起来以备不时之需。
当然，太阳能电池也存在一些挑战。
首先，太阳能电池的能源转化效率相对较低，虽然近年来取得了一些进展，但仍需要进一步提高。
其次，太阳能电池的成本相对较高，安装和维护费用也相对较高。
此外，太阳能电池的使用受到天气条件的限制，阴雨天气或夜间阳光不足时，太阳能电池的发电效率会受到影响。
总之，太阳能电池是一种具有广泛应用前景的可再生能源技术。
随着对环境保护的重视和能源需求的增长，太阳能电池的应用将逐渐扩大，为人类提供可持续、清洁的能源供应，推动经济发展和社会进步。
虽然太阳
能电池还面临一些挑战，但相信随着技术的进步和成本的降低，太阳能电池将会更加普及和成熟。
项目1 认识太阳电池
学习内容：
（1)电池实物
（2)电池的特点 （3)电池制造流程
学习内容：
近空间升华法
目前被用来生产高效率CdTe薄膜电池最主要的方法——
蒸发源是被置于一与衬底同面积的容器内，衬底与材料要尽
（1)电池实物
（2)电池的特点
量靠近放置，使得两者之间的温度差尽量小，从而使薄膜的 生长接近理相平衡状态。使用化学计量准确的源材料，也可
(1)投资大：非晶硅太阳能电池投资额是晶体硅太阳能电
池的5倍左右； (2)成本回收周期较长：设备折旧率昂贵。
透明导电膜（SnO2:F-TCO)玻璃磨边清洗 背玻璃磨孔清洗
学习内容：
红外激光TCO刻槽 PECVD非晶硅膜系沉积
（1)电池实物
绿激光非晶硅膜系刻槽
（2)电池的特点 （3)电池制造流程
磁控溅射PVD镀AZO-铝背电极膜系
（1)电池实物
（2)电池的特点 （3)电池制造流程
学习内容：
碲化镉（CdTe)薄膜太阳电池结构
（1)电池实物
（2)电池的特点 （3)电池制造流程
学习内容：
碲化镉（CdTe)薄膜太阳电池结构
降低CdTe和金属电极的接触势 垒，引出电流，使金属电极与 CdTe形成欧姆接触。 与n型和CdS窗口层形成的p-n 结是整个电池最核心的部分 n型半导体，与p型CdTe 组成p/n结。几乎所有的 可见光都可以透过。 透明导电氧化层。 作用：透光和导电
非晶硅
多结晶型异质（HIT）型
薄膜硅
III-V族多结（GaAs)等
太阳能电池
化合物类
CIGS类 CdTe
色素增感
有机类
有机半导体
1-1 太阳电池简介
1975年 非晶硅太阳电池问世。 1975年 非晶硅太阳电池问世。 1980年 单晶硅太阳电池效率达20% 20%， 1980年 单晶硅太阳电池效率达20%，砷化镓电池 22.5%，多晶硅电池达14.5% 14.5%， 达22.5%，多晶硅电池达14.5%，硫化镉电池达 9.15%。 9.15%。 1998年 单晶硅光伏电池效率达25% 25%。 1998年 单晶硅光伏电池效率达25%。荷兰政府提 荷兰百万个太阳光伏屋顶计划” 2020年 出“荷兰百万个太阳光伏屋顶计划”，到2020年 完成。 完成。 自50年代研制成第一块实用的硅太阳电池、60 年代太阳电池进入空间应用、70年代进入了地面 应用，太阳能光电技术已历经了半个世纪。发展 到今天，世界太阳电池组件的年产量达200MW以上。
太阳电池简介
2008年 2008年1月
太阳电池（Solar Cells Solar Cells）,也称为光 伏电池，是将太阳光辐射能直接转换为 电能的器件。由这种器件封装成太阳电 池组件，再按需要将一块以上的组件组 合成一定功率的太阳电池方阵，经与储 能装置、测量控制装置及直流--交流变 换装置等相配套，即构成太阳电池发电 系统，也称为之光伏发电系统。
Hale Waihona Puke 太阳电池的种类和特征晶体硅太阳电池结构
太阳光 表面电极 减反射膜
n p pn 结 背电极
光伏效应
太阳电池发电原理示意图
光伏效应
N型半导体和P型半导体接触形成PN结，PN结 内存在从N区指向区的内建电场。PN结受光照后， 半导体吸收光能产生带正电和负电的粒子（空穴 和电子），在内建电场作用下，电子（－）朝N型 半导体汇集，而空穴（＋）则朝P型半导体汇集。 如果外电路处于开路状态，那么这些光生电子和 空穴积累在pn结附近，使p区获得附加正电荷，n 区获得附加负电荷，这样在pn结上产生一个光生 电动势。
太阳能电池原理与应用 第一章 绪论
光伏水泵
解决无电地区的深水井饮用、灌溉
3-5KW家庭屋顶并网发电系统
光电转换原理及光伏产业
光电转换原理，是指光照使不均匀半导体或半导体与 金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。分三个过程 ：一、由光子（光波）传递给电子、光能量转化为电能量 ；二、载流子扩散；三、产生电压差。 由于从太阳光能转换成电能的光电转换装置，是利用 半导体器件如单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓（GaAs） 等的光电转换原理进行的，因此把与太阳能发电系统构成 链条关系的产业称为光伏产业。光伏产业，是一种利用太 阳能电池直接把光能转换为电能的环保型新能源产业。
太阳能光伏发电原理
太阳能电池就是一块大面积的P-N结，基于光生 伏打效应，将光能转化为电能。转换效率15%左右。
太阳能电池发电原理和结构 1-栅线电极；2-减反射膜；3-扩散区；4-基区；5-底电极
太阳能光伏发电的主要特点
优点： 1.储备无限。足够供给，且不受能源危机或燃料市场不稳定的冲击；
2.取用方便，随处可得。就近供电，无需长距运输，避免电能损失； 3.不用燃料。绿色、环保，降低运行成本； 4.发电时无机械运动部件。不存在磨损，机械可靠性高，维护方便； 5.清洁能源。无废弃物、污染、噪声等； 6.系统建设周期短。根据负荷增减电池方阵容量，不会浪费； 7.节省土地资源。发电过程不需要冷却水，可建设的荒漠戈壁上；光 伏-建筑一体化发电系统； 8.光伏发电系统工作性能稳定可靠，使用寿命长（30年以上）； 9.光伏发电电池组件结构简单，体积小，重量轻，便于运输和安装。
温和和政策推动局面预测
—来源EPIA
科技是光伏产业的第二驱动力
太阳能光伏发电系统主要包括：太阳能电池、控制器、蓄 电池和逆变器等。提高太阳能电池的光电转换效率可以直接降 低系统平衡成本，组件效率每提高一个百分点，系统平衡成本 可下降5到7个百分点。转换效率高，可以在同样发电容量下， 减少太阳电池矩阵面积，减少太阳电池模块用量。因此成为太 阳能发电技术的主要发展方向。 太阳能电池技术是太阳能发电技术的主要组成部分。太阳 电池的光电转换效率分为两种。一种是小尺寸（例如1cm2）的 研究开发水平：单晶硅太阳电池24.7%，多晶硅太阳电池 19.8%，非晶硅太阳电池15%，铜铟硒太阳电池18.8%，砷化 镓太阳电池33%，有机纳米晶太阳电池5.48%。一种是大尺寸 （例如1200cm2）的商品化生产水平：单晶硅太阳电池15%， 多晶硅太阳电池12%，非晶硅太阳电池8%，铜铟硒太阳电池 10%。
太阳能电池材料 第一章PPT课件
课程介绍
太阳能电池材料课程结构：
1. 以不同类型电池材料为主线。 2. 针对特定类型电池，讲述所用材料的制备技术、性能及器件性能等
相关知识。 3. 学习重点： ① 材料的制备技术 ② 材料结构、物理化学性质 ③ 材料对电池性能的影响
6
第一章 太阳能电池材料概论
1.1 章节重点与学习目标 1.2 能源现状与可再生能源 1.3 太阳光的使用与光电转换 1.4 太阳能电池的种类和发展 1.5 太阳能电池的其他信息
14
1.2 能源现状与可再生能源
太阳能电池及其模块在使用上的优点：
1. 对于人类历史而言，太阳能取之不尽、用之不竭。 2. 太阳能的提供无需任何能源运转费，无需燃料，无需废弃物与污染，
无转动组件，无噪声。 3. 机械磨损较少，可使用20年以上。 4. 太阳能可以直接将光能转换为直流电能，发电规模弹性较大。 5. 太阳能电池种类众多，外形、尺寸可随意变化，应用广泛。 6. 可与建筑物相结合。 7. 。。。
15
1.2 能源现状与可再生能源
太阳能电池及其模块在使用上的缺点：
1. 目前成本相对昂贵。 2. 转换效率只有15-20%，大规模发电需要较大的面积。 3. 目前常用的结晶硅电池的发电受天气影响较大，在弱光、晨昏与阴
雨天时，电量会降低。 4. 。。。
但是：各国对太阳能电池都有较大的补助政策，太阳能电池的技术
带隙宽度的各类材料光电转换效率的第一个理论计算。
29
1.4 太阳能电池的种类和发展
13. 1954年RCA实验室的P.Rappaport等报道硫化镉的光伏现象， (RCA:RadioCorporationofAmerica,美国无线电公司)。 贝尔(Bell)实验室研究人员D.M.Chapin,C.S.Fuller和G.L.Pearson报道 4.5%效率的单晶硅太阳能电池的发现，几个月后效率达到6%。
太阳能电池 工作原理、技术和系统应用的课件 太阳能电池课件 新南威尔士大学
太阳能电池概论
P型半导体
杂质半导体
形成：本征半导体中掺入三价杂质原子 ，如硼（B）等。 载流子：空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。
简化图 （a）结构示意图 图1-5 P型半导体的结构
太阳能电池概论 第一章 太阳能电池和太阳光
P-N结的形成
在半导体内，由于掺杂的不同，使部分区域是n型，另一部分区域是 p型，它们交界处的结构称为P-N结(P-N junction)。
太阳能电池概论
第一章 太阳能电池和太阳光
1990年以后，太阳能电池发电与民用发电相结合。
德国弗赖堡
太阳能电池概论
第一章 太阳能电池和太阳光
太阳能电池概论
第一章 太阳能电池和太阳光
德国是世界上太阳能电池最普及的国家，其次是日本和美国。 中国是太阳能电池生产大国。2009年3月，中国宣布了太阳 能补贴计划。继美国之后，2012年9月，欧盟对中国发起光 伏反倾销。
太阳能电池概论
第一章 太阳能电池和太阳光
1877年，Adams和Day研究了玻璃硒的光 伏效应。
将铂作为电极被放臵在透明硒的两端，只 需光照就能使玻璃状的硒产生电流。这是首 次全部利用固体来演示光电效应的试验。他 们认为光照使得硒条的表明结晶化了。
太阳能电池概论 第一章 太阳能电池和太阳光
1883年美国科学家Charles Fritts（弗里茨）制造了第一个太阳能电池。 他用两种不同材料的金属板来压制融化的硒，硒与其中一块板（如黄铜） 仅仅黏住，形成薄片。然后再将金箔压在硒薄片的另一面，于是，历史上 第一块光伏器件就制成了。这个薄膜器件有30cm2大，当时转换效率仅1%。
(2) 本征半导体的特点 a. 电阻率大 b. 导电性能随温度变化大
太阳电池的原理及结构
2.短路电流Isc
Voc
kTln(IL q I0
1)
如将pn结短路（V=0），因而IF=0，这时所得的电流为 短路电流Isc。显然，短路电流等于光生电流，即：
Isc IL
第9页，共42页，编辑于2022年，星期日
３.填充因子FF 在光电池的伏安特性曲线任一工作点上的输出功率等于该点 所对应的矩形面积，其中只有一点是输出最大功率，称为最佳工 作点，该点的电压和电流分别称为最佳工作电压Vop和最佳工作电流
Al(PO3)3 = AlPO4 + P2O5 2 P2O5+5Si = 5SiO2 + 4P
固态磷扩散法还可以利用丝网印刷、喷涂、旋涂、化学气 相沉积等技术，在硅片表面沉积一层磷的化合物，通常是
P2O5。
第20页，共42页，编辑于2022年，星期日
液态磷源扩散可以得到较高的表面浓度，在硅太阳电池工 艺中更为常见。通常利用的液态磷源为三氯氧磷，通过保 护气体，将磷源携带进入反应系统，在800～1000℃之间 分解，生成P2O5，沉积在硅片表面形成磷硅玻璃，作为硅 片磷扩散的磷源，其反应式为：
定域B扩散形成背电场，再将电极金属覆盖上形成电池。这种结构的 太阳能电池达到了单晶硅太阳能电池的最高转换效率，在AM1.5的 光照下效率可达24%以上。
第29页，共42页，编辑于2022年，星期日
3.1.4 薄膜太阳电池制备及结构
(1) 多晶硅薄膜电池—与硅电池结构类似
减反层
n p
衬底
一般采用化学沉积法。将衬底加 热至1000℃左右，利用硅烷(SiH4) 、三氯氢硅(SiHCl3)等气体的分解 ，生成硅原子，沉积在衬底表面。 反应时，同时通入硼烷，形成p型 硅薄膜，厚度为20～30μm。制备 的硅薄膜大多为非晶，需要通过固 化结晶、区熔结晶等技术使其再结 晶。然后，与晶体硅一样，利用磷 扩散技术，在p型多晶硅薄膜表面 形成n型硅层。
太阳电池工作原理(第一课)
（2）简单直流系统（Simple DC）
该系统的特点是系统中负载为直流负载，而且负载的使 用时间没有特别要求，负载主要在日间使用，系统中没有蓄 电池，也不需要控制器。整个系统结构简单，直接使用太阳 能电池阵列给负载供电，光伏发电的整体效率较高。如光伏 水泵就使用了这种类型的光伏系统。
直流 用电 设备
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，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
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。
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%/0C
• 11. 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
太阳电池基础
太阳能电池基础固体的能带单个原子(自由原子)的核外电子,服从泡利不相容原理和能量最小原理，从最低能级到高能级依次排布。
在固体(晶体)中由于原子的紧密排列, 每一原子中电子特别是外层电子（价电子）除受本身原子的势场作用外，还受到相邻原子的势场作用。
其结果这些电子不再局限于某一原子而可以从一个原子转移到相邻的原子中去，可以在整个晶体中运动,这就是所谓价电子的共有化。
原来的自由原子中的能级分裂为许多和原来能级很接近的能级，形成能带。
最外层电子的能带称为价带，价带之上是空带(激发能带)，在一个能带中所有能级都已被电子所占据，这个能带称为满带。
满带中的电子不会导电。
在一个能带中，部分能级被电子所占据。
这种能带中的电子具有导电性，称为导带。
在原子未被激发的正常态下空带没有电子占据。
空带中一旦存在电子就具有导电性质，所以空带也称导带。
能被电子占据的能带称容许带。
在相邻的容许带之间可能出现不容许能级存在的能隙，称为禁带。
导体、绝缘体、半导体在导体中,最外层电子的能带只有部分能级被电子所占据。
所以具有导电性。
在绝缘体和半导体中价带的所有能级都已被电子所占据。
填满的价带与空的导带之间存在禁带。
对于绝缘体,禁带很宽,价电子很难激发到导带上。
半导体的禁带宽度比绝缘体窄得多。
室温时,绝缘体的禁带宽度约10eV,而半导体仅为1eV左右。
所以,将半导体加热或光照时,很容易把电子激发到导带。
半导体的导电机制如果一个激发的电子越过禁带,它就在价带留下一个空位,称为“空穴”。
与空穴相邻的一个电子便会去填充,这就在电子原来位置形成新的空穴,新的空位转而又被另一个邻近的电子所占据,电子的运动也可以等效地看作带正电的空穴以相反方向运动。
所以,半导体中电流的传导是由于导带中的电子和价带中的空穴的运动作用而产生的。
当导电仅是由于电子从价带激发到导带而引起时,这种半导体称为本征半导体。
在半导体中掺入杂质可改变其电特性。
杂质不同,在禁带中产生的能级的位置不同。
太阳电池的工作原理
太阳电池的工作原理一、太阳电池的概述太阳电池，又称光伏电池，是一种能够将太阳能转化为电能的装置。
它利用光电效应原理，通过光子与材料相互作用，将光能转化为电能。
太阳电池广泛应用于太阳能发电、太阳能照明等领域，成为可再生能源的重要代表之一。
二、太阳电池的结构太阳电池的基本结构由P型半导体、N型半导体和PN结构组成。
P型半导体中的杂质含有电子，N型半导体中的杂质含有空穴。
当P型半导体和N型半导体结合在一起时，形成PN结构。
PN结构的界面形成了电场，这个电场被称为内建电场。
太阳电池利用光电效应原理，将太阳能转化为电能。
当太阳光照射到太阳电池表面时，光子与材料发生相互作用，将能量传递给材料中的电子。
光子的能量足够高时，会将材料中的价带电子激发到导带上，形成电子空穴对。
此时，内建电场将电子和空穴分开，形成电势差。
电子受到内建电场的作用，从N区向P区流动，而空穴则从P区向N区流动。
这样，形成了电流。
四、太阳电池的材料选择太阳电池的材料选择对其效率和性能有着重要影响。
常见的太阳电池材料有单晶硅、多晶硅、非晶硅、染料敏化太阳电池等。
单晶硅具有高效率和较长的使用寿命，但制造成本较高。
多晶硅制造成本较低，效率稍低。
非晶硅具有较好的光吸收能力，但效率相对低。
染料敏化太阳电池则利用有机染料吸收光能，制造成本低，但效率较低。
五、太阳电池的工作参数太阳电池的工作参数包括开路电压（Voc）、短路电流（Isc）、最大功率点（MPP）等。
开路电压是指在无负载情况下太阳电池的输出电压。
短路电流是指在短路情况下太阳电池的输出电流。
最大功率点是指太阳电池在特定光照强度和温度下输出的最大功率。
太阳电池的工作参数直接影响其输出功率和效率。
六、太阳电池的效率太阳电池的效率是指其将太阳能转化为电能的能力。
太阳电池的效率与其材料、结构、制造工艺、光照强度和温度等因素密切相关。
目前，太阳电池的效率不断提高，单晶硅太阳电池的效率可达到20%以上，染料敏化太阳电池的效率也有所提升。
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1.3为何太阳能变得那么重要 为何太阳能变得那么重要
温室效应
地表煤炭、石油、 地表煤炭、石油、瓦斯的储存之使用年限
5
1.4太阳能发电的优缺点 太阳能发电的优缺点
优点： 优点： 取之不尽， 取之不尽，用之不竭 随地免费， 随地免费，没有运费 使用安全， 使用安全，发电设备维修简单 取点困难的地点， 取点困难的地点，太阳能发电成本更低
12
1985年发明的微清槽 年发明的微清槽PESC太阳能电池 年发明的微清槽 太阳能电池 发光效率20% 发光效率
13
1.7 太阳电池的经济效应
每千瓦小时（ 每千瓦小时（kW/Hr）商业化效率 ）商业化效率5%~9% 0.3美金（高日照地区）~0.6美金（低日照地 美金（ 美金（ 美金 高日照地区） 美金 区） 一个太阳电池的寿命40年 不到5年便能回 一个太阳电池的寿命 年，不到 年便能回 收成本
6
缺点 发电密度低，发电设备， 发电密度低，发电设备，有相当大的安装面 积 受气候，昼夜影响大。有些高纬度， 受气候，昼夜影响大。有些高纬度，多云地 点不宜使用 太阳能产生直流电，要转换成交流电， 太阳能产生直流电，要转换成交流电，必须 损失4%~12%的能量 损失 的能量
7
1.5 何谓太阳电池 Solar Cell
14
第一章
太阳电池概论
Hale Waihona Puke 11.1我们所知道的太阳 我们所知道的太阳
2
1.2 太阳辐射
太阳辐射光谱能量： 波长0.1~0.3um 太阳辐射光谱能量： 90% 波长
3
太阳的辐射光谱代表的波长， 太阳的辐射光谱代表的波长，频率及光子能量
太阳能量换算成电力：4*1020MW 2%有害紫外线被臭氧吸收；20%被对流层的水汽 云层及 有害紫外线被臭氧吸收； 有害紫外线被臭氧吸收 被对流层的水汽 微尘物吸收； 反射回到太空； 微尘物吸收；35%反射回到太空；43%直接到达地面 反射回到太空 直接到达地面 相当于世界年用量的1万 千倍 千倍） （相当于世界年用量的 万3千倍） 4
一种能量转换的光电器件： 一种能量转换的光电器件：光能转换电能 光伏电池（ 光伏电池（Photovoltaic)PV
8
1.6 太阳电池的发展史
法国物理学家 1839年发现光电效应 年发现光电效应
9
早期硅晶太阳能电池
1954年现代化 年现代化 硅晶太阳能电池
10
太阳能电池在人造卫星发展上
11
太阳能电池的发展