太阳能电池工作原理与种类

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太阳能电池的工作原理及种类

太阳能电池的工作原理及种类

太阳能电池的工作原理及种类摘要该文从能源角度入手分析了太阳能电池对未来社会发展的重要性,指出了太阳电池的发展历程,工作原理和分类,着重介绍了硅基太阳电池,薄膜太阳电池和新型太阳电池各自的优缺点。

关键词新能源;太阳电池;原理;种类1 太阳电池概述进入21世纪,环境和能源问题是当前整个国际社会所共同面临的两大问题。

随着世界人口增长、经济发展,人类社会活动对能源的需求越来越大。

根据国际能源署的预测,在未来的近30年间,全球一次能源需求年平均增幅达到1.7%,到2030年时,年需求量将达到153亿吨石油当量。

特别是近几年来,能源,特别是石油短缺问题越来越突出,由此引发了许多国际和社会争端。

为了保持整个社会生产的不断发展和人民生活水平的不断提高,人们逐渐把关注的重点转移到新能源的开发和利用上。

新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源,包括太阳能、生物质能、水能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能,以及海洋表面与深层之间的热循环等;此外,还有氢能、沼气、酒精、甲醇等。

而太阳能是一种取之不尽,用之不竭的无污染能源。

有人将原子核能和太阳能称为2l世纪的能源。

利用太阳能进行光热、光电转换,开发太阳电池成为解决世界范围内的能源危机和环境污染的重要途径。

制造出廉价、高效、低成本的太阳电池,大规模利用太阳能一直是科学家追求的目标。

太阳能是来自于太阳内部核聚变所释放的能量。

据粗略统计,太阳的发光度,即太阳向宇宙全方位辐射的总能量流是4×1026J/s。

其中向地球输送的光和热可达2.5×1018 cal/min,相当于燃烧4×108 t烟煤所产生的能量。

一年中太阳辐射到地球表面的能量,相当于人类现有各种能源在同期内所提供能量的上万倍。

所以,如何高效并且低成本的利用太阳能一直是近年来的研究热点。

1.1 太阳电池的工作原理太阳能之所以能转换成电能,是利用太阳光使电池发电形成的。

太阳电池发电的原理主要是半导体的光电效应,即光电材料吸收光能后发生光电子转换,然后在PN结作用下产生电动势,输出电能。

太阳能电池基本工作原理

太阳能电池基本工作原理

太阳能电池基本工作原理
太阳能电池,又称太阳能光电池或光伏电池,是利用光电效应将太阳光转化为电能的装置。

其基本工作原理如下:
1. 光电效应:光电效应是指当光照射到物质表面时,光子能量被吸收,电子从物质中跃迁到导体能带中,产生电流的现象。

2. 半导体材料:太阳能电池一般采用半导体材料,如硅(Si)
或化合物半导体(如硒化铟镓,硒化铜铟锌等)。

半导体材料具有特殊的能带结构,当光照射到半导体上时,光子能量被吸收,激发半导体中的电子跃迁到导带中,产生电流。

3. P-N结构:太阳能电池一般采用P-N结构,即具有正(P型)和负(N型)电荷载体的区域。

在P-N结构中,阳极(P型)
富余电子,阴极(N型)富余空穴,形成电场。

光照射后,电子从P区跃迁到N区,被电场分离并产生电流。

4. 背电场:太阳能电池还有一个重要的设计是背电场结构。

在背电场结构中,阳极和阴极之间的电场将电子从阳极推向阴极,避免电子再次回到阳极,提高电池的效率。

5. 转化效率:太阳能电池的转化效率指光能转化为电能的比例。

转化效率受到多种因素的影响,如光照强度、光谱分布、温度等。

不同类型的太阳能电池具有不同的转化效率。

通过以上基本工作原理,太阳能电池将太阳能转化为直流电能,可以应用在太阳能发电系统、太阳能充电器等领域。

光伏发电的工作原理及太阳能电池的种类

光伏发电的工作原理及太阳能电池的种类

光伏发电的工作原理及太阳能电池的种类光伏发电是利用太阳能将光能转化为电能的一种技术。

它是依靠太阳能电池来实现的,太阳能电池是一种能够将太阳能直接转化为电能的半导体器件。

光伏发电的工作原理如下:当太阳光照射到太阳能电池表面时,光子与半导体材料相互作用,导致能级变化。

此时,通过光子和材料发生碰撞,光子的能量被传递给半导体电子,激发了部分电子跃迁至导带中形成自由电子和正空穴。

这些自由电子和正空穴在半导体内部运动,而外部加上负载时,电子和空穴会在半导体中产生电流。

这个过程将太阳能转化为电能,形成了光伏发电。

根据材料的不同,太阳能电池可以分为以下几种类型:1.硅太阳能电池:硅太阳能电池是最常见和普遍使用的类型,主要有结晶硅和非晶硅两种。

结晶硅太阳能电池具有高效率、稳定性和长寿命的特点,但制造成本较高。

非晶硅太阳能电池制造成本较低,但效率稍低。

2.多结太阳能电池:多结太阳能电池是指由多个材料层叠组成的太阳能电池。

这种太阳能电池能够充分利用不同材料的光谱范围,实现高效率的光伏发电。

3.聚合物太阳能电池:聚合物太阳能电池是一种使用聚合物半导体材料的太阳能电池。

聚合物太阳能电池具有制造成本较低、柔性、轻薄等特点,但效率相对较低。

4.单晶硅太阳能电池:单晶硅太阳能电池是一种利用单晶硅材料制成的太阳能电池。

单晶硅太阳能电池利用了硅的优良电子特性,具有高效率和较长的使用寿命。

5.薄膜太阳能电池:薄膜太阳能电池是一种利用薄膜半导体材料制成的太阳能电池。

薄膜太阳能电池具有较低的制造成本、柔性和轻薄等特点,但效率相对较低。

总之,光伏发电的工作原理是利用太阳能电池将太阳能转化为电能。

太阳能电池的种类包括硅太阳能电池、多结太阳能电池、聚合物太阳能电池、单晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池等。

相互之间在制造成本、效率和特性上有所差异,但都可以实现太阳能的转换和利用。

太阳能电池基本原理

太阳能电池基本原理

太阳能电池基本原理太阳能电池是将太阳能转化为电能的一种设备。

其基本原理是通过光电效应,将太阳光直接转化为电能。

下面将从几个步骤来阐述太阳能电池的基本原理。

一、光电效应光电效应是将光子能量转化为电子能量的过程。

当光子能量达到一定程度时,可以将电子从金属表面上释放出来,这个现象被称为“光电效应”。

光电效应是太阳能电池能够工作的基础。

二、半导体太阳能电池的主要材料是半导体。

半导体是介于导体和绝缘体之间的一类材料。

在太阳能电池中,半导体被掺杂成p型和n型材料。

p型半导体的材料中含有掺杂元素的空穴,n型半导体的材料中含有掺杂元素的自由电子,这种不同类型的半导体材料通过接触形成p-n结。

三、太阳能电池的原理当太阳光照射到太阳能电池上时,光子将经由计算机的帮助,穿过外表面玻璃接触到p-n结的p区。

此时,p型半导体材料中的空穴会将能量吸收,然后n型半导体中的自由电子会被激活,从而产生电流。

这样的过程就是太阳能电池的基本工作原理。

四、太阳能电池的制作太阳能电池的制作过程主要包括多个步骤,具体来说有以下几个步骤:(1)掺杂:尝试将半导体材料掺杂成p型和n型;(2)打沟槽:用磁力或者机械的方式在导体表面打沟槽,以便形成导线;(3)在导体表面涂抹:用具有导电性质的金属在导体表面形成电极;(4)密封:太阳能电池在制作完成后需要密封,以便保证其不会遭受氧化而失效。

总之,太阳能电池的基本原理是通过光电效应来转化太阳能为电能。

太阳能电池是一种高效的清洁能源,越来越多的人开始关注和使用太阳能电池,以减少对环境的影响。

太阳能电池的工作原理

太阳能电池的工作原理

一、一个太阳能电池的运行henryzhang :太阳能能电池片的工作原理就是一个利用有效光子能量不断激发载流子,维持P,N结的电势差,外接电路后,可以做为电源供电。

硅娃: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。

太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴--电子对。

在p-n结电场的作用下,空穴由n区流向p区,电子由p区流向n区,接通电路后就形成电流。

这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

太阳能发电方式太阳能发电有两种方式,一种是光-热-电转换方式,另一种是光-电直接转换方式。

二、光子能量怎么激发载流子呢?哪来的电势差呢?怎么维持呢?tysonzju :在没有光照的时候,pn结内部形成一个内建电场。

在内建电场内载流子的扩散电流和漂移电流相等,没有净电流。

当有光照的时候,符合条件的光子激发电子从价带跑到导带,从而产生光生载流子(电子和空穴)。

电子和空穴在内建电场作用下分别向n区和p区移动,这样电子和空穴在两极积累就产生光生电动势。

三、内建电场的大小由什么参数决定呢?和光生电动势有关系么?tysonzju :内建场大小和p区和N区的掺杂浓度及禁带宽带有关。

更准确的说是和P,N区分开时的费米能级能量差有关。

内建场大小在光照后会减小,相当于在PN结上加一个正偏压,PN结的势垒高度减小。

当光生电动势等于没有光照时的PN结接触势差的时候,内建电场为零,光生载流子对就不会被分开了,光生电动势也就达到了最大。

电子从价带跃迁到导带需要满足能量条件平衡和动量平衡。

所以我才说符合条件的光子。

oyz :当然能量大于禁带宽度的光子也未必就能激发产生电子空穴对,所以要加强光的吸收,就要制绒面,或镀膜,使光的反射减少,大于禁带能量的光子都被吸收。

制绒面,或镀膜,使光的反射减少,也不能使大于禁带能量的光子都被吸收,事实上,光子的利用主要在带宽附近的部分。

在导带深处的复合非常难以避免,也就是说光子能量非常难以应用。

太阳能电池的工作原理

太阳能电池的工作原理

太阳能电池的工作原理太阳能电池作为一种利用太阳能转化为电能的重要设备,广泛应用于太阳能发电系统、太阳能热水器和太阳能路灯等领域。

其工作原理是基于光电效应,通过将太阳能光线转化为电流的方式实现能量转换。

一、光电效应光电效应是指当光照射到物质表面时,光子能量被转化为电子运动能量的现象。

光电效应的核心原理是光子的能量转移给物质中的原子或分子,使得其电子获得足够的能量跃迁至导带中,形成自由电子并参与电流的传导。

二、PN结构太阳能电池通常采用PN结构,即正负电荷分离的半导体结构。

PN结的正面为P区,富含正电荷(空穴);背面为N区,富含负电荷(自由电子)。

当光照射到PN结表面时,光子的能量被P区的电子吸收,并被激发到导带中,与自由电子发生电子复合,形成电流。

三、光伏效应光伏效应是指在外界光照条件下,PN结通过光电效应产生电流的效应。

当光子进入PN结时,其能量通过光电效应转化为电子运动能量,部分电子被吸收,形成光生电子-空穴对。

电场力将这些电子和空穴分离,在P区和N区之间产生电压差,形成电势梯度。

当将两个电极与PN结连接时,电子和空穴将在外部电路中流动,形成电流。

四、材料选择为了提高太阳能电池的效率,合适的材料选择至关重要。

常见的太阳能电池材料包括单晶硅、多晶硅和非晶硅等。

其中,单晶硅的纯度高、电子迁移率大,是效率最高的材料之一,但成本较高。

多晶硅相对于单晶硅成本较低,但效率稍低。

非晶硅则具有更低的成本,但效率更低。

五、结构设计太阳能电池的结构设计也对其工作原理产生影响。

常见的结构包括单结型、双结型和多结型。

单结型太阳能电池由PN结组成,其工作原理如前所述。

双结型太阳能电池采用PNN结构,利用内部PN结的效应提高电池的效率。

多结型太阳能电池则是在双结型的基础上增加了更多的结构,进一步提高了能源转换效率。

六、应用和发展太阳能电池的广泛应用已成为可再生能源行业的重要组成部分。

随着技术的进步和成本的降低,太阳能电池的效率得到了显著提高,已经成为替代传统能源的重要选择。

太阳能电池的工作原理是什么

太阳能电池的工作原理是什么

太阳能电池的工作原理是什么
太阳能电池利用光电效应将太阳光能转化为电能。

太阳能电池内部由多个半导体材料层叠组成,其中最常用的是硅。

太阳能电池的工作原理可以分为以下几个步骤:
1. 吸收太阳光:太阳能电池的表面涂有能够吸收太阳光的材料,如硅。

当太阳光照射到太阳能电池表面时,光子(太阳光的组成单位)会穿过材料并与其内部的原子相互作用。

2. 电子激发:太阳能电池中的硅材料由两种类型的原子组成,即硅中的磷和硅中的硼。

当太阳光照射到硅材料上时,光子与硅原子相互作用,激发出电子和空穴对(带正电荷的空位)。

3. 电子分离:激发出的电子和空穴会分离并沿着不同的方向移动。

电子会从n型(掺磷)硅层中向p型(掺硼)硅层移动,而空穴则会相反地从p型层向n型层移动。

这种分离过程发生在通过太阳能电池的金属接触处。

4. 电流输出:由于电子和空穴在分离的过程中发生位移,形成了电场,这将导致电子在金属电极之间形成电流。

通过连接到太阳能电池的电路,电流可以在外部设备中实现功效,如充电电池或给电器供电。

总之,太阳能电池的工作原理是利用光电效应将太阳光能转化为电能,通过光子的激发和电子分离来产生电流输出。

因此,太阳能电池可以作为一种可再生能源的来源,用于为各种设备和系统供电。

太阳能电池的工作原理与应用

太阳能电池的工作原理与应用

太阳能电池的工作原理与应用太阳能电池是一种利用太阳能转化为电能的设备,广泛应用于可再生能源领域。

本文将介绍太阳能电池的工作原理以及它在实际应用中的重要性。

一、太阳能电池的工作原理太阳能电池是通过太阳能的光线转化为电能的装置。

它主要由多个组件构成,包括硅片、P-N结、场效应晶体管等。

首先,硅片是太阳能电池的核心部件,通常采用单晶硅、多晶硅或非晶硅制成。

硅片的表面被分为P型和N型两部分,形成一个P-N结。

当光线照射在P-N结上时,光子的能量会激发硅片中的电子,使其跃迁到导带中,从而产生电流。

其次,场效应晶体管起到调节和放大电流的作用。

当光子激发了硅片中的电子后,电流会通过场效应晶体管进行调节并放大,最终输出为可用的电能。

总结起来,太阳能电池的工作原理可以概括为:太阳能的光线通过硅片的P-N结激发电子,产生电流;电流通过场效应晶体管调节和放大,最终输出为可用的电能。

二、太阳能电池的应用太阳能电池具有许多重要的应用,下面将介绍其中几个具有代表性的领域。

1. 太阳能发电太阳能电池广泛应用于太阳能发电系统中。

当太阳光照射到太阳能电池上时,光子会激发电子从而产生电流,这些电流可以被存储和使用。

太阳能发电是一种清洁、环保且可再生的能源,可以为家庭、企业甚至整个城市提供电力。

2. 太阳能热水器太阳能电池也可以用于太阳能热水器中。

太阳能热水器通过将太阳能电池转化的电能用来加热水,从而提供热水供应。

这种方式不仅节约了能源,还减少了对传统能源的依赖。

3. 太阳能照明太阳能电池还可以用于太阳能照明系统中。

太阳能光伏板可以将太阳能转化为电能,供给LED灯进行照明。

这种太阳能照明系统不需要电网供电,具有绿色环保、节能高效的特点。

4. 太阳能移动设备充电如今,越来越多的移动设备使用太阳能电池作为充电方式,例如太阳能手机充电板。

这些充电板可以将太阳能转化为电能,为手机、平板电脑等设备充电。

这种方式非常适合户外活动或缺乏电源的地方。

太阳能电池知识

太阳能电池知识

太阳能电池原理,很基础的东西,值得一看啊一,基础知识(1)太阳能电池的发电原理太阳能电池是利用半导体材料的光电效应,将太阳能转换成电能的装置.●半导体的光电效应所有的物质均有原子组成,原子由原子核和围绕原子核旋转的电子组成.半导体材料在正常状态下,原子核和电子紧密结合(处于非导体状态),但在某种外界因素的刺激下,原子核和电子的结合力降低,电子摆脱原子核的束搏,成为自由电子.●PN 结合型太阳能电池太阳能电池是由P 型半导体和N 型半导体结合而成,N 型半导体中含有较多的空穴,而P 型半导体中含有较多的电子,当P 型和N 型半导体结合时在结合处会形成电势当芯片在受光过程中,带正电的空穴往P 型区移动,带负电子的电子往N 型区移动,在接上连线和负载后,就形成电流..(2)太阳能电池种类※在现在的太阳能电池产品中,以硅半导体材料为主,其中又以单晶硅和多晶硅为代表.由于其原材料的广泛性,较高的转换效率和可靠性,被市场广泛接受.非晶硅在民用产品上也有广泛的应用(如电子手表,计算器等),但是它的稳定性和转换效率劣于结晶类半导体材料.化合物太阳能电池由于其材料的稀有性和部分材料具有公害,现阶段未被市场广泛采用. ※现在太阳能电池的主流产品的材料是半导体硅,是现代电子工业的必不可少的材料,同时以氧化状态的硅原料是世界上第二大的储藏物质.(3)多晶硅太阳能电池的制造方法(4)太阳能电池关连的名称和含义●转换效率太阳能电池的转换效率是指电池将接收到的光能转换成电能的比率※标准测试状态由于太阳能电池的输出受太阳能的辐射强度,温度等自然条件的影响,为了表述太阳能电池的输出和评价其性能,设定在太阳能电池板的表面温度为25 度,太阳能辐射强度为1000 w/㎡、分光分布AM1.5 的模拟光源条件下的测试为标准测试状态.小知识晶硅类理论转换效率极限为29%,而现在的太阳能电池的转换效率为17%~19%,因此,太阳能电池的技术上还有很大的发展空间●太阳能电池输出特性【太阳能电池电流---电压特性(I-V 曲线)】●太阳能电池对环境的贡献①对防止地球温暖化,减轻对地球环境的贡献从太阳能发电系统排放的二氧化碳,即使是考虑其生产过程的排放量,也绝对少于传统的燃料发电设备,是防止地球温暖化的环保设备.同时在发电时,不排放氧化硫,氧化氮等污染物,减轻了对环境的压力.例:3kW 太阳能发电系统对环境污染物的削减量石油替代量:729L/年减排放CO2 能力:540kg-C/ 年森林面积换算:5544 ㎡②对能源和节能的贡献太阳能电池2。

太阳能电池工作原理

太阳能电池工作原理

太阳能电池工作原理太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴-电子对,在p-n结电场的作用下,空穴由n区流向p区,电子由p区流向n区,接通电路后就形成电流。

这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

一、太阳能发电方式太阳能发电有两种方式,一种是光―热―电转换方式,另一种是光―电直接转换方式。

(1)光―热―电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电,一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气,再驱动汽轮机发电。

前一个过程是光―热转换过程;后一个过程是热―电转换过程,与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高。

(2)光―电直接转换方式该方式是利用光电效应,将太阳辐射能直接转换成电能,光―电转换的基本装置就是太阳能电池。

太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件,是一个半导体光电二极管,当太阳光照到光电二极管上时,光电二极管就会把太阳的光能变成电能,产生电流。

当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。

太阳能电池是一种大有前途的新型电源,具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.光生伏特效应简称为光伏效应,指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。

太阳能电池是一种近年发展起来的新型的电池。

太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器件,这种光电转换过程通常叫做“光生伏特效应”,因此太阳能电池又称为“光伏电池”,用于太阳能电池的半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的特殊物质,和任何物质的原子一样,半导体的原子也是由带正电的原子核和带负电的电子组成,半导体硅原子的外层有4个电子,按固定轨道围绕原子核转动。

当受到外来能量的作用时,这些电子就会脱离轨道而成为自由电子,并在原来的位置上留下一个“空穴”,在纯净的硅晶体中,自由电子和空穴的数目是相等的。

如果在硅晶体中掺入硼、镓等元素,由于这些元素能够俘获电子,它就成了空穴型半导体,通常用符号P表示;如果掺入能够释放电子的磷、砷等元素,它就成了电子型半导体,以符号N代表。

太阳能电池原理

太阳能电池原理

太阳能电池原理
太阳能电池的原理:
1、光电效应:
太阳能电池(Solar cell)利用光电效应来将太阳辐射能量转换成电能,转换的原理是在太阳能电池上覆盖的一层半导体材料(有时也叫“太阳
能转换器”)内部,当光线照射这层半导体薄膜(光伏片)时,可将太
阳能辐射能量转换为电能,也就是所谓的光电效应。

2、半导体:
太阳能电池的核心是半导体,它可以将太阳光照射进来的能量转换成
电能,有了半导体的作用,太阳能的能量就可以被有效的利用。

3、电路:
太阳能电池中还有电路来组成整个电力系统,它们可以帮助太阳能电
池将转换到的电能输出,同时还可以控制电力的输出,以保证它们输
出的电力质量优良。

4、电池安全装置:
当太阳能电池中出现故障时,电池安全装置可以相应处理,关闭太阳
能电池的输出,保证防止发生危险的情况。

5、组件:
太阳能电池还需要组件,这些组件可以帮助太阳能电池的工作,这些组件可以提供电能的安全防护,也可以帮助太阳能电池的智能控制,以满足高效利用太阳能的功能要求。

太阳能电池将太阳辐射能量转换成电能,整个过程要求半导体具备良好的电子性质,能够快速把光子转化为电子,具有良好的空间分布,必须使用一层半导体材料,来覆盖在太阳能电池上,把外界受到的太阳能辐射能量转换成可以利用的电能,还要有电路来输出转换到的电能,负责控制这种电能,保证电能的稳定质量,以及太阳能电池的安全装置,由此可见,太阳能电池的原理可谓是非常复杂的。

太阳能电池的原理、种类与应用

太阳能电池的原理、种类与应用

太阳能电池的原理、种类与应用开门八极(闵大荒男子职业技术学院,)摘要:本文综述了三代典型太阳能电池的原理、种类剂应用。

其中第一代太阳能电池是硅太阳能电池,第二代为化合物薄膜太阳能电池,第三代以染料敏化太阳能电池为代表。

关键词:太阳能电池、Si、电子跃迁、薄膜、光伏发电、染料一.太阳能电池的原理太阳能电池都是利用太的激发,在两个电极上分别产生异号光载流子,进而在两个极板间形成电势差。

由于太阳能电池种类存在差异,不同电池的工作原理不尽相同。

1.硅太阳能电池在超纯晶体硅的禁带宽度比绝缘体小。

在光照或者加热条件下,价带的电子容易激发到导带上去,而价带上留下空穴。

电子和空穴都是载流子,这两种能带都成了导带。

这种半导体成为本征半导体。

在纯硅中掺入杂质,将极大地影响其导电性。

若掺入P、As、Sb、Bi,多余的电子在靠近导带出处形成扽里的能级,容易进入导带。

这类半导体的载流子是电子,成为n型半导体。

反之,掺入B、Al、Ga、In,这类半导体的载流子是空穴,称为p型半导体。

将两种半导体结合和在一起,产生电势差,可将太阳能转变成电能。

[1]这种现象称为光生伏特效应2.化合物薄膜太阳能电池窗口层吸收层背接触层图1.化合物薄膜太阳能电池的结构图电池中的吸收层是薄膜电池的核心。

它主要由为砷化镓(GaAs)、铜铟硒(CuInSe) 碲化镉(CdTe)等半导体构成。

这种电池的原理与硅太阳能电池的原理非常类似,也涉及光电子在价带和导带之间的跃迁参数物质GaAs CuInSe2 CdT e 带隙/eV 1.4 1.1 1.5 产业化平均效率/% 29.5 17.1 8~10表格1.几种化合物半导体的性能参数3. 染料敏化太阳能电池染料敏化太阳电池(DSSC)的工作原理及工作过程包括:(1)照射至UDSSC电池的光阳极上,半导体薄膜上的染料会吸收光子的能量染料分子会从基态(S O)跃迁至激发态(S*),(2)染料处在不稳定的激发态变成氧化态(S+),电子注入半导体的导带(CB)(3)注入到半导体导带中的e一经扩散到达导电玻璃(4)处于氧化态(S+)的染料分子会与电解质中的厂离子发生氧化还原反应,染料从氧化态变回基态(5)流经外电路的电子,到达对电极与电解质中的‘发生氧化还原反应,电解质中的I3-变回I-但在前述循环反应中,同时会发生两种电子复合反应,而由复合反应产生电流会形成暗电流,其中包括(1*)半导体导带中的e-与氧化态的染料复合(2*)半导体导带(CB)中的e一与电解质中的I3- 复合图3.几种染料的结构式二.太阳能电池的种类导电TiO2玻璃+染料对电极负载图1.DSSC简明结构图如上面所说,太阳能电池分为硅太阳能电池、化合物薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池三种。

太阳能电池基础知识

太阳能电池基础知识

一,基础知识(1)太阳能电池的发电原理太阳能电池是利用半导体材料的光电效应,将太阳能转换成电能的装置.●半导体的光电效应所有的物质均有原子组成,原子由原子核和围绕原子核旋转的电子组成.半导体材料在正常状态下,原子核和电子紧密结合(处于非导体状态),但在某种外界因素的刺激下,原子核和电子的结合力降低,电子摆脱原子核的束搏,成为自由电子.光激励核核电子空穴电子●PN 结合型太阳能电池电子对太阳能电池是由P 型半导体和N 型半导体结合而成,N 型半导体中含有较多的空穴,而P 型半导体中含有较多的电子,当P 型和N 型半导体结合时在结合处会形成电势当芯片在受光过程中,带正电的空穴往P 型区移动,带负电子的电子往N 型区移动,在接上连线和负载后,就形成电流..-+-N 型PN结+-++-+-+-N 区------PN 结合+-++-+-+-电势++++++P 区-+-P 型(2)太阳能电池种类硅半导体结晶类非晶类单晶硅电池多晶硅电池非晶硅电池转换效率:17%转换效率:14%转换效率:6-7%空间用民用民用※在现在的太阳能电池产品中,以硅半导体材料为主,其中又以单晶硅和多晶硅为代表.由于 其原材料的广泛性,较高的转换效率和可靠性,被市场广泛接受.非晶硅在民用产品上也有 广泛的应用(如电子手表,计算器等),但是它的稳定性和转换效率劣于结晶类半导体材料. 化合物太阳能电池由于其材料的稀有性和部分材料具有公害,现阶段未被市场广泛采用.※现在太阳能电池的主流产品的材料是半导体硅,是现代电子工业的必不可少的材料,同时 以氧化状态的硅原料是世界上第二大的储藏物质.※京瓷公司早在上世纪的八十年代就认识到多晶硅太阳能电池的光阔前景和美好未来,率先 开启多晶硅太阳能电池的工业化生产大门.现在已经是行业的龙头,同时多晶硅太阳能电 池也结晶类太阳能电池的主流产品(太阳能电池的 70%以上).(3)多晶硅太阳能电池的制造方法破锭(150mm *155mm )N 极烧结 电极 印刷 ( 正 反压芯片串,并联,形成设计需要 的 电 流( 一片芯 片 的 电 封 装 工 艺组配叠片层压玻璃(防冲 EVA(缓冲) 芯片(发电) EVA(缓冲) 背垫(防湿)模拟光源,输出测试边框安装(4)太阳能电池关连的名称和含义●转换效率太阳能电池的转换效率是指电池将接收到的光能转换成电能的比率输出功率 转换效率 = 100%太阳能电池板被照射的太阳能※标准测试状态 由于太阳能电池的输出受太阳能的辐射强度,温度等自然条件的影响,为了表述太 阳能电池的输出和评价其性能,设定在太阳能电池板的表面温度为 25 度,太阳能辐 射强度为 1000 w/㎡、分光分布 AM1.5 的模拟光源条件下的测试为标准测试状态.大气层AM1 θ=90 度AM1.5(标准测定状态) 地面θ=41.8 度0 度 25 度 50 度 75 度分光分布小知识晶硅类理论转换效率极限为 29%,而现在的太阳能电池的转换效率为 17%~19%,因此,太 阳能电池的技术上还有很大的发展空间.●太阳能电池输出特性【太阳能电池电流---电压特性(I-V 曲线)】短路电流 I sc最佳输出动作电流 电流Ipm最大输出动作电压 V pm最佳动作点 最大输出最大输出(PM):最大输出电压(Vpm) 最大输出电流( Ipm ) 开路电压(Voc ):开路状态的太阳能电池端子间的电压 短路电流(Isc ):太阳能电池端子间的短路电流 最大输出电压(V pm):最大输出状态时的动作电压 最大输出电流(Ipm ):最大输出状态时的动作电流电压开路电压 Voc【日照强度变化和 I-V 曲线】【温度变化和 I-V 曲线】1000W/㎡ 800W/㎡ 600W/㎡电流电流400W/㎡电压电压【日照强度—最大输出特性 】【温度-最大输出特性】120最 100 大80输 60 出 40 %20200 400 600 800 1000 1200日照强度(W/㎡)120最100大 80 输 60出 %20-25255075100温度(度)●太阳能电池的短路电流和日照强度成正比●太阳能电池对环境的贡献①对防止地球温暖化,减轻对地球环境的贡献●太阳能电池的输出随着池片的表面温度上升而下降,●输出随着季节的温度变化而变化●在同一日照强度下,冬天的输出比夏天高从太阳能发电系统排放的二氧化碳,即使是考虑其生产过程的排放量,也绝对少于传统的燃料发电设备,是防止地球温暖化的环保设备.同时在发电时,不排放氧化硫,氧化氮等污染物,减轻了对环境的压力.例:3kW 太阳能发电系统对环境污染物的削减量Co2NOxSOx石油替代量:729L/年减排放CO2能力:540kg-C/ 年森林面积换算:5544 ㎡②对能源和节能的贡献太阳能电池2。

能源转化中的太阳能电池

能源转化中的太阳能电池

能源转化中的太阳能电池太阳能电池是一种可以将太阳光转化为电能的装置,被广泛应用于能源转化和节能减排等领域。

近年来,随着能源危机的加剧和环境污染的日益严重,太阳能电池作为一种清洁、可再生、无污染的能源,已经受到了越来越多人的关注。

本文将从太阳能电池的原理、种类和应用三个方面进行探讨。

一、太阳能电池的原理太阳能电池基本上是由太阳电池板、电池柜和其他电器设备组成的。

太阳电池板是太阳能电池的主要组成部分,它由许多硅晶体组成。

这些硅晶体在光照下会产生电荷,而这些电荷又可以被导线带走形成电流。

这就是太阳能电池的基本原理。

太阳能电池板产生的电能直接储存在电池柜中,再通过逆变器转化为交流电,用于供电。

二、太阳能电池的种类目前市面上常见的太阳能电池主要有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池和钙钛矿太阳能电池等。

单晶硅太阳能电池是太阳能电池中最原始的形式,具有高效、长寿命、稳定性好的优点。

多晶硅太阳能电池制造工艺简单,成本相对较低,但效率比单晶硅太阳能电池稍微低一些。

非晶硅太阳能电池虽然具有制造工艺简单、便于大规模生产的优点,能效却不如单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池。

钙钛矿太阳能电池是目前最具研究前景的太阳能电池类型之一,具有高效、价格低廉、制造工艺简单等优点。

可以预见,在未来的能源转化中,钙钛矿太阳能电池将会成为最主流的太阳能电池形式之一。

三、太阳能电池的应用太阳能电池的应用范围非常广泛。

除了在家庭、公共建筑和工厂等地使用的屋顶太阳能电池外,太阳能电池还可以应用于空间卫星、通讯、船舶、交通工具和城市照明等领域。

另外,太阳能电池在环保、节能以及可持续发展等领域也扮演着重要的角色。

例如,一些欠发达地区可以通过太阳能电池获取可持续的能源,实现地球可持续发展的目标。

总之,太阳能电池作为一种清洁、可再生、无污染的能源,具有广阔的应用前景。

随着科技的发展,太阳能电池的效率将会不断提高,价格也将会越来越低廉。

太阳能电池原理

太阳能电池原理

选晶格的三条棱边作为坐标系的坐标轴,求出晶面在每一坐标轴的截
距,将这三个截距分别化为晶格常数的倍数,并把它们化成互质的整数,加
上圆括号(h k l)即为一个晶面或一族晶面的密勒指数。
c
c
c
o (100) a
o b
(110) a
o
b
b
(111) a
金刚石结构(与硅、锗等半导体类似)
多晶化合物太阳电池:主要有碲化镉太阳电池(如图) ,铜铟镓硒太阳电池等。 碲化镉太阳电池是最早发展的太阳电池之一,工艺过程简单,制造成本低,转换 效率超过16%,不过镉元素可能造成环境污染。铜铟镓硒太阳电池在基地上成绩 铜铟镓硒薄膜,基地一般采用玻璃,也可用不锈钢作为柔性衬底。实验室最高效 率接近20%,成品组件达到13%,是目前薄膜电池中效率最高的电池之一。
大气层
2.散射辐射
太阳辐射在大气中 遇到空气分子或微小的质点时,当这些质点的直径 小于组成太阳辐射的电磁波长时,太阳辐射中的一部分能量就以电磁波的 形式从该质点向四面八方传播出去。通过散射形式传播的能量称为散射辐 射。散射只改变辐射的传播方向,不吸收太阳辐射。波长越短,散射越强。 可见光中,紫光和蓝光波长最短,散射最强。
多晶硅太阳电池:作为原料的 高纯硅不是拉成单晶,而是熔 化后浇铸成正方形硅锭,然后 使用切割机切成薄片,再加工 成电池。由于硅片是由多个不 同大小、不同取向的晶粒构成, 因而转换效率低。目前转换效 率达到15%--17%。
多晶硅太阳电池生产流程
直拉法拉制单晶示意图及单晶炉
非晶硅太阳电池:一般采用高 频辉光放电等方法使硅烷气体 分解沉积而成。一般在P层与N 层之间加入较厚的I层。非晶硅 太 阳 电 池 的 厚 度 不 到 1μm , 不 足晶体硅太阳电池厚度的1/100, 降低制造成本。目前转换效率 为5%--8%,最高效率达14.6%, 层叠的最高效率可达21.0%。

太阳能电板的工作原理

太阳能电板的工作原理

太阳能电板的工作原理1.光吸收:太阳能电板上安装了许多太阳能电池,这些电池由半导体材料制成,如硅。

当太阳光照射到太阳能电板上时,光子会与半导体材料中的电子相互作用,将能量传递给该电子。

2.光电效应:当太阳能光子的能量大于等于半导体材料的能隙时,光子就会将其能量转移给半导体中的电子,使其从价带跃迁到导带中。

这个过程称为光电效应。

3.电子流动:被光子激发的电子将会在半导体材料中自由移动,形成电流。

但是,在材料中的电子需要以其中一种方式聚集在一起,以便将这些电子用于实际应用。

为了实现这一点,太阳能电板上的电池是由多个P-N结构组成的。

4.P-N结构:太阳能电池由叠加的两个半导体层组成,其中一个是N 型半导体,另一个是P型半导体。

在P型半导体中,硼原子被掺杂进去,形成少了电子的材料,称为空穴。

在N型半导体中,磷原子被掺杂进去,形成多了电子的材料。

5.电场形成:在P-N结构中,空穴和电子会在P型和N型层之间进行扩散。

这种扩散会在接近P-N结构的区域产生电场。

6.光生电子-空穴对的分离:当太阳能光子击中太阳能电板时,其中的光子会将能量转移到电子上,并将电子从原子中解离出来。

电子将被电场推到N型材料,而空穴将被推到P型材料。

7.即时电汇聚:电子和空穴在混合区域再次结合,释放出能量。

这些能量可以作为热能散失或通过和周围电路的连接转为电能。

8.电流输出:当电子和空穴在太阳能电板的连接电路中结合时,他们释放出能量,产生电流。

这个电流通过电线输出,并可以被用来驱动电器设备。

太阳能电板通过将光转换为电能,实现了可再生能源的利用。

它具有清洁、环保的特点,因此在提供电力的同时也能减少对环境的污染。

虽然太阳能电板的发电效率仍有待提高,但随着科学技术的发展,太阳能电板的性能将会越来越好,应用范围也将更加广泛。

太阳能电池的发电原理

太阳能电池的发电原理

太阳能电池的发电原理1. 引言太阳能电池,也称为光伏电池,是一种能够将太阳能直接转换为电能的装置。

它是现代清洁能源的代表之一,具有环保、可再生、持久、无噪音等特点。

本文将详细介绍太阳能电池的发电原理。

2. 太阳能的组成太阳能是指太阳辐射到地球上的能量,主要由光能和热能组成。

而太阳能电池所利用的是太阳的光能。

太阳光线包含了多种波长的光,其中绝大部分是可见光、紫外线和红外线。

可见光是人眼能够看到的光,它的波长范围为380纳米到780纳米之间。

太阳光中的可见光占了很大的比例,因此太阳能电池主要利用的是可见光来产生电能。

3. 半导体材料和PN结太阳能电池主要由半导体材料构成。

半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的材料,它具有良好的电导性和灵活的电子能带结构。

太阳能电池的核心组件是PN结。

PN结是由P型半导体和N型半导体材料组成的。

P型半导体中的主要载流子是正电子空穴,N型半导体中的主要载流子是自由电子。

当P型和N型半导体通过特殊的工艺组装在一起时,P型区域的电子空穴会向N型区域扩散,而N型区域的自由电子也会向P型区域扩散,形成一个电子空穴复合区域。

在复合区域周围形成了一个电荷分界面,称为PN结。

PN结具有一个关键特性,即表面上的电子与空穴相互复合,形成正负电荷的电位差。

这个电位差在没有外来电路的情况下会形成一个内建电场,也就是一个电势差。

正负电荷之间的电势差产生了一个电场,这个电场在PN结的空间区域中形成了一个电势梯度。

当外界施加一个正向电压,则使得内建电场与外界电场叠加,电场变化的梯度减小,即电势梯度变小;当外界施加一个反向电压,则使得内建电场与外界电场叠加,电场变化的梯度增大,即电势梯度增大。

4. 光吸收和光电效应当光线照射到PN结时,它会被半导体材料吸收并激发其中的电子。

这个过程基于光电效应,即光子的能量可以释放电子。

光电效应涉及到光子与半导体中的电子相互作用。

光子是光的基本粒子,它具有一定的能量。

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压。因为黼晶体硅太阳电池单个只有0.5伏左右的电
压,现在H袒l:产的非品硅串联太阳电池可达2.4伏。 目前非晶桂太阳电池存住的问题是光转换效率低,国 际先进水平为lo%左右,切不够稳定,常有转换效率 衰降的现象,所以尚未大最用于作大型太阳能电源,
而多半用于弱光电源,如袖珍式电了计算器,电饼
表及复印机等方面。估计效率袁降问题克服后,非晶 硅太阳电池将促进太阳能利用的人发展,冈为它成本 低,黄量轻,应用更为方便,它可以与房屋的屋面结 合构成住户的独立电源。
2.太阳能电池种类 2.1单品硅太阳电池 单晶硅太阳能电池是当前开发最快的一种太 阳电池,它的结构和生产工艺已定型,产品已广 泛用于空间和地面。这种太阳电池以高纯的啦晶 硅棒为原料,纯度要求99.999%。将单品硅棒切成
片,一般片厚约0.3毫米。硅片经过形、抛磨、清 洗等工序,制成待加J=的原料硅片。加工太阳电 池片,首先要在硅片j:掺杂和扩散,一般掺杂物 为微量的硼、磷、锑等。扩散是在石英管制成的 高温扩散炉中进行。然后采用丝网l;ll届ll法,精配 好的银浆印在硅片上做成栅线,经过烧结,同时 制成背电极,并在有栅线的面涂覆减反射源,以 防大量的光r被光滑的硅片表面反射掉。因此,
1.太阳能原理与性质 1.1太阳能电池发电原理 太阳能电池是一种对光有响应并能将光能转 换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多 种,如单晶硅、多晶硅、非晶硅.砷化镓,硒铟 铜等。它们的发电原理基本相同,现以晶体硅为 例描述光发电过程。P型晶体硅经过掺杂磷可得 N型硅,形成P-N结。当光线照射太阳电池表面 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r越迂,成为自由电子 在P-N结两集聚形成了电位差,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。这个过程的实质是光子 能转换成电能的过程。 1.2晶体硅太阳能电池的制作过程 。硅”是我们这个星球上储藏最丰富的材料 之一。自从上个世纪科学家们发现r晶体硅的半 导体特性后,它几乎改变了一切,甚至人类的思 维,20世纪末我们的生活中处处可见。硅”的身 影和作用,晶体硅太阳能电池是近15年来形成产 业化最快的。生产过程中大致可分为五个步骤: a.提纯过程·b.拉棒过程,c.切片过程I d.制电 过程l e.封装过程。 1.3太阳能电池的应用 上个世纪60年代,科学家们就已经将太阳能 电池应用于空问技术——通信卫星供电,上世纪 末,在人类不断自我反省过程中。对千光伏发电 这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切,不 仅在宅间应用,在众多领域中也大显身手。如: 太阳能庭院灯,太阳能发电用户系统,村寨供电
1.3.1直流负载系统
1.4.1光电转换效率n%:评估太阳电池好坏 的重要因素。目前:实验室n*24%。产业化:
n一15%。
1.4.2单体电池电J玉Ⅳ:0.4V'0.6V由材料物 理特性决定。
1.4.3填充因子FF%:评估太阳电池负载能力 的重要因素。
几何意义用I—V曲线圈来表示:
vo
‰V
阴影面积为负载面积,填充因子的数学表达 形式:FF=(IM*VM)/(ISC*VOC)
目程技术
太阳能电池工作原理与种类
王霞 黑龙江哈克新能,传输
和分配都比较方便,将太阳能转换为电能是大规 模利用太阳能的重要技术基础,世界各国都十分 重视,其转换途径很多,有光直接转换,有光热 电间接转换等。这里重点介绍光电直接转换器 件一太阳电池。
螽:关键词;太阳能电池I工作原理1种类
参考文献:。 【l J胡汛l非晶硅太阳电池背电极制作技术的改进 【J】.新能源,1993,15 『21HAQUE。 NASEEM H A. BROWN WD.Aluminiilm induced degradarion and failure mechanisms oj a-Si:H solar cell【J】Solar Energy Materials and Solsr Cell,O%AV 42:543-555.
2.2多晶硅太阳电池 晶硅太阳电池的生产需要消耗大量的高纯硅 材料,而制造这些材料工艺复杂,电耗很大,在 太阳电池生产总成本中已超■分之一。加之拉制 的单品硅棒呈圆柱状,切片制作太阳电池也是圆 片,组成太阳能组件平面利用律低。目前太阳电 池使用的多晶硅材料.多半是含有大量单晶颗粒 的集合体,或用废次单品硅料和冶金级硅材料熔 化浇铸而成。其工艺过程是选择电阻率为100’300 欧姆厘米的多品硅块或草品硅头尾料,经破 碎,用l:5的氢氯酸和硝酸混合液进行适当的腐 蚀,然后用去离r.水冲洗呈中性,并烘干。用石 英坩锅装好多品硅料加人适量硼硅,放人烧铸 炉,在真空状态巾加热熔化。熔化后应保温20分 钟。然后注入石墨铸模中,待漫漫凝同冷却后, 即得多晶砖锭。这种硅锭可铸成垃方体,以便切 片加工成方形太阳电池批片,可提高材料利用律 和方便组装。 2.3非晶硅太阳电池 非晶硅太阳电池是1976年出现的新型薄膜式 太阳电池,它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作 方法不同,硅材料消耗很少,电耗更低,非常吸 引人。 制造非晶硅太阳电池的方法有多种,最常见 的是辉光放电法,还有反应溅射法、化学气象沉 积法、电了.束蒸发法和热分解硅烷法等。辉光放 电是将一石英容器抽成真空,冲入氢气和氩气稀 释的硅烷。用射频电源加热,使硅烷电离,形成 等离子体。非品硅膜就沉积在被加热的衬底上。 若硅烷中掺入适毓的氢化磷或氢化硼,即可得到N 型或P型的非品硅膜。衬底材料·般用玻璃或小锈 钢板。这种制备非晶砖薄膜的工艺。主要取决于 严格控制气压、流速和射频功率,对村底的温度 也很莺要。 非品硅太阳电池结构有各种不同,其中有一 种较好的结构ntlPIN电池,它是在衬底}:先沉积一层 掺磷的N型非晶硅,在沉积一层未掺杂的I层,然后 再沉积一层掺磷的P型非晶硅,最后用电子束蒸发一 层减反射膜,并蒸镀银电极。此种制作工艺,可采用 —连串沉积室,在生产中构成连续程序,以实现大批 量生产。同时,非晶硅电池很薄,可制成叠层式,或 采用集成电路的方法制造,在·个平面上,用适当的 掩摸工艺,一次制作多个串联电池,以获得较高的电
本文链接:/Periodical_zgkjcf201006189.aspx
其中:ISC一短路电流,VOC——开路电 压,IM一最佳工作电流,VM一最佳工作电压。
1.4.4标准光强与环境温度 地面:AMI.5 光谱。l000W/m2,t=25℃。
1.4.5温度对电池性质的影响。例如:在标 准状况下,AMl.5光强,t=25℃某电池板输出功 率测得为IOOWP,如果电池温度升高至45℃时, 则电池板输出功率就不到IOOWP。
熙一蚕一一 太阳能电艳组件r素—雨向 册掣一厕一圆 1.3.2交流负载系统
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电能是一种高品质能量,利用、传输和分配 都比较方便,将太阳能转换为电能是大规模利用 太阳能的重要技术基础,世界各国都十分重视, 其转换途径很多,有光直接转换,有光热电间接 转换等。这里重点介绍光电直接转换器件一太阳 电池。
万方数据
1 93l
I FORTUNE WORLd)2010 3
太阳能电池工作原理与种类
作者: 作者单位: 刊名:
英文刊名: 年,卷(期):
王霞 黑龙江哈克新能源有限公司
中国科技财富 FORTUNE WORLD 2010(6)
参考文献(2条) 1.胡汛1非晶硅太阳电池背电极制作技术的改进[J].新能源,1993,15 2.HAQUE,NASEEM H A,BROWN WD.Aluminiam induced degradation and failure mechanisms oj a-Si:H solar cell[J] Solar Energy Materials and Solsr Cell,1996,4V 42:543-555.
单品硅太阳电池的电体片就制成了。单体片经过 抽查检验,即可按所需的规格组装成太阳电池组 件(太阳电池板),用串联或并联的方法构成一 定的输出电压和电流。最后用框架和装饰材料进 行封装。用户根据系统设计,可将太阳电池组件 组成各种大小不同的太阳电池方阵,亦称太阳电
池阵列。目前单晶硅太阳电池的光电转换效率为 15%左右,实验室成果也有2毗以上。
的独立系统,光伏水泵(饮水或灌溉),通信电 源,石油输油管道阴极保护.光缆通信泵站电 源,海水淡化系统.城镇巾路标,高速公路路标 等。在世纪之交前后期间,欧美等先进国家光伏 发电并入城市用电系统及边远地区自然村落供电 系统纳入发展方向。太阳电池与建筑系统的结合 已经形成产业化趋势。光伏电源系统的组成:
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