太阳能电池介绍
太阳能电池的工作原理和应用
太阳能电池的工作原理和应用太阳能电池已经成为了现代能源领域的热门研究方向，其具有环保、可再生、无噪音、无污染等优点，已经成为人类未来能源的一个重要选择。
那么，太阳能电池是如何工作的？它有哪些应用呢？本文将详细介绍太阳能电池的工作原理和应用。
一、太阳能电池的工作原理太阳能电池，是将太阳能转化成电能的重要器件，其原理是利用半导体材料的带隙特性，将太阳光电子能量转化成电能。
具体地说，太阳能电池是由p型半导体和n型半导体组成的二极管结构。
当太阳光照射在p-n结上时，会激发p-n结上空穴带正电荷、电子带负电荷，形成电势差，并在p-n结上形成电动势。
此时，如果将带有负载电阻的电路接在电池的两端，就会产生电流，通过阻值制定，就能将太阳光转化成电能。
此外，太阳能电池的转换效率还与其外部形态和材质结构密切相关。
例如，太阳能电池的表面通常设计成一系列条形凸起的结构，并在其表面涂覆一层反射层，将反射光再次转到电池表面上来提高其利用率。
太阳能电池的类型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、有机物太阳能电池等。
由于其工艺技术难度不同，转换效率也不同，单晶硅太阳能电池效率最高，可达到20%-25%。
二、太阳能电池的应用1. 电站光伏电站是太阳能电池的重要应用领域之一，它是利用太阳能发电的典型模式。
光伏电站的构造由方阵型太阳能电池板铺建晒在阳光下所组成，太阳光照入电池板后通过半导体材料“电子跃迁”的过程转换成电能。
光伏电站通常是由多块太阳能电池板组合而成，一般要安装在阳光充足的地方，如荒漠、山地等。
目前，国际上各大经济体都在积极推进光伏电站建设。
2. 家用太阳能电池板也可以作为家用电器的能量来源，如用于家庭照明、水泵、空气调节、冷冻和海水淡化等方面。
而且，太阳能电池板的成本较低，安装使用方便，而且是绿色环保的，无需考虑能源的开支和污染问题。
因此，在一些没有电力供应或降低能耗的地方效果显著。
除此之外，太阳能光伏板也可以用于架设街头亮化装饰灯、广场音乐喷泉等。
1.太阳能电池简介
印刷 烧结
测试
PERC电池工艺流程图
制绒
扩散
刻蚀 抛光
背钝 化
正面 镀膜
激光 开槽
印刷 烧结
电注 入
测试
PERC电池——背抛
Talesun confidential
目的：削平金字塔塔尖，减少背表面悬 挂键，降低表面复合速率，增加内反射
PERC电池——背抛
Talesun confidential
PERC电池——背钝化
Hale Waihona Puke （1）如下：5POCl3 >600 ℃ 3PCl5+P2O5
(1)
生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反应式如下：
2P2O5+5Si
5SiO2+4P
(2)
POCl3热分解时，如果没有外来的氧（O2）参与其分解是不充分的，生成的PCl5是不易分
解的，并且对硅有腐蚀作用，破坏硅片的表面状态。但在有外来O2存在的情况下，PCl5会进
一步分解成P2O5并放出氯气（Cl2）其反应式如下：
4PCl5 +5O2 过量氧 2P2O5 +10Cl2
(3)
刻蚀原理及目的
目的1：利用HNO3和HF的混合液体 对扩散后硅片下表面和边缘进行腐 蚀,去除边缘的N型硅,使得硅片的上 下表面相互绝缘。 边缘刻蚀原理反应方程式： 3Si + 4HNO3+18HF =3H2 [SiF6] + 4NO2 + 8H2O
需要强调指出：内建电场（PN结）可以有效地将少子（电子和空穴）进行分离；PN结是不能简
单地用两块不同类型（P型和N型）的半导体接触在一起就能形成的。
太阳能电池介绍
太阳能电池知识介绍什么是太阳能电池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。
太阳能电池的原理太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，一般的半导体主要结构如下：图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。
当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，它的形成可以参照下图：图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。
而黄色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有3个电子，所以就会产生入图所示的蓝色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成P（positive）型半导体。
同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成N（negative）型半导体。
黄色的为磷原子核，红色的为多余的电子。
如下图。
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，这样，当P型和N型半导体结合在一起时，就会在接触面形成电势差，这就是PN结。
当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层)，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。
这是由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。
N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个由N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。
达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，这就是PN结。
当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P型区移动，而P型区中的电子往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流。
然后在PN结中形成电势差，这就形成了电源。
(如下图所示）由于半导体不是电的良导体，电子在通过p－n结后如果在半导体中流动，电阻非常大，损耗也就非常大。
但如果在上层全部涂上金属，阳光就不能通过，电流就不能产生，因此一般用金属网格覆盖p－n结（如图梳状电极），以增加入射光的面积。
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电子对•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－＋＋－－＋P 型铸 造 2工PN 结合（正面 N 极,反 面 P 极 ） 减 反膜形成通过电极,汇集电※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空间用民用转换效率:24%转换效率:10%转换效率:8%（1400 度以上）破锭(150mm *155mm )N 极烧结电极 印刷 （ 正 反组配叠片层压模拟光源,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)】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(Vｐｍ):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日照强度变化和 I-V 曲线】温度变化和 I-V 曲线】日照强度—最大输出特性】温度-最大输出特性】最大输出%温度(度)12010080604020-25 0 25 50 75 100专用设备直流有蓄 电 路灯,交通信号灯,无线电 无蓄电池DC 水泵,换气扇,充电器②对能源和节能的贡献太阳能电池 2。
太阳能电池简介
太阳能电池市场状况及趋势
谢谢
+4 +5
+4
+4
掺杂浓度远大于半导体中载流子浓度，所以，自由电 子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子 （多子），空穴称为少数载流子（少子）。
太阳能电池的结构与工作原理
二、P 型半导体
在硅晶体中掺入少量的三价元 素，如硼，晶体点阵中的某些 半导体原子被杂质取代，硼原 子的最外层有三个价电子，与 相邻的半导体原子形成共价键 时，产生一个空穴。这个空穴 可能吸引束缚电子来填补，使 得硼原子成为不能移动的带负 电的离子。由于硼原子接受电 子，所以称为受主原子。
海洋气象监测标
风云三号气象卫星的太阳能电池
太阳能电池的应用
家庭灯具电源 如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、 黑光灯、割胶灯、节能灯等。
太阳能电池的应用
光伏电站 10KW-50MW独立光伏电站、风光（柴）互补电站、各 种大型停车厂充电站等。
太阳能电池市场状况及趋势
太阳能电池的市场状况：
N 型半导体
P 型半导体
杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。 但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。
太阳能电池的结构与工作原理
PN 结的形成
在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导 体和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的 交界面处就形成了PN 结。
多子扩散
而漂移使空间电荷区 变薄 漂移运动 内电场E N型半导体
空穴
+4 +3 +4 +4
硼原子
P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。
太阳能电池的结构与工作原理
杂质半导体的示意表示法：
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － －
太阳能电池的种类
第四章太阳能电池的种类太阳能电池是利用半导体的光生伏特效应，许多材料都可以用来做太阳能电池，因而太阳能电池的种类很多。
一、单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池的特点：•作为原料的硅材料在地壳中含量丰富，对环境基本上没有影响。
•单晶制备以及pn结的制备都有成熟的集成电路工艺作保证。
•硅的密度低，材料轻。
即使是50µm以下厚度的薄板也有很好的强度。
•与多晶硅、非晶硅比较，转换效率高。
•电池工作稳定，已实际用于人造卫星等方面，并且可以保证20年以上的工作寿命。
1、如何制备单晶硅材料To get silicon in single-crystal state, we first melt the high-purity silicon. We then cause it to reform very slowly in contact with a single crystal "seed." The silicon adapts to the pattern of the single crystal seed as it cools and solidifies gradually. Not suprisingly, because we start from a "seed," this process is called "growing" a new ingot of single-crystal silicon out of the molten silicon. Several specific processes can be used to accomplish this. The most established and dependable means are the Czochralski method and the floating-zone (FZ) technique.Czochralski processThe most widelyused technique for makingsingle-crystal silicon is theCzochralski process. In theCzochralski process, seedof single-crystal siliconcontacts the top of moltensilicon. As the seed isslowly raised, atoms of themolten silicon solidify inthe pattern of the seed andextend the single-crystalstructure.在得到硅单晶片后，就可以开始制备太阳能电池。
光伏电池的种类及其特点
光伏电池的种类及其特点随着人们对清洁能源的需求不断增加，光伏电池作为一种有效的可再生能源技术，正受到越来越多的关注。
光伏电池的种类繁多，每种电池都有其独特的特点和应用领域。
本文将介绍几种常见的光伏电池，以及它们的特点。
1. 单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池是目前最常见的光伏电池之一。
它采用高纯度的硅材料制造而成，外观呈深蓝色。
单晶硅太阳能电池的效率相对较高，可以达到18-20%，并且在高温环境下有着较好的性能稳定性。
然而，由于制造工艺复杂，成本较高，因此价格也相对贵。
2. 多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池是另一种常见的光伏电池类型。
它由多晶硅材料制造而成，外观呈淡蓝色。
多晶硅太阳能电池的制造工艺相对简单，成本较低，因此价格相对较实惠。
然而，多晶硅太阳能电池的效率通常略低于单晶硅太阳能电池，大约在15-17%之间。
3. 薄膜太阳能电池薄膜太阳能电池是一种相对较新的光伏电池种类。
它采用非晶硅、铜铟镓硒等材料制造而成，外观非常薄且柔软。
薄膜太阳能电池制造工艺灵活多样，可以制作成卷曲、弯曲的形状，适用于特殊应用场景。
然而，薄膜太阳能电池的效率相对较低，通常在10-12%左右。
4. 高效率太阳能电池除了单晶硅、多晶硅和薄膜太阳能电池，还有一些最新的高效率太阳能电池不断涌现。
例如，钙钛矿太阳能电池因其高效率和低成本而备受关注。
钙钛矿太阳能电池具有较高的光电转换效率，可以达到23%以上，同时制造工艺相对简单，成本相对低廉。
然而，钙钛矿太阳能电池目前还面临稳定性和寿命等问题亟待解决。
综上所述，不同种类的光伏电池各有其特点和应用领域。
单晶硅太阳能电池高效而稳定，适用于需求高效能源的场景；多晶硅太阳能电池价格相对较低，适用于大规模应用；薄膜太阳能电池柔性便携，适用于特殊形状需求；高效率太阳能电池具有更高的效率，但目前仍需解决一些稳定性和寿命的问题。
随着科技的不断进步和研发的深入，光伏电池的种类和特点还将继续扩展和改进，为清洁能源发展做出更大贡献。
太阳能电池的工作原理及其应用
太阳能电池的工作原理及其应用随着全球能源需求的日益增长，环境污染问题也日益突出，人们开始寻找新的能源替代发展，太阳能便成了一个备受关注的选择。
太阳能电池作为太阳能利用的主要手段之一，其原理和应用也逐渐被人们所熟知。
本文将介绍太阳能电池的基本工作原理以及其在各个领域的应用。
太阳能电池的基本工作原理太阳能电池，也称为光伏电池，其原理是利用半导体材料对光的响应而产生电力。
太阳能电池由一个或多个光伏电池薄片组合而成，以此将阳光转化成电能。
具体来说，太阳光射向半导体材料，将半导体中的电子激发出来，这些激发出来的电子随后在半导体中流动，形成电流。
这种转化过程称为“光电效应”，简单来说，就是光线的能量转变成了电能。
太阳能电池有很多种类型，包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、铜铟镓硒等等。
其中最常用的是单晶硅和多晶硅，其原理基本相同，但单晶硅制造成本较高。
太阳能电池的应用太阳能电池以其绿色、可再生的优势不仅被广泛应用于航空、电子、通讯、交通、军事等领域，还在家庭、工业、农业、酒店、医院等领域得到了广泛应用。
家庭应用在家庭中，太阳能电池主要应用于热水器和光伏系统两个方面。
热水器：太阳能热水器可以通过太阳能电池板将阳光转化热量，从而加热水。
这种热水器在绿色、节能的理念下得到了广泛应用，减少了许多家庭的能源消耗。
光伏系统：大多数家庭采用太阳能光伏系统来产生电能。
利用太阳能电池板将太阳光转化为电能，然后将电能存储在电池组中。
随着科技的不断发展，太阳能光伏系统不仅仅可以为家庭提供电力，还可以出售给电网公司，从而增加家庭收入。
工业应用在工业领域，太阳能电池主要应用于太阳能电池组装、光伏电力系统等领域。
太阳能组件：利用太阳能电池板制作成太阳能组件，可以提供清洁、可靠、稳定的电源供应，适用于建筑物、安保系统等。
光伏电力系统：太阳能电池在光伏系统中被广泛应用，可以提供得到大量电力。
光伏发电系统通过太阳能电池板将阳光转化为电能，通过逆变器转化成交流电，并通过及时的存储作为备用电源。
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。
太阳能电池的分类与特点
太阳能电池的分类与特点太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置，它由不同材料制成。
根据材料的不同，太阳能电池可以分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、染料敏化太阳能电池、聚合物太阳能电池等多种类型。
每种类型的太阳能电池都有其独特的特点和适用范围，下面将逐一介绍这些分类和特点。
1. 单晶硅太阳能电池：单晶硅太阳能电池是最常见的太阳能电池之一，它采用高纯度的单晶硅材料制成。
其特点包括高效率、长寿命和稳定性强。
单晶硅太阳能电池的高效率意味着单个电池的发电能力较强，因此在有限的面积内可以获得更多的电能。
此外，单晶硅太阳能电池通常具有较长的寿命，可在正常使用条件下运行20年以上。
然而，由于制造工艺较为复杂，单晶硅太阳能电池的成本较高，因此价格也相对较贵。
2. 多晶硅太阳能电池：多晶硅太阳能电池是另一种常见的太阳能电池类型，它由多晶硅材料制成。
与单晶硅太阳能电池相比，多晶硅太阳能电池的制造工艺更简单，成本也较低。
然而，多晶硅太阳能电池的效率较低，发电能力相对较弱，但仍然可以满足家庭和商业用途的基本需求。
此外，多晶硅太阳能电池的寿命较长，可持续发电15年以上。
3. 非晶硅太阳能电池：非晶硅太阳能电池是一种采用非晶硅材料制成的薄膜太阳能电池。
与单晶硅和多晶硅太阳能电池相比，非晶硅太阳能电池的制造工艺更简单，可以在较大面积的基板上快速制造。
非晶硅太阳能电池还具有较高的灵活性，可以适应不同形状的物体，因此广泛应用于卷曲表面和柔性电子设备。
然而，与其他太阳能电池相比，非晶硅太阳能电池的效率较低，需要更大的面积才能获得相同的发电能力。
4. 染料敏化太阳能电池：染料敏化太阳能电池是一种基于染料分子的太阳能电池。
它利用染料分子吸收光子，激发电子跃迁并产生电流。
相比于硅基太阳能电池，染料敏化太阳能电池具有灵活性好、制造工艺简单、成本低廉和透明度高等优势。
然而，染料敏化太阳能电池的稳定性较差，寿命较短，通常需在几年内更换。
《太阳能电池》课件
交通工具用电
太阳能汽车
利用太阳能电池板为电动汽车提供动力，减少对传统能源的依赖。
太阳能飞机
在飞机上安装太阳能电池板，为飞机提供辅助动力，减少燃油消耗。
04
太阳能电池的优缺点
优点
环保性
太阳能电池利用太阳能 进行发电，不产生任何 污染物，对环境友好。
可持续性
太阳能资源丰富，且可 再生，使用太阳能电池 有助于实现能源的可持
多元化应用
除了家庭和工业应用外，太阳 能电池在交通、航空航天等领
域的应用也将得到拓展。
05
太阳能电池的制造与维护
制造过程
制造流程
制造设备
从原材料的选取、加工、组装到成品 测试，太阳能电池的制造过程需要经 过多个环节。
制造太阳能电池需要一系列专业设备 ，包括晶体生长炉、表面处理设备、 电极制备设备等。
更换损坏组件
对于损坏或老化严重的组件，需要及时更换，以保证整个系统的 稳定性和效率。
使用注意事项
安装角度与方向
安装太阳能电池板时，应考虑当地的气候和太阳高度角，使电池 板与太阳光垂直，以获得最大的能量转换效率。
避免遮挡
确保太阳能电池板周围没有遮挡物，以免影响光线的照射和能量的 转换。
定期检查系统
定期检查整个太阳能发电系统，包括电池板、控制器和储能设备等 ，确保系统正常运行并延长使用寿命。
商业用电
商业屋顶光伏电站
大型商业建筑如商场、办公楼等可安 装太阳能电池板，满足部分电力需求 ，降低运营成本。
光伏照明系统
太阳能路灯、景观灯等为商业区提供 照明，节能环保且维护成本低。
公共设施用电
01
公共建筑如图书馆、博物馆等可 利用太阳能电池板提供部分电力 ，降低建筑运营成本。
光伏发电概论第三章太阳能电池介绍
罗马数字与十进位数字的意义不同，它没有表示零的数字，与进位制无关。0引入的时间是在中世纪，那时欧洲教会的势力非常强大，他们千方百计地阻止0的传播，甚至有人为了传播0而被处死。罗马数字因书写繁难，所以，后人很少采用。现在有的钟表表面仍有用它表示时数的。此外，在书稿章节及科学分类时也有采用罗马数字的。在中文出版物中，罗马数字主要用于某些代码，如产品型号等。
授课日期
授课节次
授课班级
教学目的
了解主要太阳电池的基本情况掌握主要太阳电池的特点
教学重点
主要太阳电池的特点
教学难点
太阳电池的特点
教学准备
教科书教案
教学方法
光伏电池
工作原理
光伏电池及系统工作原理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，而以光化学效应原理工作的太阳能电池则还处于萌芽阶段。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。
组件的安装架设十分方便。组件的背面安装有一个防水接线盒，通过它可以十分方便地与外电路连接。对每 一块太阳电池组件，都保证20年以上的使用寿命。
发展历史
术语“光生伏打”（Photovoltaics）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。
实现过程：
房顶的太阳能板将阳光转换为DC电流。不间断电源(UPS)将该DC能源转换为AC 220V/50Hz。
这个电能可以完全用于当地的设备，也可以部分使用，剩余的电能卖给公用事业机构，或全部卖出。
强烈建议应防止这一昂贵的设施遭受雷击。
评测方法
一、等效电路模型
PV电池的等效电路模型（如图1所示）能够帮助我们深入了解这种器件的工作原理。理想PV电池的模型可以 表示为一个感光电流源并联一个二极管。光源中的光子被太阳能电池材料吸收。如果光子的能量高于电池材料的 能带，那么电子就被激发到导带中。如果将一个外部负载连接到PV电池的输出端，那么就会产生电流。
超级电容发展快速，容量超大，面积反缩小，加上价格低廉，因此有部份太阳能产品开始改采超级电容为充 电对象，因而改善了太阳能充电的许多问题：光伏电池充电较快速，寿命长5倍以上，充电温度范围较广，减少太 阳能电池用量(可低压充电)。
太阳能电池介绍
太阳能电池介绍
太阳能电池(Photovoltaic Cell或Solar Cell)为一种半导体组件，主要有晶圆型与薄膜型(thin film)两大类，其中薄膜型又以非晶硅(Amorphous)与CIGS为主流，详细分类与特性比较如下：
晶圆型太阳能电池应用目前虽相对而言较为普遍，主要原因为其发展历史较长，转换效率较高所致。
然而，近年上游原料短缺且价格波动剧烈，使得生产成本及产能发展不稳定；其中实验室转换效率最高的砷化镓，更因成本高昂，导入量产不符实际。
加上晶圆型电池可吸收光谱有限，整体发电时间较短(注1)，且有光衰竭现象(注2)，使得晶圆型产品优势渐失。
绿阳光电自行研发与量产的CIGS薄膜太阳能电池，藉由Cu(铜)、In(铟)、Ga(镓)、Se(硒)四种原料的最佳比例，组成太阳能板的关键技术。
由于具备光吸收能力佳、发电稳定度高、转换效率高，整体发电量高、生产成本低以及能源回收期间(energy payback time) 短等诸多优势，CIGS太阳能电池已是太阳能产业明日之星，与传统之晶圆型太阳能电池分庭抗礼。
注1：光谱分为可见光与红紫外线等非可见光区域，晶圆型与非晶硅太阳能电池仅能吸收光波长在400~700nm之可见光范围内，
碲化镉与CIGS等薄膜型吸光范围除了可见光范围，尚可涵盖波长在700~1,200nm之间的红外光区域，故一天内吸光后可发电之时间较长
注2：不同之化学原料，受到日光照射后能否长期维持相同之发电性能并不相同，其中晶圆型与非晶硅在长期强光照射下，均会产生劣化现象，使得发电性能递减。
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。
太阳能电池简介
3.外部电路存在时，电子从n层经外 部电路回到p层，以纠正电荷平衡， 于是产生电流。
图1.无机半导体太阳能电池工作原理
太阳能电池简介
聚合物太阳能电池பைடு நூலகம்
1.光照下，共轭聚合物电子受激从最 高占有轨道(HOMO) 迁到最低空轨 道(LUMO), 形成束缚的电子空对 (激子)。
2.激子扩散到D/A异质结交界，发生 电荷分离，给体中的激子将电子转 移给受体, 受体中的激子将空穴转 移给给体, 实现电荷分离。
3.电子和空穴分别沿受体和给体向负 极和正极传递，通过外部电路，形 成电流。
图2.聚合物太阳能电池工作原理
太阳能电池简介
聚合物-无机材料杂化太阳能电池
• 电子更倾向于在高电子亲和性的无 机半导体和离子电势相对较低的有 机分子和聚合物中传递
• 高电子密度态的聚合物无机半导体 复合材料使电子传输速率达到很高 的值
聚合物-无机材料杂化太阳能电池
图7.(D)60nm长，直径3&7nm的器件光电谱
图8,太阳辐射光谱
CdSe纳米棒和P3HT在可见光部分有互补的吸收光谱。
吸收光谱可通过调节纳米棒的直径(量子局限效应)来最大程度地与 太阳辐射光谱重叠(6D)。
染料敏化太阳能电池
基本原理
DSCs是模仿光合作用原理，研制出来的一种新型太 阳电池，其主要优势是：原材料丰富、成本低、工艺技术相对 简单，无毒、无污染的。
• 可通过低廉的溶液法制备
图3.聚合物-无机材料杂化太阳电池
聚合物-无机材料杂化太阳能电池
性能表征
含有90 wt%的60:7nm CdSe纳米棒 P3HT复合物，能量转化效率为6.9% (Ar 515nm 0.1mW/cm2)(6B)。 开路电压为0.5V，最大功率点的 电压为0.4V，填充因子(FF)为0.6。
太阳能电池的分类
太阳能电池的分类
太阳能电池是一种能够将太阳能转化为电能的器件。
随着科学技术的不断发展，太阳
能电池也不断地发展和改进，现在已经有多种不同类型的太阳能电池。
下面将介绍几种常
见的太阳能电池，并对它们的特点进行简要说明。
1. 单晶硅太阳能电池
单晶硅太阳能电池是最常见的太阳能电池，市场占有率也最高。
它是利用单晶硅制作
而成的，因此其结晶度非常高，电池效率也较高。
单晶硅太阳能电池具有体积小，重量轻，质量稳定等优点，而且可以进行自动化生产，因此成本也比较低。
但是单晶硅太阳能电池
的制造成本较高，并且需要使用纯度较高的硅材料，这使得其价格较高。
染料敏化太阳能电池是一种比较新型的太阳能电池，是采用从自然中提取的染料成分
制成的。
染料敏化太阳能电池的优点是制造成本低，对低光强度的适应能力非常好，但是
其效率和稳定性仍然需要进一步的提高，目前还没有得到广泛的应用。
有机太阳能电池是一种使用有机高分子材料制成的太阳能电池，其工作原理是电荷转移。
有机太阳能电池的制造成本低，重量轻，但是制造工艺复杂，效率低，稳定性差，应
用范围有限。
硒化铟太阳能电池是一种由铟和硒材料制成的太阳能电池，它可以在高温和强光下稳
定工作。
硒化铟太阳能电池的制造成本较高，重量较重，但是效率和稳定性都非常好，适
合于一些特殊的使用场合。
总的来说，太阳能电池在未来的发展前景非常广阔，这是因为其具有可再生、环保、
免费等诸多优点。
随着科学技术的进步，太阳能电池的效率将会不断提高，价格也会越来
越低，这将使得太阳能电池在未来得到更广泛的应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
太阳电池主要类别
单晶硅电池――原材料硅消耗很多，制备工艺复杂，成本 昂贵
多晶硅电池――原材料硅消耗多，制备工艺较复杂，成本 中等
薄膜电池――其中非晶硅原材料硅消耗极少，制备工艺简 单，成本很低
非晶硅薄膜太阳电池总发电量的显著优势
非晶硅薄膜太阳电池比单晶硅、多晶硅电池发电要多约10%
非晶体硅太阳电池成本优势、工艺优势
绿激光
切割系统
非晶硅薄膜太阳电池串联
非晶硅薄膜太阳电池的主要优点
A B C D 薄膜非晶硅 太阳电池 的优势
更多电力
更低成本
更好的弱光响应
更优异的高温性能
非晶硅薄膜太阳电池的结构
非晶硅太阳电池制造流程
清洗 设备 PECVD 生产设备 磁控 溅射 测试 设备
1
2
3
4
5
6
7
清洗
划刻
沉积
刻划
溅射
划刻
封装测试
பைடு நூலகம்
红外激光
切割系统
绿激光
切割系统