太阳能电池材料电子教案(光生伏特效应)
太阳能电池特性实验讲义
太阳能光伏电池实验讲义一、实验目的1、了解pn结基本结构与工作原理；2、了解太阳能电池的基本结构，理解工作原理；3、掌握pn结的伏安特性及伏安特性对温度的依赖关系；4、掌握太阳能电池基本特性参数测试原理与方法，了解光源波长、温度等因素对太阳能电池特性的影响；5、通过分析pn结、太阳能电池基本特性参数测试数据，进一步熟悉实验数据分析与处理的方法，分析实验数据与理论结果间存在差异的原因。
二、实验原理1、光生伏特效应半导体材料是一类特殊的材料，从宏观电学性质上说它们导电能力在导体和绝缘体之间，导电能力随外界环境（如温度、光照等）发生剧烈的变化。
半导体材料具有负的带电阻温度系数。
从材料结构特点说，这类材料具有半满导带、价带和半满带隙，温度、光照等因素可以使价带电子跃迁到导带，改变材料的电学性质。
通常情况下，都需要对半导体材料进行必要的掺杂处理，调整它们的电学特性，以便制作出性能更稳定、灵敏度更高、功耗更低的电子器件。
基于半导体材料电子器件的核心结构通常是pn结，pn结简单说就是p型半导体和n型半导体的基础区域，太阳能电池本质上就是pn结。
常见的太阳能电池从结构上说是一种浅结深、大面积的pn结。
太阳能电池之所以能够完成光电转换过程，核心物理效应是光生伏特效应。
这种效应是半导体材料的一种通性。
如图1所示，当特定频率的光辐照到一块非均匀半导体上时，由于内建电场的作用，载流子重新分布导致半导体材料内部产生电动势。
如果构成回路就会产生电流。
这种电流叫做光生电流，这种内建电场引起的光电效应就是光生伏特效应。
非均匀半导体就是指材料内部杂质分布不均匀的半导体。
pn结是典型的一个例子。
n型半导体材料和p型半导体材料接触形成pn结。
pn结根据制备方法、杂质在体内分布特征等有不同的分类。
制备方法有合金法、扩散法、生长法、离子注入法等等。
杂质分布可能是线性分布的，也可能是存在突变的，pn结的杂质分布特征通常是与制备方法相联系的，不同的制备方法导致不同的杂质分布特征。
太阳能电池材料电子教案(多晶硅薄膜太阳电池多晶硅薄膜制备技术)
同时掌握目的1、2、3
教学准备
教材 教案
教学方法
讨论法、引导法
教
学
过
程
Ⅰ、课堂组织：2分钟
组织课堂纪律 点名
Ⅱ、复习旧课，导入新课：4分钟
问题：1、非晶硅半导体材料的四个基本特征？
2、工作原理？
3、叠层电池各子电池i层要求？
4、提高电池转换效率的基本技术措施？
5、提高非晶硅太阳电池稳定性的基本措施及新途径？
6、降低成本的新技术？
7、半导体材料的分类？
Ⅲ、讲授新课：78分钟
第七章 多晶硅薄膜太阳电池
一、基本要求
1、低成本（材料、工艺）
2、高效率（性能）
3、易于产业化
二、特点（优点）
1、成本低（相对于直拉单晶硅太阳电池）
2、效率高（12﹪，相对于非晶硅太阳电池）
3、性能稳定（相对于非晶硅太阳电池）
三、改进研究
（一）薄膜
1、分类
按温度：高温、低温 按过程：直接、间接
2、目前的主要制备方法
3、常用方法
⑴、固相晶化法（SPC）
⑵、化学气相沉积法（CVD）
⑶、液相外延（LPE）
⑷、区熔再结晶法（ZMR）
（二）衬底
1、条件
⑴、低成本
⑵、导电(或绝缘，
Ⅳ、归纳总结：2分钟
多晶硅薄膜太阳电池的基本要求及特点
Ⅴ、布置作业：1分钟
授课日期
授课节次
授课班级
7.1概述
7.1.1研究况
7.1.2研究重点
7.1.3进展情况
7.2.1多晶硅薄膜制备技术概述
教学目的
1、知道制备多晶硅薄膜太阳电池的基本要求
2、掌握多晶硅薄膜电池的特点（优点）
太阳能电池教案
3．测量太阳能电池的光照特性：
在暗箱中（用遮光罩挡光），取离白炽灯光源 水平距离光强作为标准光照强度，用光功率计测量该处的光照强度 ；改变太阳能电池到光源的距离 ,用光功率计测量 处的光照强度J，求光强J与位置 的关系。测量太阳能电池接收到相对光强度 不同值时，相应的 和 的值。
（1）描绘 和相对光强度 之间的关系曲线，求 和与相对光强 之间近似关系函数。
（2）描绘出 和相对光强度 之间的关系曲线，求 与相对光强度 之间近似函数关系。
【实验注意事项】
1、辐射光源的温度较高，因避免与灯罩接触。
2、辐射光源的供电电压为220V，因小心触电。
【课堂总结、点评】
教师活动：让学生概括总结本节实验的内容。
学生活动：认真总结概括本次实验内容，并把自己这节课的体会写下来。
设计说明：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架
【板书设计】
一、实验原理
1．太阳电池的结构
2．太阳能电池的工作原理——光伏效应
3．太阳电池的等效电路
4．太阳电池的表征参数
3．太阳电池的等效电路
图三、太阳电池的等效电路图
太阳电池可用pn结二极管D、恒流源Iph、太阳电池的电极等引起的串联电阻Rs和相当于pn结泄漏电
流的并联电阻Rsh组成的电路来表示，如图3所示，该电路为太阳电池的等效电路．由等效电路图可以得出太阳电池两端的电流和电压的关系为
（7）
为了使太阳电池输出更大的功率，必须尽量减小串联电阻Rs，增大并联电阻Rsh．
运用所学知识，对太阳能的伏安特性进行测量，提高学生对物理的学习兴趣。
【重点难点】
实验原理的理解及实验操作的理解。
太阳能电池材料电子教案(二)
优点：可以获得较高水温
缺点：忽冷忽热（可以推算若干时间内的加热水量）、已损坏
四、暖房
1、组成
太阳能收集器、热储存装置、辅助能源系统、室内暖房风扇
3、原理
通过画图帮助学生理解
五、太阳能发电
太阳能→电能→电容器中→使用
知识拓展
一、空间太阳能电源
1、主要性能
2、可靠性
3、太阳能路灯
二、第一个太阳能发电站
在太阳能热系统中，接受太阳辐射并向传热工质传递热量的装置。
2、分类
⑴按传热工质：液体集热器、空气集热器
⑵按采光方式：聚光型、聚焦型
⑶真空集热器
三、太阳能热水系统
1、元件：收集器、储存装置及循环管路
2、循环方式
⑴自然循环
通过画图的方式帮助学生理解其工作原理
优点：水温稳定，维护简单
缺点：不能获得较高水温
三、太阳能路灯
四、太阳能充电器
五、太阳简介
1、氦反应区
2、辐射区
3、对流区
4、太阳大气
六、我国太阳能利用产业现状
七、我国太阳能利用产业前景
Ⅳ、归纳总结：5分钟
太阳能利用优缺点
太阳能热利用
Ⅴ、布置作业：2分钟
课后习题6、7、8、9、10
教学反思
教研组长签名：教务科长签名：
年月日
教
学
过
程
Ⅰ、课堂组织：5分5分钟
提问：1、什么是太阳能及利用原理？
2、太阳电池发电原理？
3、晶体硅太阳电池发电原理？
Ⅲ、讲授新课：75分钟
第一章太阳能
一、太阳能热利用方式
1、太阳能集热器
2、太阳能热水系统
3、太阳能暖房
太阳能电池材料电子教案(提高非晶硅太阳电池稳定性的研究)
Ⅲ、讲授新课：78分钟
6.2.2提高非晶硅太阳电池稳定性的研究
一、S-W效应
㈠、定义
非晶硅基合金的光暗电导率随光照时间加长而减小，经170摄氏度-200摄氏度，退火2小时，又可恢复原状，称为S-W效应。
㈡、实质：光致亚稳效应
㈢、五种微观模型
1、Si-Si弱键模型
亚稳缺陷→光生载流子→直接无辐射复合→复合能
授课日期
授课节次
授课班级
教学目的
1、掌握什么是S-W效应及实ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ；了解关于a-Si:H中光致亚稳变化的几种模型。
2、知道提高电池稳定效率应该从那两个方向着手
3、知道消除S-W效应的入手点及普遍采用的成熟技术
4、掌握叠层电池结构的优点与缺点及至今提高非晶硅太阳电池稳定效率的成熟技术
教学重点
1、S-W效应及实质
㈠、改进i层材料
方法：H2稀释反应气体法
㈡、采用叠层电池结构
1、问题
叠层→多个子电池→多个p-i界面→多个p-i异质界面
1多层不匹配障碍→电子输出↓
2每层i都可能引入C杂质→光致亚稳缺陷↑
2、处理方法
H+处理法（可使）：①底电池透光率↑
②串联电阻↓
Ⅳ、归纳总结：2分钟
1、S-W效应的定义和实质
2、提高非晶硅太阳电池稳定效率的着手点（2点）
2、至今提高非晶硅太阳电池稳定效率的成熟技术
3、叠层电池结构的优与缺
教学难点
1、S-W效应及实质
2、至今提高非晶硅太阳电池稳定效率的成熟技术
教学准备
教材教案
教学方法
探究式教学法、分析法
教
学
过
程
Ⅰ、课堂组织：2分钟
太阳能电池材料电子教案(多晶硅薄膜太阳电池低压化学气相沉积法)
生长速度快，膜致密均匀，装片容量大
四、不足
1、内汗高密度微挛晶缺陷
2、晶粒尺寸小
3、载流子迁移率不够大
7.2.3等离子体增强化学反应气相沉积
一、基本原理
紫外线→原料气体→轻微电离→少量电子→碰撞中心粒子→二次电子→大量离子和电子
二、实质
利用辉光放电的电子来激活化学气相沉积系统
授课日期
授课节次
授课班级
7.2.2低压化学气相沉积法
7.2.3等离子体增强化学反应气相沉积
教学目的
1、掌握LPCVD法德要点，了解其优点
2、掌握PECVD法的原理
教学重点
掌握LPCVD法德要点，了解其优点
教学难点
掌握PECVD法的原理
教学准备
教材教案
教学方法
讨论法、比较法
教
学
过
程
Ⅰ、课堂组织：2分钟
组织纪律点名
Ⅱ、复习旧课，导入新课：4分钟
问题：1、制备多晶硅薄膜太阳电池的基本要求？
2、多晶硅薄膜太阳电池的特点？
3、衬底的要求？
Ⅲ、讲授新课：78分钟
第七章多晶硅薄膜太阳电池
7.2.2低压化学气相沉积法
一、原料
SiH4
二、要点
1、压强：13.3-26.6Pa太小，表面粗糙；太大，晶粒尺寸太小
2、温度：580-630只能用昂贵的石英
Ⅳ、归纳总结：2分钟
PECVD法的原理
LPCVD法的优点及要点
Ⅴ、布置作业：1分钟
课后习题：5
教学反思
教研组长签名教务科长签名
年月日
优质课教案(电池材料)
2、如果吸收的能量大于半导体的禁带宽度，就有可能是电子从价带跃迁到导带从而产生电子——空穴对，这种吸收称为本征吸收。
三、非平衡载流子的产生和光电导现象
2、当用适当的光照射该半导体产生电子--空穴对,导带比平衡时多出一部电子ΔN,价带比平衡时多出一部分空穴ΔP,ΔN和ΔP就是非平衡载流子浓度,总的载流子浓度增加,电导率增大,称为半导体材料的光电导现象.
四、光生伏特效应的定义
1、定义:半导体在受到光照时产生电动势的现象
光伏发电定义:光能直接转变为电能的一种技术。关键元件是太阳能电池。
五、掺P的N—SI的能带模型以及在太阳光下的变化
1、在阳光下照射⇒通过光的能量电子从化学键中被释放⇒产生电子—空穴对⇒很短的时间内（在μS范围内）电子又被捕获，即电子和空穴“复合”⇒仅是被加热，外部看不出变化。
三、非平衡载流子的产生和光电导现象
1、在一定温度下,没有光照时,在一块N型半导体中电子和空穴的浓度分别为N0和P0.
②提问: N0和P0什么关系?
2、当用适当的光照射该半导体,只要光子的能量大于半导体的禁带宽度,光子就能把电子从价带激发到导带上去,产生电子--空穴对,导带比平衡时多出一部电子ΔN,价带比平衡时多出一部分空穴ΔP,ΔN和ΔP就是非平衡载流子浓度,总的载流子浓度增加,电导率增大,称为半导体材料的光电导现象.
2、光生伏特效应原理和过程：具有足够能量的光子⇒电子从共价键中激发⇒产生电子—空穴对⇒界面层附近的电子和空带负电的P区运动。
3、晶体硅太阳能电池:开路电压的典型数值为0.5~0.6V。
课时授课计划
科目
太阳能电池材料
授课教师
授课日期
太阳能电池材料电子教案(太阳电池的制备和结构太阳电池的结构和光电转换效率)
b、原理
Ⅳ、归纳总结：3分钟
1、太阳电池结构及工艺步骤
2、绒面结构相关内容
Ⅴ、布置作业：1分钟
课后习题: 1、2、4、5、6
教学反思
教研组长签名：教务科长签名：
年月日
二、方法
（一）、P-N结制备
3价硼→硅材料→P型半导体材料（基质材料）→扩散P、As/Sb
（二）、绒面Βιβλιοθήκη 构1、定义硅片表面金字塔结构
2、作用
(1)减少太阳光反射
(2)增加光线的吸收和利用
3、方法
(1)单晶硅织构化原理
a、试剂：NaoH或KoH
b、原理：Si+NaoH+H2O=Na2SiO3+H2↑
(2)铸造多晶硅绒面结构
二、P-N结制备方法
合金法、扩散法、离子注入法、薄膜生长法。
三、太阳电池基本结构（分类）
1、基质材料——P型半导体材料
扩散杂质——能提供电子的杂质
受光面——N型材料
2、基质——N型
杂质——能提供空穴的杂质
受光面——P型材料
解释图4.2 4.3
§4.2晶体硅太阳电池基本工艺
一、工艺
P-N结制备、绒面制备、减反射层制备、铝背场制备、正和背面金属接触
授课日期
授课节次
授课班级
4. 1、太阳电池的结构和光电转换效率
4. 2、晶体硅太阳电池的基本工艺
4.2.1、绒面结构
教学目的
1、知道太阳电池的主要参数。
2、掌握制备P-N结最简单的方法：扩散法图4.2 4.3。
3、掌握绒面结构的制备。
教学重点
1、性能参数、扩散法。
2、绒面结构的制备。
光生伏特效应
光生伏特效应英文名称：Photovoltaic effect。
光生伏特效应是指半导体在受到光照射时产生电动势的现象。
光生伏特效应--(可制作光电池、光敏二极管、光敏三极管和半导体位置敏感器件传感器）；侧向光生伏特效应（殿巴效应）--(可制作半导体位置敏感器件（反转光敏二极管）传感器）；PN结光生伏特效应--(可制作光电池、光敏二极管和光敏三极管传感器）。
光电伏特效应概述1.P-N结太阳能电池发电的原理是基于半导体的光生伏特效应将太阳辐射直接转换为电能。
在晶体中电子的数目总是与核电荷数相一致，所以P型硅和N型硅对外部来说是电中性的。
如将P型硅或N型硅放在阳光下照射，仅是被加热，外部看不出变化。
尽管通过光的能量电子从化学键中被释放，由此产生电子－空穴对，但在很短的时间内（在μS范围内）电子又被捕获，即电子和空穴“复合”。
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P－N结。
至今为止，大多数太阳能电池太阳能电池厂家都是通过扩散工艺，在P型硅片上形成N型区，在两个区交界就形成了一个P －N结（即N+／P）。
太阳能电池的基本结构就是一个大面积平面P－N结。
2.光生伏特效应如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子－空穴对。
界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。
电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。
通过界面层的电荷分离，将在P区和N区之间产生一个向外的可测试的电压。
此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。
光伏发电实习教案
太阳能光伏发电系统工程实训实验教材实验一太阳能光伏发电系统设计一.实验原理当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流，这种现象称为光生伏打效应。
太阳能电池是一种利用光生伏打效应把光能转换为电能的器件，当太阳光照射到半导体p-\结时，就会在p-\结两边产生电压，使PY结短路，从而产生电流。
这个电流随着光强度的加大而增大，当接受的光强度达到一定数量时，就可以将太阳能电池看成恒流电源。
太阳能电池开路电压（Voc）一般在3V至0.6V范围，短路电流（Isc）通常低于8A。
太阳能电池板通常定义为封装和连接在一起的一个以上电池。
太阳能电池板有不同的电圧和电流范围，但功率产生能力一般为50 W至300 W o太阳能电池和电池板有许多相同的需要测试参数，如Voc, Isc, Pmaxluatnou Voltage图1：太阳能电池I-V曲线二.实验内容1、太阳能控制系统的设计利用SMA软件设计一个太阳能控制系统方案2、太阳能电池板参数测试（1）开路电压\「oc测量用太阳能功率计记录不同光照强度E时的电压值V0C（2）短路电流ISC测量。
用太阳能功率计记录不同光照强度E时的电流值ISC找岀电池输岀最大功率时的电压值和电流值。
I-V 曲线（图1）上的Pmax 点通常 被称为最大功率点（MPP ）Vmax ----- 在Pmax 点，电池的电压值。
Imax ------ 在Pmax 点，电池的电流值。
（4） 器件的转换效率II 测量。
当太阳能电池连接到某个电路时，这个值等于被 转换的能量（从吸收的太阳光到电能）与被采集的能量的白分比。
这个值可以通 过将Pmax 除以输入的光辐照度（E,单位是W/m2,在标准测试条件下进行测量）， 再乘以太阳能电池的表面积（AC,单位是平方米）计算得到。
Pmn 二 -------------Ex Ac（5） 填充因子（FF ） — Pmax 除以VOC 再乘上ISC 。
PN结太阳能电池光生伏特效应光谱特性及太阳能电池综合参数测试剖析
率屮糾技北茅研究生《电子技术综合实验》课程报告题目：PN结太阳能电池光生伏特效应光谱特性及太阳能电池综合参数测试学号 _______________姓名 _____________________专业 __________________指导教师___________________________院（系、所）__________________实验内容：测量电池光生伏特效应的光谱特性并分析影响光伏效应的种种因素。
测试 AM1.5 、稍小光强下的自制电池的 I-V 特性以及暗特性；完成实验并计算 6 个重要参数；并分析讨论实验现象。
二、实验仪器：分光光度计 7520 型、恒温样品台、 I-V 测试仪、函数记录仪三、太阳能电池材料及结构：1.太阳能电池材料种类太阳电池的材料种类繁多，可以有非晶硅、多晶硅、 CdTe、CuInxGa(1-x)Se2 等半导体的、或三五族、二六族的元素链结的材料等。
第一代太阳能电池发展最长久，技术也最成熟。
种类可分为单晶硅( Monocrystalline Silicon )、多晶硅( Polycrystalline Silicon )、非晶硅( Amorphous Silicon )。
以应用来说是以前两者单晶硅与多晶硅为大宗，也因应不同设计的需求需要用到不同材料 (例：对光波长的吸收、成本、面积等等)。
第二代薄膜太阳能电池以薄膜制程来制造电池，种类可分为碲化镉(Cadmium Telluride CdTe)、铜铟硒化物(Copper Indium Selenide CIS、铜铟傢硒化物(Copper Indium Gallium Selenide CIGS)、砷化傢。
第三代电池与前代电池最大的不同是制程中导入有机物和纳米科技。
种类有光化学太阳能电池、染料光敏化太阳能电池、高分子太阳能电池、纳米结晶太阳能电池。
第四代则针对电池吸收光的薄膜做出多层结构。
某种电池制造技术，并非仅能制造一种类型的电池，例如在多晶硅制程，既可制造出硅晶版类型，也可以制造薄膜类型。
太阳能电池及特性讲光生伏特效应
上一讲回顾原子能级及能带理论；本征半导体和掺杂半导体；费米能级；半导体的光学常数和光吸收；作业：为什么单晶硅（或多晶硅）太阳能电池是p-n结结构？还有没有其他结构？第3章太阳能电池及特性3.1 半导体物理基础3.2 太阳能电池3.3 太阳能电池输出特性§3.1半导体物理基础§3.1.6.p-n结在大多数情况下，物质吸收入射光后，光子的能量使电子跃迁到高能级，但是受激电子很快地回到基态只能提高半导体的电导率-光电导，无法形成电势差在太阳能电池的光伏效应中，内部的非对称结构p-n结（内建电场），使电子在返回基态前，被输运到外部电路受激电子得到的能量形成了电势差p-n结及其能带图：PN 结E CpE VpE CnE VnP 型N 型p-n 结的能带图及电荷分布图§3.1.6p-n 结GeSiGaAsJ0↓；↑，J0↓，主要取决于低掺杂↑，因此J0具有正温系数。
第3章太阳能电池及特性3.1 半导体物理基础3.2 太阳能电池3.3 太阳能电池输出特性太阳能电池§3.2太阳能电池利用半导体材料的电子特性，把阳光（光能）直接转换为电能。
入射到电池的太阳光通过同时产生电流和电压的形式来产生电能。
§3.2太阳能电池太阳能电池产生电能需要两个条件：¾首先，被吸收的光要能在材料中把电子激发到高能级¾第二，处于高能级的电子能从电池中移动到外部电路。
在外部电路的电子消耗了能量后回到电池中。
许多不同的材料（如单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等）和工艺都基本上能满足太阳能转化的需求但是，几乎所有的光伏电池转化过程都是PN结形式的半导体材料来完成的。
§3.2太阳能电池§3.2.1.太阳能电池分类单晶硅太阳电池晶体硅太阳电池多晶硅太阳电池(Crystal Silicon Solar Cell) 带状硅太阳电池按基体材料分类Based on Materials非晶硅太阳电微晶硅薄膜太阳电池多晶硅薄膜太阳电池纳米晶硅薄膜太阳电池硅薄膜太阳电池Silicon Thin Film硒光电池硫化镉太阳电池硒铟铜太阳电池碲化镉太阳电池砷化镓太阳电池磷化铟太阳电池染料敏化太阳电池(Dye Sensitized Solar cell)有机薄膜太阳电池(Organic Solar Cell)化合物太阳电池Compound Solar cell§3.2.1太阳能电池分类硅太阳能电池：单晶硅太阳电池：采用单晶硅片制造，性能稳定，转换效率高。
太阳能电池材料电子教案(一)
教学重点
1、太阳能定义、利用方式、利弊及太阳电池制作步骤。
教学难点
1、太阳能电池发电原理。
2、培养学生兴趣，激发学生好奇心。
教学准备
教案教参教材
教学方法
探究式教学法
教
学
过
程
Ⅰ、课堂组织：5分钟
组织课堂纪律、点名
Ⅱ、复习旧课，导入新课：5分钟
提问：1、饿的时候最想干什么？（化学能）
太阳能热利用中的一种而已
十、利弊
1、优点
普遍无害巨大长久
2、缺点
⑴分散性
1原因：能流密度低
2措施：增大收集及转换设备的面积（成本高）
⑵不稳定性
1原因：季节、昼夜、位置、气候等
2措施：蓄能装置（薄弱环节之一）
3、效率低和成本高
十一、我国太阳能资源
1、西藏西部(世界第二)
2、五类地区
Ⅳ、归纳总结：5分钟
七、太阳电池（光伏效应）材料
单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓、硒铟铜
八、晶体硅太阳电池制作过程
提纯→拉棒→切片→制电池→封装
九、太阳电池的分类
1、太阳能光伏(电池)光→电
光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体材料（如硅）制成的薄身固体光伏电池组成。
2、太阳热能（电池）光→热→电
授课日期
授课节次
授课班级
10G2
10G3
10G4
1.1概念1.2原理1.3太阳能电池发电原理1.4晶体硅太阳电池的制作过程
1.5利用太阳能的历史1.6利弊1.7我国太阳能资源
教学目的
1、掌握太阳能的定义、利用方式、影响因素及面临的主要问题。
太阳能电池材料电子教案(七)
授课节次
授课班级
10G2
10G3
10G4
2.1半导体简介2.2半导体定义2.3半导体特点
教学目的
1、掌握各种半导体定义。
2、了解名词：自由电子的形成、空穴、电子空穴对、载流子、电子导电、空穴导电、本征导电、复合。
3、理解动态平衡、载流子浓度与温度的关系
教学重点
掌握各种半导体定义。
教学难点
了解自由电子的形成、空穴、电子空穴对、载流子、电子导电、空穴导电、本征导电、复合。
教学准备
教案教参教材
教学方法
探究式教学法
教
学
过
程
Ⅰ、课堂组织：5分钟
组织课堂纪律、点名Ⅱ、复源自旧课，导入新课：5分钟提问：1、什么是太阳能及利用原理？
2、太阳电池发电原理？
3、晶体硅太阳电池发电原理？
4、金银铜铁等物质，具有良好的导电、导热性能，我们把它称作什么？
5、陶瓷、塑料等物质导电、导热性能差，我们把它叫做什么？
Ⅲ、讲授新课：75分钟
第二章半导体
一、定义
电阻率介于导体和绝缘体之间，并有负的电阻率温度系数的物质叫做半导体。
二、材料
1、元素半导体
2、化合物半导体
三、本征半导体
1、定义
不含杂质并且无晶格缺陷的半导体。
（画出能带图）
2、导带
空袋中存在电子后成为导带。
3、空穴
价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位，叫空穴。
少子浓度与温度有关，温度越高，少子越多
Ⅳ、归纳总结：5分钟
强调三种半导体的相同点和不同点
Ⅴ、布置作业：1分钟
课后习题:2、4
补充表格
教学反思
教研组长签名：教务科长签名：
《太阳能电池基础与应用》太阳能电池-第四章-1
载流子运动/能带的角度如何理解
4.2 太阳电池的性能表征
短路电流Isc
如 将 p-n 结 短 路 （ V=0 ） ， 这时所得的电流为短路电 流Isc ， 短 路 电 流 等 于 光 生 电流（与太阳能电池的面积大
小有关，面积越大，Isc 越大）
电池能提供的最大电流，与载流子的产生 与收集有关，包括：
J(V) Jsc Jdark Jsh
Vsh V AJRs
J0
J sc eqVoc/k BTa
1
J=Jph-Jdark-Jsh
J(V)
J sc
J0
e q[V AJ (V ) Rs ] / kBTa
1
V
AJ (V )Rs ARsh
考虑了寄生电阻后太阳电池的I-V关系
eqV/K B T eqVoc/K B T
1
1
不考虑寄生电阻的 太阳电池等效电路
伏安特性方程
4.2 太阳电池的性能表征
传输到负载上的功率为：
P(V )
VJ(V)
VJsc 1
eqV/K B Ta eqVoc/K B Ta
1 1
通过令P的导数为零，可得负载上最大功率时的电流电压值
Voc
4.2 太阳电池的性能表征
太阳电池最大功率输出
I
太阳电池的伏安（电流I---电压V） 特性曲线是指在一定光照和环境 Isc
温度为300K的条件下，电流和
Im
电压的函数关系。
太阳电池的用途是将太阳光能转 换为电能，往往用功率密度P=IV； 来衡量电能的大小
光生伏特效应及器件教学文稿
当光照射在物体上，使物体的电阻率ρ发
生变化，或产生光生电动势的现象叫做内
光电效应，它多发生于半导体内。根据工
作原理的不同，内光电效应分为光电导效
应和光生伏特效应两类：
1 光电导效应及器件 (1)光电导效应
在光线作用，电子吸收光子能量从
键合状态过渡到自由状态，而引起材料电
导率的变化，这种现象被称为光电导效应
。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。
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<#1 >
②光敏电阻演示
当光敏 电阻受到光 照时，光生 电子—空穴 对增加，阻 值减小，电 流增大。
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暗电流（越小越好）
5
2 光生伏特效应及器件
⑴光生伏特效应 在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象叫做
光生伏特效应。 基于该效应的光电器件有光电池和光敏二极管、三极管。
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e
c
PNP
b
e NPN c b
E RL
13
⑷光敏三极管
e
c
PNP
b
e
c
NPN
b
集电结一边做得很大，以扩大光的照射面
积，且基极一般不接引线。
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14
普通三极管
IC c
N RC
b IB Rb
P
EC
N
EB
e IE
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IC c
N RC
b
P
EC
N
光敏三极管
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⑷光敏三极管
光敏三极管有PNP型和NPN型两种，如图。其结构与一般 三极管很相似，具有电流增益,只是它的发射极一边做的 很大,以扩大光的照射面积,且其基极不接引线。当集电极 加上正电压,基极开路时,集电极处于反向偏置状态。当光 线照射在集电结的基区时,会产生电子-空穴对,在内电场的 作用下,光生电子被拉到集电极,基区留下空穴,使基极与发 射极间的电压升高,这样便有大量的电子流向集电极,形成 输出电流,且集电极电流为光电流的β倍。
高中物理光伏效应教案
高中物理光伏效应教案一、教学目标：1. 了解光伏效应的基本原理和应用2. 掌握光电导体对光的吸收和发射的规律3. 能够分析光伏电池的结构及工作原理二、教学重点：1. 光伏效应的基本原理2. 光伏电池的结构及工作原理三、教学难点：1. 光电导体的光吸收和发射规律2. 光电导体的光电流特性四、教学内容：1. 光伏效应的基本原理a. 介绍光伏效应的概念和发现历史b. 解释光伏效应发生的条件和原理c. 探讨光伏效应在能源领域的应用2. 光伏电池的结构及工作原理a. 简要介绍光伏电池的组成和分类b. 分析光伏电池的工作原理及能量转换过程c. 探讨光伏电池的优缺点和未来发展趋势五、教学方法：1. 理论讲解结合实例分析2. 实验演示和讨论3. 问题探讨和思考六、教学过程：1. 导入：通过展示实际光伏电池的应用和作用，引入光伏效应的主题。
2. 讲解：介绍光伏效应的历史和基本原理，并引导学生思考光伏效应发生的条件和应用。
3. 实验：设计光电导体的光吸收实验和光电流特性实验，让学生亲自操作并观察实验现象。
4. 讨论：引导学生讨论光伏电池的结构和工作原理，分析光伏电池的性能和应用。
5. 总结：总结本节课的重点内容，并提出相关问题引导学生思考和讨论。
七、作业布置：1. 阅读相关文献了解光伏效应的最新研究进展2. 分析光伏电池在实际应用中的优势和限制3. 设计光伏电池的实验方案并进行实验操作八、教学反馈：1. 对学生完成的作业进行评讲和点评2. 收集学生对本节课的反馈意见和建议，不足之处及时改进和完善九、教学资源：1. 课件、教科书2. 实验器材和材料3. 相关文献资料十、教学评估：1. 实验操作的完成情况及实验数据分析2. 课堂讨论和问题探讨的参与度和质量3. 课后作业的完成情况及反馈意见十一、教学反思：本教案主要围绕光伏效应的基本原理和应用展开，通过理论讲解、实验操作和讨论探索的方式帮助学生真正理解光伏效应的奥秘和意义。
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1、光电池基本特征
2、能带相关知识。
教学准备
教材、教案
教学方法
分析法、讨论法、归纳总结法。
教
学
过
程
Ⅰ、课堂组织：3min
组织课堂纪律、点名
Ⅱ、复习旧课，导入新课：5min
提问：1、什么是半导体？本征、P型、N型半导体？半导体优点？
2、本征半导体导电性能与什么有关？
3、P型、N型半导体中多子？少子？
授课日期
授课节次
授课班级
教学目的
1、掌握本征吸收的定义及条件。
2、掌握光生伏特效应的简单定义及完整概念。
3、复习P-N结形成过程，明白它与光伏特效应的关系。
4、明确光伏特效应与光电池关系级光电池基本特性。
5、掌握能带有关知识。
教学重点
1、本征吸收的定义。
2、光生伏特效应概念及与P-N结.光电池关系。
三、基本特性
1、光谱特性
光电池对不同波长的光的灵敏度不同波长的灵敏度不同和光生电动势是不同的，他们之间的关系是光照特性。
3、温度特性
描述光电池开路电压和短路电流随温度变化情况。
a、开路电压随温度升高而下降的速度较快。
b、短路电流随温度升高而缓慢增加。
Ⅳ、归纳总结：5 min
1、P-N结形成过程
2、光电池工作原理
3、光生伏特效应定义、原理。
Ⅴ、布置作业：2min
课后习题: 2、5、6
教学反思
教研组长签名：教务科长签名：
年月日
4、PN结特性
Ⅲ、讲授新课：75 min
第三章光伏特效应
一、P-N结
1、定义（形成过程）
半导体在受到照射时产生电动势的现象。
2、原理（画出图形）
光—P型、N型硅材料—电子—空穴对—P型半导体和N型半导体制在同一硅片上—P中空穴向N，N中e向P扩散—内建电场—漂移运动—动态平衡—电位差。
三、P-N结
四、光伏特效应的应用。
1、PN结光伏应用。
光电池、光敏二极管、光敏三极管传感器。
3、侧向光生伏特效应
。半导体位置敏感器件
3.4光生伏特效应与光电池
一、工作原理（光生伏特效应）
光—P/N表面大于Eg e—h对—扩散—与光照强度有关的电动势。
二、能带
1、能级
自由电子绕核运动轨道。
2、禁带
能带与能带之间为禁带.禁止电子停留的能量区域。