太阳能电池原理及工艺课件
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太阳能电池工艺培训教材(共 53张PPT)
Isc :短路电流 Voc:开路电压 Impp最大电流 Vmpp最大电压 Pmpp：最大功率 Rs：串联电阻 Rsh：并联电阻 FF：填充因子 EFF：转换效率
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扩散的目的：形成PN结
14
太阳电池磷扩散方法
１．三氯氧磷（POCl3）液态源扩散 ２．喷涂磷酸水溶液后链式扩散
３．丝网印刷磷浆料后链式扩散 本公司目前采用的是第一种方法。
15磷扩散工艺过程来自清洗扩散饱和关源，退舟
装片
卸片
送片
方块电阻测量
16
扩散装置示意图
17
POCl3磷扩散原理
POCl3在高温下（>600℃）分解生成五氯化磷
35
等离子体
等离子体:由于物质分子热运动加剧, 相互间的碰撞就会使气体分子产生 电离,这样物质就会变成自由运动并 由相互作用的正离子,电子和中性粒 子组成的混合物
36
ＰＥＣＶＤ设备
37
ＰＥＣＶＤ的目的
1）镀减反射薄膜(SiN) 其具有卓越的抗氧化和绝缘性能,同时具有良好的阻挡 钠离子和掩蔽金属离子和水蒸气扩散的能力,它的化学稳 定性很好,除氢氟酸和热磷酸能缓慢腐蚀外,其它酸与它基 本不起作用 2）表面钝化作用 保护半导体器件表面不受污染物质的影响,半导体表面 钝化可降低半导体表面态密度 3)钝化太阳电池的体内 在SiN膜中存在大量的 H,在烧结过程中会钝化晶体内部 悬挂键
2）用到药品：HNO3， HF， KOH 3） SPC:硅片各边的绝缘电阻>1000欧姆
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扩散的目的：形成PN结
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太阳电池磷扩散方法
１．三氯氧磷（POCl3）液态源扩散 ２．喷涂磷酸水溶液后链式扩散
３．丝网印刷磷浆料后链式扩散 本公司目前采用的是第一种方法。
15磷扩散工艺过程来自清洗扩散饱和关源，退舟
装片
卸片
送片
方块电阻测量
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扩散装置示意图
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POCl3磷扩散原理
POCl3在高温下（>600℃）分解生成五氯化磷
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等离子体
等离子体:由于物质分子热运动加剧, 相互间的碰撞就会使气体分子产生 电离,这样物质就会变成自由运动并 由相互作用的正离子,电子和中性粒 子组成的混合物
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ＰＥＣＶＤ设备
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ＰＥＣＶＤ的目的
1）镀减反射薄膜(SiN) 其具有卓越的抗氧化和绝缘性能,同时具有良好的阻挡 钠离子和掩蔽金属离子和水蒸气扩散的能力,它的化学稳 定性很好,除氢氟酸和热磷酸能缓慢腐蚀外,其它酸与它基 本不起作用 2）表面钝化作用 保护半导体器件表面不受污染物质的影响,半导体表面 钝化可降低半导体表面态密度 3)钝化太阳电池的体内 在SiN膜中存在大量的 H,在烧结过程中会钝化晶体内部 悬挂键
2）用到药品：HNO3， HF， KOH 3） SPC:硅片各边的绝缘电阻>1000欧姆
太阳能电池优秀课件
2 、光电导效应
电子能量
在光线作用下，电子吸收光
子能量从束缚状态过渡到自由
hv
状态，而引起材料电导率的变
导带 Eg
价带
化，这种现象被称为光电导效
应。
当光照射到半导体光电导材料上时，若光辐
射能量足够强，材料价带上的电子将被激发到导
带,从而使材料中的自由载流子增加，致使材料
的电导变大。
光电导产生的条件
6、温度效应
太阳能电池用半导体的禁带 宽度的温度系数为负，随温度 上升带隙变窄，会使短路电流 略有上升，但同时会使I0增加， Voc下降。
综合所有参数，转换效率随 温度上升而下降。
7、辐照效应 作为卫星和飞船的电源，太阳电池必然暴露
在外层空间的高能粒子的辐照下。高能粒子 辐照时通过与晶格原子的碰撞，将能量传给 晶格，当传递的能量大于某一阈值时，便使 晶格原子发生位移，产生晶格缺陷。这些缺 陷将起复合中心的作用，从而降低少子寿命。 大量研究工作表明，寿命参数对辐照缺陷最 为灵敏，也正因为辐照影响了寿命值，从而 使太阳电池性能下降。
理想情况下的效率
舍弃太阳光中波长大于长波限的光 谱，在理想情况下，能量大于禁带宽 度的光子全部被材料吸收形成光电流， 显然，最大短路电流Isc仅与材料的带隙 有关。
理想情况下Voc为：
Voc
kT q
ln
I ph I0
1
式中Iph为光生电流，I0为二 极管饱和电流：
I0
A
qDn
n2 i
LN nA
图一
将表面制成金字塔型的组织结构，以减少光的反射 量。
将金属电极埋入基板中，以减少串联电阻。(图二)
图二
减少背电极与硅的接触面积，以减少因金属与硅的 接合处引入的缺陷， (图三)
精选太阳能电池原理及工艺课件
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台湾高雄的世运太阳能national Communication Center
太阳能国际交流中心
2011年2月
全球首架飞使用太阳能驱动的机于2010年7月成功实现24小时不间断飞行并载入人类飞行史册。2011年5月13日，它成功完成首次跨国飞行，从瑞士的帕耶那飞行近13个小时，途径法国和卢森堡，飞抵布鲁塞尔。
制造装备 辅助材料
平衡部件
上游 中游 下游
我国光伏产业现状
太阳电池生产流程
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一 、太阳电池原理
太阳电池原理及基本特性
p-n结的光生伏特效应 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
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（4）最大输出功率Pm
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第六阶段（2011-）
国外金融经济危机+光伏企业无限制增长导致光伏组件价格大跌，企业倒闭、裁员。整合阶段。黎明前的黑暗
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太阳电池的分类
按太阳电池发展阶段分为三代
Page
按用途分为 空间太阳电池、地面太阳电池、光伏传感器等。按电池结构分为 同质结太阳电池、异质结太阳电池、肖特基结太阳电池、复合结太阳电池、液结太阳电池等。按所用材料分为 硅基太阳电池、化合物太阳电池、功能高分子材料太阳电池、纳米晶太阳电池等。按工作方式分为 平板太阳电池、 聚光太阳电池
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太阳电池发展简史
第一阶段（1954-1973）
1954年恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，效率为6%。同年，威克尔首次发现了砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成了第一块太阳电池。太阳电池开始了缓慢的发展。
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台湾高雄的世运太阳能national Communication Center
太阳能国际交流中心
2011年2月
全球首架飞使用太阳能驱动的机于2010年7月成功实现24小时不间断飞行并载入人类飞行史册。2011年5月13日，它成功完成首次跨国飞行，从瑞士的帕耶那飞行近13个小时，途径法国和卢森堡，飞抵布鲁塞尔。
制造装备 辅助材料
平衡部件
上游 中游 下游
我国光伏产业现状
太阳电池生产流程
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一 、太阳电池原理
太阳电池原理及基本特性
p-n结的光生伏特效应 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
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（4）最大输出功率Pm
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第六阶段（2011-）
国外金融经济危机+光伏企业无限制增长导致光伏组件价格大跌，企业倒闭、裁员。整合阶段。黎明前的黑暗
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太阳电池的分类
按太阳电池发展阶段分为三代
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按用途分为 空间太阳电池、地面太阳电池、光伏传感器等。按电池结构分为 同质结太阳电池、异质结太阳电池、肖特基结太阳电池、复合结太阳电池、液结太阳电池等。按所用材料分为 硅基太阳电池、化合物太阳电池、功能高分子材料太阳电池、纳米晶太阳电池等。按工作方式分为 平板太阳电池、 聚光太阳电池
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太阳电池发展简史
第一阶段（1954-1973）
1954年恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，效率为6%。同年，威克尔首次发现了砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成了第一块太阳电池。太阳电池开始了缓慢的发展。
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《太阳能电池工艺》PPT课件
等离子体刻蚀原理
等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反响，使反响气体激 活成活性粒子，如原子或游离基，这些活性粒子扩散到需刻 蚀的部位，在那里与被刻蚀材料进展反响，形成挥发性生成 物而被去除。它的优势在于快速的刻蚀速率同时可获得良好 的物理形貌 。〔这是各向同性反响〕
这种腐蚀方法也叫做干法腐蚀。
首先，母体分子CF4在高能量的电子的碰撞作用下 分解成多种
中性C 基 团F e或 离C 子,。C F,C FF FC ,以 , 它 及们的离
4
3
2
其次，这些活性粒子由于扩散或者在电场作用下到 达SiO2表
面，并在外表上发生化学反响。
《太阳能电池工艺》PPT 课件
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晶体硅太阳电池的根本工作原理
太阳电池是以光生伏特效应为根底制备 的。所谓光生伏特效应就是某种材料吸收了 光能之后产生电动势的效应。尤其是在半导 体内，光能转换为电能的效率特别高。
太阳电池工作原理可概括为以下几个过程： 1.光的照射，如单色光，太阳光等。 2.光子注入到半导体内部后，激发电子-空穴
半导体光照后的变化
3.必须有一个静电场。绝大局部太阳电池利 用P-N结势垒区的静电场实现别离电子-空穴 对的目的。 4.被别离的电子和空穴，经由电极收集输出 到电池体外，形成电流。
25
2
由上面反响式可以看出，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，破坏硅片的外表状态。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〕其反响式如下：
太阳能电池-工作原理、技术和系统应用的完整-太阳能电池课件-新南威尔士大学ppt课件
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太阳能电池概论
第一章 太阳能电池和太阳光
杂质半导体
n型半导体 Si Si Si Si
Si
P
Si
Si
.
太阳能电池概论
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图中掺入的五 价P原子在晶体中替 代Si的位置，构成与 Si相同的四电子结构， 多出的一个电子在 杂质离子的电场范 围内运动。
第一章 太阳能电池和太阳光
杂质半导体
硅原子
Si
磷原子
水力
2001
2010
2020
2030
2040
太阳能电池概论
预计2040年太阳能电池占25%
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第一章 太阳能电池和太阳光
1.2 太阳能电池工作原理及发展概况
11
1.2.1太阳能电池工作原理
太阳能 半导体材料
电能太阳能电池来自基本工作原理：光伏效应（Photovoltaic effect）
.
太阳能电池概论
钱伯章 主编，《太阳能技术与应用/新能源技术丛书》，科学出版社，2010年； 赵雨等 主编，《太阳能电池技术及应用》，中国铁道出版社，2013年。
.
太阳能电池概论
第一章 太阳能电池和太阳光
5
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
6
主要内容
1.1 引言
1.2 太阳能电池工作原理及发展概况
纯净的单晶半导体 称为本征半导体。
15
本征半导体
.
太阳能电池概论
第一章 太阳能电池和太阳光
本征半导体中
价电子（热激发） 自由电子-空穴对
复合 平衡
.
太阳能电池概论
本征半导体 16
《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。
《太阳能电池生产工艺原理》PPT模板课件
太阳电池的设计
▪ 光生载流子的收集几率 ▪ 结深 ▪ 电极设计（使电阻损耗最小） ▪ 减反射膜的厚度和折射率
太阳电池的光谱响应ABSDEPTH
—被收集的载流子数与入射光子数之比
EQE & IQE (0-1)
QE vs. Wavelength
1.00
0.90
0.80
0.70 0.60
0.50
0.40
电池片生产流程
装片－制绒－化学清洗－扩散－刻蚀 －去磷硅玻璃－PECVD－丝网印刷－ 烧结－分类检测－包装
原始硅片 制绒
单晶电池片生产过程
包装
分类检测
丝网印刷正 面电极
丝网印刷 背电场
清洗甩干
扩散
刻蚀和去磷硅玻璃 PECVD
丝网印刷 背电极
原始硅片 制绒
多晶电池片生产过程
包装
分类检测
丝网印刷 正电极
● 种类 1) Si太阳电池 2) GaAs太阳电池 (砷化镓） 3) 染料敏化电池 4) Cu2S电池
● 硅太阳电池 1)单晶硅片 2)多晶硅片 3)非晶硅薄膜 4)多晶硅薄膜
二、太阳能辐射
1、太阳辐射能的来源—电磁辐射
大气层对太阳辐射的影响
大气质量—太阳光线通过大气层的路程对到达地球
表面的太阳辐射的影响 AM0—地球大气层外的太阳辐射 AM1—穿过1个大气层的太阳辐射（太阳入射角为0）
丝网印刷
▪ 原材料的特性
硅片的厂家、型号、批次 、厚度、尺寸、少子寿命、对角线
▪ 丝网印刷的辅助材料
刮条、浆料、胶带、封网浆、酒精、松油醇
▪ 丝网印刷表单的填写
工序流程卡、电池生产记录、首检记录、浆料领用/使用记录、 刮条更换记录、网板更换记录、网板使用寿命跟踪记录、台面 称重记录、碎片称重记录、设备维护申请单…
《太阳能电池》PPT课件
精选ppt
6
太阳能电池的原理
• 最基本的原理——光伏效应(Photovoltaic Effect缩写PV)
• 太阳能电池(光伏)材料主要包括：产生光 伏 效应的半导体材料、薄膜衬底材料、减反 射膜材料、电极与导线材料、组件封装材 料等。
精选ppt
7
• 电池的分类 单晶硅太阳能电池 多晶硅太阳能电池 薄膜光伏电池
目前对于某一种光电池材料，只是与其对应的光 谱段。所以，对单晶硅能量转化的效率的理论极限为 27.8%。太阳光中有大量的低能长波光子，降低了太阳 能电池的效率。
提高转换效率和降低成本是太阳能电池制备中考 虑的两个因素，对于目前的硅系太能电池，要想再进 一步提高转换效率是比较困难的。
精选ppt
22
新型太阳能电池 ——铁电太阳能电池
精选ppt
8
单晶硅太阳能电池
• 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，使电子发生了 越迁，成为自由电子在PN结两侧集聚形成了电位 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。
精选ppt
12
在军事上的应用
精选ppt
13
在航空领域的应用
精选ppt
14
卫星上的太阳能电池
精选ppt
15
在生活中的应用
精选ppt
16
精选ppt
17
汽车上的太阳能电池
精选ppt
18
电动玩具上的太阳能电池
精选ppt
19
在公共设施上的应用
精选ppt
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在工农业上的应用
太阳能电池原理与工艺简介
3、太阳光
主要由太阳通过核 反应发热产生
太阳的核心温度高 达2× 107K
光球层的温度为 6000K。在此温度 下与黑体辐射光谱 很接近。
在地球大气层之外，地球—-太阳平均距离处，垂直于太阳光方向 的单位面积上的辐射功率基本上为一常数，这个辐射强度称为太阳常 数，或称此辐射为大气光学质量为零（AM0）的辐射。
ห้องสมุดไป่ตู้太阳能电池原理与工艺简介
1、晶体硅电池光伏发电原理 2、光伏电池制造过程 3、太阳光简介
1、晶体硅电池光伏发电原理 代表硼掺杂
2、太阳能电池制作流程
三维绘图展示电池制作过程
串联
光伏组件焊接方式
并联
串、并联 混合
TPT EVA 电池组 EVA 钢化玻璃
1.TPT（底板）：对电池起保护和支撑作用。①具有良 好的耐气候性，能隔绝从背面进来的潮气和其他有害气 体。②在层压温度下不器任何变化。③与黏结材料结合 牢固。 2.EVA（黏结剂）：固定电池和保证上、下盖板密合的 关键材料。①在可见光内有高透光性，并抗紫外老化。 ②具有一定的弹性，可缓冲不同材料间的热胀冷缩。③ 具有良好的电绝缘性和化学稳定性，不产生有害电池的 气体和液体。④具有优良的气密性，能阻止外界湿气和 其他有害气体对电池的侵蚀。 3.钢化玻璃（上盖板）：覆盖在电池的正面，组件的最 外层。既要透光率高，又要坚固、耐风霜雨雪，起到长 期保护电池的作用。
阳光穿过地球大气层时衰减≥30%。 造成衰减的原因：
1.瑞利散射或大气中的分子引起的散射。 2.悬浮微粒和灰尘引起的散射。 3.大气及其组成气体，特别是氧气、臭氧、水蒸气和二氧化碳的吸收。
光谱辐照度(Wm-2m-1)
AM0辐射
AM1.5辐射
波长 (m)
太阳能电池-工作原理、技术和系统应用的完整-太阳能电池课件-新南威尔士大学ppt课件
纯净的单晶半导体 称为本征半导体。
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本征半导体
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太阳能电池概论
第一章 太阳能电池和太阳光
本征半导体中
价电子（热激发） 自由电子-空穴对
复合 平衡
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太阳能电池概论
本征半导体 16
第一章 太阳能电池和太阳光
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在外电场作用下，电子的定向移动形成电流
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太阳能电池概论
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太阳能电池概论
第一章 太阳能电池和太阳光
39
1941年Ohl展示了一种基于天然p-n结的光伏器件。 1946年Ohl研发出了硅制太阳能电池。
硅铸锭中，杂质在熔 融时分离形成天然的 p-n结。切割硅锭便可 制备太阳能电池。
.
太阳能电池概论
早期太阳能电池 结构示意图
第一章 太阳能电池和太阳光
40
1954年贝尔实验室的三位科学家发现，在硅中掺杂一些杂 质后，硅对光更加敏感。他们共同研制出了第一块现代太阳 能电池，转换效率达到6%。这是太阳能电池发展史上一个 重要里程碑，为人造卫星提供了可贵的能源。
水力
2001
2010
2020
2030
2040
太阳能电池概论
预计2040年太阳能电池占25%
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第一章 太阳能电池和太阳光
1.2 太阳能电池工作原理及发展概况
11
1.2.1太阳能电池工作原理
太阳能 半导体材料
电能
太阳能电池
基本工作原理：
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本征半导体
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太阳能电池概论
第一章 太阳能电池和太阳光
本征半导体中
价电子（热激发） 自由电子-空穴对
复合 平衡
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太阳能电池概论
本征半导体 16
第一章 太阳能电池和太阳光
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在外电场作用下，电子的定向移动形成电流
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太阳能电池概论
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太阳能电池概论
第一章 太阳能电池和太阳光
39
1941年Ohl展示了一种基于天然p-n结的光伏器件。 1946年Ohl研发出了硅制太阳能电池。
硅铸锭中，杂质在熔 融时分离形成天然的 p-n结。切割硅锭便可 制备太阳能电池。
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太阳能电池概论
早期太阳能电池 结构示意图
第一章 太阳能电池和太阳光
40
1954年贝尔实验室的三位科学家发现，在硅中掺杂一些杂 质后，硅对光更加敏感。他们共同研制出了第一块现代太阳 能电池，转换效率达到6%。这是太阳能电池发展史上一个 重要里程碑，为人造卫星提供了可贵的能源。
水力
2001
2010
2020
2030
2040
太阳能电池概论
预计2040年太阳能电池占25%
.
第一章 太阳能电池和太阳光
1.2 太阳能电池工作原理及发展概况
11
1.2.1太阳能电池工作原理
太阳能 半导体材料
电能
太阳能电池
基本工作原理：
《太阳能电池制造工艺工艺流程以及工序简介》PPT模板课件
(b). 多晶制绒---RENA InTex
3 S i 2 H N O 3 1 8 H F 3 H 2 S i F 6 0 . 4 5 N O 1 . 3 5 N O 2 0 . 1 N 2 O 4 . 2 5 H 2 2 . 7 5 H 2 O
目的与作用：
（1）去除单晶硅片表面的机械损 伤层和氧化层。 （2）有效增加硅片对入射太阳光的 吸收,从而提高光生电流密度，提高单 晶硅太阳能电池的光电转换效率。
去除磷硅玻璃的目的、作用：
1. 磷硅玻璃的厚度在扩散中工艺难控制，且其工艺窗口太小，不稳 定。
2. 磷硅玻璃的折射率在1.5左右，比氮化硅折射率（2.07左右）小， 若磷硅玻璃较厚会降低减反射效果。
3. 磷硅玻璃中含有高浓度的磷杂质，会增加少子表面复合，使电池 效率下降。
2. 扩散（POCl3液态扩散）
(c). 去磷硅玻璃---PSG
在扩散过程中发生如下反应：
4 P C l3 5 O 2 2 P 2 O 5 6 C l2
POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面， P2O5与Si反应生成SiO2和 磷原子：
2 P O 5 S i5 Si 4 O P
25
2
这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2，称之为磷硅玻璃。
2 P 2 O 5 5 S 9 i 0 C 以 0 5 上 S2 i 4 O P
4 P5 C 5 O 2 l 2 P 2 O 5 1C 0 2 l
3.沉积减反射膜（PECVD）工 序
❖ 沉积减反射膜的作用、目的：
1. 沉积减反射膜实际上就是对电池进行 钝化。钝化可以去掉硅电池表面的悬 空键和降低表面态，从而降低表面复 合损失，提高太阳电池的光电转换效 率。
太阳能电池的结构和基本原理ppt课件
玻璃衬底非 晶硅太阳能电池是 先在玻璃衬底上淀 积透明导电薄膜， 然后依次用等离子 体反应沉积p型、I 型和n型三层a-Si， 接着再蒸涂金属电 极铝，电池电流从 透明导电薄膜和电 极铝引出。
14
不锈钢衬底非晶硅太阳能电池 的典型结构如图所示。
不锈钢衬底型太阳 能电池是在不锈钢 衬底上沉积pin非晶 硅层，其上再沉积 透明导电薄膜，最 后与单晶硅电池一 样制备梳状的银收 集电极。电池电流 从下面的不锈钢和 上面的梳状电极引 出。
1、半导体材料对一定波长的入射光有足够大 的光吸收系数，即要求入射光子的能量h大 于或等于半导体材料的带隙Eg，使该入射光 子能被半导体吸收而激发出光生非平衡的电 子空穴对。
9
2、具有光伏结构，即有一个内建电场所对应的势垒区。势垒 区的重要作用是分离了两种不同电荷的光生非平衡载流子， 在p区内积累了非平衡空穴，而在n区内积累起非平衡电子。 产生了一个与平衡pn结内建电场相反的光生电场，于是在p区 和n区间建立了光生电动势（或称光生电压）。
Voc＝
kT q
ln(
IL Is
+1)
2、短路电流Isc 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
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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
不论是一般的化学电池还是太阳能电池，其输出特性 一般都是用如下图所示的电流－电压曲线来表示。由光电池 的伏安特性曲线，可以得到描述太阳能电池的四个输出参数。
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１、开路电压Voc
在p-n结开路情况下（R=），此时pn结两端的电 压即为开路电压Voc。
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第五阶段（2000-2010）
进入21新世纪，原油也进入了疯狂上涨的阶段，从2000年的不足30 美元/桶，暴涨到2008年7月时接近150美元/桶，这样世界各国再次认 识到不可再生能源的稀缺性，加强了人们发展新能源的欲望。此一阶 段，太阳能产业也得到了轰轰烈烈的发展，许多发达国家加强了政府 对新能源发展的支持补贴力度，太阳能发电装机容量得到了迅猛的增 长。受益于太阳能发电需要的猛烈增长，中国在2007年一跃成为世界 第一太阳电池生产大国。在光伏电池转换效率方面，多晶硅太阳电池 最高转换效率达到了20.3%。2009年，美国Spectrolab公司最新研制 的GaAs多结聚光太阳电池转换效率达到了41.6%，这是迄今为止所 有类型太阳电池最高的实验室效率。
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种类 单晶硅
几类太阳电池性能比较
转化效率（%） 优点
缺点
商业化 实验室17-19 4.7±0.5 技术成熟，转换效率高，性能稳定
成本高
产业化阶段 大规模
多晶硅
15-17 20.3±0.5
多晶硅薄 10-12 16.6±0.4 膜
非晶硅薄 5-7 膜
9.5±0.3
比单晶硅成本低 廉价衬底可以制备，成本低于晶体硅
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第三阶段（1980-1992）
进入20世纪80年代，世界石油价格大幅回落，而太阳能产 品价格居高不下，缺乏竞争力，太阳能技术没有重大突破， 提高效率和降低成本的目标的实现，以致动摇了一些人开 发利用太阳能的信心。这个时期，太阳能利用进入了低谷， 世界上很多国家相继大幅消减太阳能研究经费，其中美国 最为突出。
镉有毒，污染较 大规模 大
砷化镓
效率相对较低， 大规模 原料成本较高
效率相对较低 中小规模
光吸收率高，原料需求少，可廉价衬底， 成本低，适宜大规模生产
带宽大，长波不 敏感，效率难提 高，光致衰退
中小规模
铜铟硒类 12-15 19.5±0.5
直接带隙，带宽小，大范围光谱响应，性 In稀有金属 能稳定
实验室中试阶 段
碲化镉
9-11 16.5±0.5 光谱响应好，性能稳定
l发展太阳电池的意义
存在问题——能源危机 进入21世纪，人类在享用现代科技带来的丰富的物质文明
的同时，却不得不面对经济发展造成的对资源的巨大消耗，特 别是作为社会经济发展命脉的能源资源日益枯竭，使人类面临 着能源短缺的危险！
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存在问题——环境污染
气候变暖、南极空洞、生态失衡、环境恶化……过度排放的废 水、废气、废渣让我们的地球不堪重负。全球变暖是一个毋庸置 疑的事实，而且正在加速变暖。研究发现，全球平均温度已升高 0.3～0.6摄氏度，其中11个最暖的年份发生在80年代中期以后。 全球变暖已经带来冰川消退、海平面上升、荒漠化等等非常严重 的后果，还给生态和农业带来严重影响。
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第六阶段（2011-）
国外金融经济危机+光伏企业无限制增长导致光伏组件价 格大跌，企业倒闭、裁员。整合阶段。
黎明前的黑暗
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太阳电池的分类
按太阳电池发展阶段分为三代 第一代：晶体硅太阳电池（单晶硅、多晶硅）
第二代：薄膜太阳电池（非晶硅、多晶硅、微晶硅、碲化镉等）
第三代：新概念太阳电池
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太阳电池发展简史
第一阶段（1954-1973）
l 1954年恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用 的单晶硅太阳电池，效率为6%。同年，威克尔首次发现 了砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成 了第一块太阳电池。太阳电池开始了缓慢的发展。
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第二阶段（1973-1980）
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第四阶段（1992-2000）
由于大量燃烧矿物能源，造成了全球性的环境污染和生态破坏，对人 类的生存和发展构成威胁。在这样的背景下，1992年联合国在巴西召 开“世界环境和发展大会”，会议通过了《里约热内卢环境与发展宣 言》、《21世纪议程》和《联合国气候变化框架条约》等一系列重要 文件，把环境与发展纳入统一的框架，确立了可持续发展的模式。这 次会议之后，世界各国加强了清洁能源技术的开发，将利用太阳能和 环境保护结合在一起，国际太阳能领域的合作更加活跃，规模扩大， 使世界太阳能技术进入了一个新的发展时期。这个阶段的标志性事件 有：1993年，日本重新制定“阳光计划”；1997年，美国提出“克 林顿总统百万太阳能屋顶计划”。在1998年，澳大利亚新南威尔士大 学创造了单晶硅太阳电池效率25%的世界效率。
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漫画：明天我们去哪里？
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太阳能被认为是21世纪最重要的新能源
太阳能将成为未来主要的能源方式 “低碳经济”是以低能耗低 污染为基础的经济。在全球气候变化的背景下，“低碳经济”日益受 到世界各国的关注。随着中国经济的快速增长，能源、资源、环境已 成为未来发展严重的制约因素。发展低碳经济，推动节能减排，成了 当务之急。 太阳能光伏发电以其清洁、源源不断、安全等显著优势， 已成为保障我国能源供应战略安全，大幅减少排放和保证可持续发展 的重大战略举措。可再生能源、绿色能源是人类最为理想的选择，太 阳能将成为未来的主要能源方式。据EPIA（欧洲光伏工业协会）预测 至2050年光伏发电将会满足世界上21％的电力需求。
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按用途分为 空间太阳电池、地面太阳电池、光伏传感器等。
按电池结构分为 同质结太阳电池、异质结太阳电池、肖特基结太阳电
池、复合结太阳电池、液结太阳电池等。 按所用材料分为
硅基太阳电池、化合物太阳电池、功能高分子材料太 阳电池、纳米晶太阳电池等。 按工作方式分为
平板太阳电池、 聚光太阳电池
1973年爆发了中东战争，引起了第一次石油危机，从而使许多国家， 特别是工业发达国家，加强了太阳能及其它可再生能源技术发展的支 持，在世界上再次兴起了开发利用太阳能热潮。1973年，美国制定了 政府级阳光发电计划，太阳能研究经费大幅度增长，而且成立了太阳 能开发银行，促进太阳能产品的商业化。于1978年美国建成了 100kW太阳地面光伏电站。日本1974年公布了政府制定的“阳光计 划”。
第五阶段（2000-2010）
进入21新世纪，原油也进入了疯狂上涨的阶段，从2000年的不足30 美元/桶，暴涨到2008年7月时接近150美元/桶，这样世界各国再次认 识到不可再生能源的稀缺性，加强了人们发展新能源的欲望。此一阶 段，太阳能产业也得到了轰轰烈烈的发展，许多发达国家加强了政府 对新能源发展的支持补贴力度，太阳能发电装机容量得到了迅猛的增 长。受益于太阳能发电需要的猛烈增长，中国在2007年一跃成为世界 第一太阳电池生产大国。在光伏电池转换效率方面，多晶硅太阳电池 最高转换效率达到了20.3%。2009年，美国Spectrolab公司最新研制 的GaAs多结聚光太阳电池转换效率达到了41.6%，这是迄今为止所 有类型太阳电池最高的实验室效率。
Page 13
种类 单晶硅
几类太阳电池性能比较
转化效率（%） 优点
缺点
商业化 实验室17-19 4.7±0.5 技术成熟，转换效率高，性能稳定
成本高
产业化阶段 大规模
多晶硅
15-17 20.3±0.5
多晶硅薄 10-12 16.6±0.4 膜
非晶硅薄 5-7 膜
9.5±0.3
比单晶硅成本低 廉价衬底可以制备，成本低于晶体硅
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第三阶段（1980-1992）
进入20世纪80年代，世界石油价格大幅回落，而太阳能产 品价格居高不下，缺乏竞争力，太阳能技术没有重大突破， 提高效率和降低成本的目标的实现，以致动摇了一些人开 发利用太阳能的信心。这个时期，太阳能利用进入了低谷， 世界上很多国家相继大幅消减太阳能研究经费，其中美国 最为突出。
镉有毒，污染较 大规模 大
砷化镓
效率相对较低， 大规模 原料成本较高
效率相对较低 中小规模
光吸收率高，原料需求少，可廉价衬底， 成本低，适宜大规模生产
带宽大，长波不 敏感，效率难提 高，光致衰退
中小规模
铜铟硒类 12-15 19.5±0.5
直接带隙，带宽小，大范围光谱响应，性 In稀有金属 能稳定
实验室中试阶 段
碲化镉
9-11 16.5±0.5 光谱响应好，性能稳定
l发展太阳电池的意义
存在问题——能源危机 进入21世纪，人类在享用现代科技带来的丰富的物质文明
的同时，却不得不面对经济发展造成的对资源的巨大消耗，特 别是作为社会经济发展命脉的能源资源日益枯竭，使人类面临 着能源短缺的危险！
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存在问题——环境污染
气候变暖、南极空洞、生态失衡、环境恶化……过度排放的废 水、废气、废渣让我们的地球不堪重负。全球变暖是一个毋庸置 疑的事实，而且正在加速变暖。研究发现，全球平均温度已升高 0.3～0.6摄氏度，其中11个最暖的年份发生在80年代中期以后。 全球变暖已经带来冰川消退、海平面上升、荒漠化等等非常严重 的后果，还给生态和农业带来严重影响。
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第六阶段（2011-）
国外金融经济危机+光伏企业无限制增长导致光伏组件价 格大跌，企业倒闭、裁员。整合阶段。
黎明前的黑暗
Page 11
太阳电池的分类
按太阳电池发展阶段分为三代 第一代：晶体硅太阳电池（单晶硅、多晶硅）
第二代：薄膜太阳电池（非晶硅、多晶硅、微晶硅、碲化镉等）
第三代：新概念太阳电池
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太阳电池发展简史
第一阶段（1954-1973）
l 1954年恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用 的单晶硅太阳电池，效率为6%。同年，威克尔首次发现 了砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成 了第一块太阳电池。太阳电池开始了缓慢的发展。
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第二阶段（1973-1980）
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第四阶段（1992-2000）
由于大量燃烧矿物能源，造成了全球性的环境污染和生态破坏，对人 类的生存和发展构成威胁。在这样的背景下，1992年联合国在巴西召 开“世界环境和发展大会”，会议通过了《里约热内卢环境与发展宣 言》、《21世纪议程》和《联合国气候变化框架条约》等一系列重要 文件，把环境与发展纳入统一的框架，确立了可持续发展的模式。这 次会议之后，世界各国加强了清洁能源技术的开发，将利用太阳能和 环境保护结合在一起，国际太阳能领域的合作更加活跃，规模扩大， 使世界太阳能技术进入了一个新的发展时期。这个阶段的标志性事件 有：1993年，日本重新制定“阳光计划”；1997年，美国提出“克 林顿总统百万太阳能屋顶计划”。在1998年，澳大利亚新南威尔士大 学创造了单晶硅太阳电池效率25%的世界效率。
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漫画：明天我们去哪里？
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太阳能被认为是21世纪最重要的新能源
太阳能将成为未来主要的能源方式 “低碳经济”是以低能耗低 污染为基础的经济。在全球气候变化的背景下，“低碳经济”日益受 到世界各国的关注。随着中国经济的快速增长，能源、资源、环境已 成为未来发展严重的制约因素。发展低碳经济，推动节能减排，成了 当务之急。 太阳能光伏发电以其清洁、源源不断、安全等显著优势， 已成为保障我国能源供应战略安全，大幅减少排放和保证可持续发展 的重大战略举措。可再生能源、绿色能源是人类最为理想的选择，太 阳能将成为未来的主要能源方式。据EPIA（欧洲光伏工业协会）预测 至2050年光伏发电将会满足世界上21％的电力需求。
Page 12
按用途分为 空间太阳电池、地面太阳电池、光伏传感器等。
按电池结构分为 同质结太阳电池、异质结太阳电池、肖特基结太阳电
池、复合结太阳电池、液结太阳电池等。 按所用材料分为
硅基太阳电池、化合物太阳电池、功能高分子材料太 阳电池、纳米晶太阳电池等。 按工作方式分为
平板太阳电池、 聚光太阳电池
1973年爆发了中东战争，引起了第一次石油危机，从而使许多国家， 特别是工业发达国家，加强了太阳能及其它可再生能源技术发展的支 持，在世界上再次兴起了开发利用太阳能热潮。1973年，美国制定了 政府级阳光发电计划，太阳能研究经费大幅度增长，而且成立了太阳 能开发银行，促进太阳能产品的商业化。于1978年美国建成了 100kW太阳地面光伏电站。日本1974年公布了政府制定的“阳光计 划”。