太阳能电池课件完整版

•太阳能电池板
三、太阳能电池的不同材料和技术
Source: Strategies Unlimited, 2005
全球光伏电池行业在2010年爆发。 原因有两点：一、多晶硅价格下跌 ，大大刺激市场需求；二、各国补 贴政策面临调整。 下表为全球16家光伏cell/moudle 厂家2009年上半年与2010年上半 年收入对比
2011Solar Decathlon on the National Mall‘s West Potomac Park 美国西波托马克河公园太阳能全能房屋赛（2011年9.23—10.2）
New Zealand “ First Light”
这是中国代表队以及他们的设计
一、太阳能电池概念
概念：太阳能光电池简称为太阳能电池或太 阳电池，又称为太阳能晶片。 太阳能电池是一 种由太阳能转变为电能的器件（光电半导体薄 片） • 分类：单晶硅电池；多晶硅电池；非晶硅电 池；碲化镉电池；铜铟硒电池等。
• （2）多元化合物薄膜太阳能电池 • 多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，其主要包括砷化镓（GaAs ） III-V族化合物、硫化镉（CdS ）、碲化镉(CdTe)及铜铟硒薄膜电池等。 • 硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成 本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成 严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。 • 砷化镓（GaAs）III-V化合物电池的转换效率可达28%，GaAs化合物材 料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率,抗辐照能力强,对热不敏感，适 合于制造高效单结电池。但GaAs材料的价格不菲,因而在很大程度上限制了用 GaAs电池的普及。 • 铜铟硒薄膜电池（简称CIS）适合光电转换，不存在光致衰退问题，转换效 率和多晶硅一样。具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发 展太阳能电池的一个重要方向。唯一的问题是材料的来源，由于铟和硒都是比 较稀有的元素，因此，这类电池的发展又必然受到限制
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。
• 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。
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。
• P型
N型
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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。
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。
源自文库
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• （3）聚合物多层修饰电极型太阳能电池 • 以有机聚合物代替无机材料是刚刚开始的一个太阳能电池制造 的研究方向。由于有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成 本底等优势，从而对大规模利用太阳能，提供廉价电能具有重要意 义。但以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用 寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。能否发 展成为具有实用意义的产品，还有待于进一步研究探索。 • （4）纳米晶太阳能电池 • 纳米TiO2晶体化学能太阳能电池是新近发展的，优点在于它廉 价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在10%以上 ，制作成本仅为硅太阳电池的1/5～1/10．寿命能达到20年以上。 此类电池的研究和开发刚刚起步，不久的将来会逐步走上市场。
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二、太阳能电池的原理
太阳能电池的原理是基于半导体的 光伏效应将太阳辐射直接转换电能。 光伏效应：某些半导体材料的p-n结， 在光照射下形成光生电动势的现象
太阳能电池发电的原理
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。
太阳能电池的分类
• （1）硅太阳能电池 • 硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅薄膜太阳能电池和非 晶硅薄膜太阳能电池三种。 • 单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最 高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%。在大规模应用和 工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅成本价格高，大幅度降低其 成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜单晶硅 太阳能电池的替代产品。 • 多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较,成本低廉，而效率高于非晶硅 薄膜电池，其实验室最高转换效率为18%,工业规模生产的转换效率为 10%。因此，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地 位。 • 非晶硅薄膜太阳能电池成本低重量轻，转换效率较高，便于大规模 生产，有极大的潜力。但受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定 性不高，直接影响了它的实际应用。如果能进一步解决稳定性问题及提 高转换率问题，那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池主要发展产 品之一。
• 另外硅表面非常光亮，会反射掉大量的太阳 光，不能被电池利用。为此，科学家们给它 涂上了一层反射系数非常小的保护膜，实际 工业生产基本都是用化学气相沉积沉积一层 氮化硅膜，厚度在1000埃（1埃=10-10米） 左右。将反射损失减小到5％甚至更小。一 个电池所能提供的电流和电压毕竟有限，于 是人们又将很多电池（通常是36个）并联或 串联起来使用，形成太阳能光电板。