太阳能电池原理(课堂PPT)
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光伏太阳能电池基本知识PPT课件

材料特点:均为半导体。
7
太阳能电池的种类(按材料的种类区分)
8
各种太阳能电池的效率(实验室电池)
9
太阳能电池的发展趋势
太阳能电池发展瓶颈:效率、稳定性、成本。 以硅片为载体的光伏电池制造技术,其理论极限效率为29%,按目前的技术路线, 提升效率的难度已经非常大。 薄膜太阳能电池由于具有大面积沉积、低材料消耗及可在低成本基板上制作,有较大 的成本下降潜力的优点,其发展前景非常看好,成为阶段发展研究的重点。 第三代太阳能电池不断出现:染料敏化纳米晶太阳能电池成本仅为常规电池的1/8至 1/10。
19
太阳辐射——太阳辐照数据
重要的太阳辐射数据来源是从卫星图像上测得的太阳辐射。这些图像提供了特定 地区的云层覆盖水平的信息。云层覆盖水平的相关信息可以用来估算当地的日照度。
20
第三节 半导体基本知识
21
半导体基本知识
半导体,指常温下导电性能介于导体与绝 缘体之间的材料。
半导体材料可以来自元素周期表中的Ⅴ族 元素,或者是Ⅲ族元素与Ⅴ族元素相结合(叫 做Ⅲ -Ⅴ型半导体 ),还可以是Ⅱ族元素与Ⅵ 族元素相结合(叫做Ⅱ -Ⅵ型半导体 )。硅是 使用最为广泛的半导体材料。
3
为什么要研究太阳能电池
1、化石燃料终将枯竭,太阳能是地 2、环境污染日益严重。 球上大多数能源的终极来源。
4
可再生能源简介
目前人类可利用的新能源包括太阳能、风能、地热能、水能、海洋能等。
太阳能发电
太阳能是最为 理想的可再生 能源和无污染能源。水力Leabharlann 电风力发电地热能发电
潮汐发电
5
太阳能电池的原理
A M co s 0 .50( 5 9 1.0 7 67 2 9) 9 1 .3 .563 64
7
太阳能电池的种类(按材料的种类区分)
8
各种太阳能电池的效率(实验室电池)
9
太阳能电池的发展趋势
太阳能电池发展瓶颈:效率、稳定性、成本。 以硅片为载体的光伏电池制造技术,其理论极限效率为29%,按目前的技术路线, 提升效率的难度已经非常大。 薄膜太阳能电池由于具有大面积沉积、低材料消耗及可在低成本基板上制作,有较大 的成本下降潜力的优点,其发展前景非常看好,成为阶段发展研究的重点。 第三代太阳能电池不断出现:染料敏化纳米晶太阳能电池成本仅为常规电池的1/8至 1/10。
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太阳辐射——太阳辐照数据
重要的太阳辐射数据来源是从卫星图像上测得的太阳辐射。这些图像提供了特定 地区的云层覆盖水平的信息。云层覆盖水平的相关信息可以用来估算当地的日照度。
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第三节 半导体基本知识
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半导体基本知识
半导体,指常温下导电性能介于导体与绝 缘体之间的材料。
半导体材料可以来自元素周期表中的Ⅴ族 元素,或者是Ⅲ族元素与Ⅴ族元素相结合(叫 做Ⅲ -Ⅴ型半导体 ),还可以是Ⅱ族元素与Ⅵ 族元素相结合(叫做Ⅱ -Ⅵ型半导体 )。硅是 使用最为广泛的半导体材料。
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为什么要研究太阳能电池
1、化石燃料终将枯竭,太阳能是地 2、环境污染日益严重。 球上大多数能源的终极来源。
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可再生能源简介
目前人类可利用的新能源包括太阳能、风能、地热能、水能、海洋能等。
太阳能发电
太阳能是最为 理想的可再生 能源和无污染能源。水力Leabharlann 电风力发电地热能发电
潮汐发电
5
太阳能电池的原理
A M co s 0 .50( 5 9 1.0 7 67 2 9) 9 1 .3 .563 64
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)
太阳能电池课件完整版

太阳能汽车
太阳能路灯
PV APPLICATION
五、太阳能电池遇到的挑战
• 接受太阳辐射的面积; • 气候的影响; • 硅片的价格及硅片的加工技术。
谢谢!Biblioteka 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。
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。
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。
太阳能电池原理PPT课件

的电压和电流,At为太阳电池的总 面积, Pin为单位面积太阳入射光 的功率。
.
55
世界主要太阳电池新记录
.
56
中国太阳电池实验室最高效率
.
57
• 10. 填充因子(曲线因子)
太阳电池的最大功率与开路电压和
短路电流乘积之比,通常用FF(或 CF)表示:
FF = ImVm/ IscVoc • IscVoc是太阳电池的极限输出功率 • ImVm是太阳电池的最大输出功率
.
29
• 在n区,光生电子-空穴产生后, 光生空穴便向 p-n 结边界扩散,一 旦到达 p-n 结边界,便立即受到内 建电场的作用,在电场力作用下作 漂移运动,越过空间电荷区进入p 区,而光生电子(多数载流子)则 被留在n区。
.
30
• p区中的光生电子也会向 p-n 结 边界扩散,并在到达 p-n 结边界 后,同样由于受到内建电场的作用
• 填充因子是表征太阳电池性能优 劣的一个重要参数。
.
58
• 11. 电流温度系数
在规定的试验条件下,被测太阳 电池温度每变化10C ,太阳电池 短路电流的变化值,通常用α表示 。
• 对于一般晶体硅电池
α= + 0.1%/0C
.
59
• 12. 电压温度系数
在规定的试验条件下,被测太阳电 池温度每变化10C ,太阳电池开路电
.
4
非晶硅太阳电池
.
5
• 2. 按照结构分类: • 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
.
6
• 3. 按照用途分类:
• 空间太阳电池:在人造卫星、宇宙飞船等 航天器上应用的太阳电池。由于使用环境 特殊,要求太阳电池具有效率高、重量轻 、耐辐照等性能。
.
55
世界主要太阳电池新记录
.
56
中国太阳电池实验室最高效率
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57
• 10. 填充因子(曲线因子)
太阳电池的最大功率与开路电压和
短路电流乘积之比,通常用FF(或 CF)表示:
FF = ImVm/ IscVoc • IscVoc是太阳电池的极限输出功率 • ImVm是太阳电池的最大输出功率
.
29
• 在n区,光生电子-空穴产生后, 光生空穴便向 p-n 结边界扩散,一 旦到达 p-n 结边界,便立即受到内 建电场的作用,在电场力作用下作 漂移运动,越过空间电荷区进入p 区,而光生电子(多数载流子)则 被留在n区。
.
30
• p区中的光生电子也会向 p-n 结 边界扩散,并在到达 p-n 结边界 后,同样由于受到内建电场的作用
• 填充因子是表征太阳电池性能优 劣的一个重要参数。
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58
• 11. 电流温度系数
在规定的试验条件下,被测太阳 电池温度每变化10C ,太阳电池 短路电流的变化值,通常用α表示 。
• 对于一般晶体硅电池
α= + 0.1%/0C
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• 12. 电压温度系数
在规定的试验条件下,被测太阳电 池温度每变化10C ,太阳电池开路电
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4
非晶硅太阳电池
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5
• 2. 按照结构分类: • 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
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• 3. 按照用途分类:
• 空间太阳电池:在人造卫星、宇宙飞船等 航天器上应用的太阳电池。由于使用环境 特殊,要求太阳电池具有效率高、重量轻 、耐辐照等性能。
太阳能电池介绍课件

太阳能电池介绍课件PPT
欢迎参加太阳能电池介绍课件PPT,让我们一起探索太阳能电池的奇妙世界! 从历史与发展到工作原理和应用,了解太阳能电池的种种魅力。
什么是太阳能电池?
太阳能电池是一种将太阳光转化为电能的装置。通过光伏效应,太阳能电池将太阳辐射能转变为可供使用的电 能,实现清洁、可再生能源。
太阳能电池的历史与发展
太阳能电池的组成
太阳能电池由多个组件组成,包括光伏电池片、逆变器、电池支架等。这些组件相互配合,实现太阳能的收集、 转换和利用。
太阳能电池的效率
太阳能电池的效率是指太阳能转化为电能的比例。随着技术的进步,太阳能 电池的效率不断提高,使得太阳能的利用更加高效。
太阳能电池的应用
太阳能电池广泛应用于各个领域,包括家庭、工业、农业等。它们被用于发 电、供电和照明,为可持续发展作出了重要贡献。
太阳能电池经历了漫长的发展历程,最早的太阳能电池出现在19世纪。随着技术的进步和环保意识的增强, 太阳能电池的应用逐渐普及,成为清洁能源的重要组成部分。
太阳能电池的种类
太阳能电池有多种不同类型,包括单晶硅、多晶硅、薄膜等。每种类型都有其独特的特点和适用场景,满足不 同需求。
太阳能电池的工作原理
太阳能电池的工作原理基于光伏效应,当光线照射到太阳能电池上电流。
欢迎参加太阳能电池介绍课件PPT,让我们一起探索太阳能电池的奇妙世界! 从历史与发展到工作原理和应用,了解太阳能电池的种种魅力。
什么是太阳能电池?
太阳能电池是一种将太阳光转化为电能的装置。通过光伏效应,太阳能电池将太阳辐射能转变为可供使用的电 能,实现清洁、可再生能源。
太阳能电池的历史与发展
太阳能电池的组成
太阳能电池由多个组件组成,包括光伏电池片、逆变器、电池支架等。这些组件相互配合,实现太阳能的收集、 转换和利用。
太阳能电池的效率
太阳能电池的效率是指太阳能转化为电能的比例。随着技术的进步,太阳能 电池的效率不断提高,使得太阳能的利用更加高效。
太阳能电池的应用
太阳能电池广泛应用于各个领域,包括家庭、工业、农业等。它们被用于发 电、供电和照明,为可持续发展作出了重要贡献。
太阳能电池经历了漫长的发展历程,最早的太阳能电池出现在19世纪。随着技术的进步和环保意识的增强, 太阳能电池的应用逐渐普及,成为清洁能源的重要组成部分。
太阳能电池的种类
太阳能电池有多种不同类型,包括单晶硅、多晶硅、薄膜等。每种类型都有其独特的特点和适用场景,满足不 同需求。
太阳能电池的工作原理
太阳能电池的工作原理基于光伏效应,当光线照射到太阳能电池上电流。
太阳电池的原理及结构文档ppt

3.1.3 硅太阳电池制备及结构
晶体硅太阳能电池是典型的p-n结型太阳电池, 它的研究最早、应用最广,是最基本且最重要的太 阳电池。
在实际工艺中,一般利用200~500μm厚的掺硼 的p型硅材料作为基质材料,通过扩散形成0.25 μm 厚的n型掺杂剂,形成p-n结,通常选用磷作为n型 掺杂剂。
p-n结的制备技术:
Al(PO3)3 = AlPO4 + P2O5
2 P2O5+5Si = 5SiO2 + 4P
固态磷扩散法还可以利用丝网印刷、喷涂、旋涂、 化学气相沉积等技术,在硅片表面沉积一层磷的 化合物,通常是P2O5。
液态磷源扩散可以得到较高的表面浓度,在硅太阳电 池工艺中更为常见。通常利用的液态磷源为三氯氧磷, 通过保护气体,将磷源携带进入反应系统,在800~ 1000℃硅片磷扩散的磷源,其反应式为:
它表示了最大输出功率点 所对应的矩形面积在Voc和Isc 所组成的矩形面积中所占的 百分比。特性好的太阳能电 池就是能获得较大功率输出 的太阳能电池,也就是Voc, Isc和FF乘积较大的电池。对 于有合适效率的电池,该值 应在0.70-0.85范围之内。
4.太阳能电池的光电转化效率η
表示入射的太阳光能量有多少能转换为有效的电能。即:
5POCl3 = 3PCl5 + P2O5
2P2O5 + 5Si = 5SiO2 + 4P
对于晶体硅太阳电池,为使p-n结处有尽量多的光线 到达,p-n结的结深要尽量浅,一般为250nm,甚 至更浅。磷扩散时,表面会形成磷硅玻璃,影响太 阳电池正常工作,需要去除。用稀释的HF中侵蚀。
3.1 太阳能电池的原理及结构
3.1.1 太阳电池原理——光生伏特效应
《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》PPT课件

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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。
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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。
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22
新型太阳能电池 ——铁电太阳能电池
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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。
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12
在军事上的应用
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13
在航空领域的应用
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14
卫星上的太阳能电池
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15
在生活中的应用
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16
精选ppt
17
汽车上的太阳能电池
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18
电动玩具上的太阳能电池
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19
在公共设施上的应用
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20
在工农业上的应用
太阳电池工作原理PPT课件

正面电极的印刷遮掉10%左右的入射光。
电池片比较薄,部分光线会直接穿透电 池片。不过现采用全背面印刷铝浆对这 损失有很大削弱。
半导体体内和表面的复合。
CHENLI
17
串联电阻
CHENLI
●● ● 硅金 金 材属 属 料电 与 体极 硅 电电 的 阻阻 接
触 电 阻
18
串联电阻
串联电阻表达式:
R s r m f r c 1 r t r b r c 2 r m b
13
太阳电池电性能参数
1. 开路电压 Voc 2. 短路电流 Isc 3. 串联电阻 Rs 4. 并联电阻 Rsh 5. 填充因子 FF
CHENLI
14
开路电压
对理想的P-N结电池
VOC
kT q
ln(IL I0
1)
最小饱和电流密度与禁带宽度的关系
I0
1.5105exp(Eg) kT
CHENLI
15
l为栅线长度;w为栅线宽度。对于铝背场形式
的背面电极,rsq通常为0.010~0.020Ω/□ 。 r m f 、r m b 即可算出结果。
CHENLI
20
串联电阻
金属半导体接触电阻:
4
rc
exp
sm*
h
B
ND
上 并 在N随 0ε.D6着sV是≥左N硅1D0右的的19的/增c介m金加电3时属迅常,材速数R料地,C将,下N主D当降是要硅。掺表的对杂现掺于浓为杂势度隧浓垒。道度高大效在度致应,
开路电压
对于硅,禁带宽度约为1.1ev,所得到最大Voc 约为700mV,相应的最高FF为0.84。
禁带宽度约为1.4~1.6ev,转化率会出现个峰 值,砷化镓具有接近最佳值的禁带宽度。
电池片比较薄,部分光线会直接穿透电 池片。不过现采用全背面印刷铝浆对这 损失有很大削弱。
半导体体内和表面的复合。
CHENLI
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串联电阻
CHENLI
●● ● 硅金 金 材属 属 料电 与 体极 硅 电电 的 阻阻 接
触 电 阻
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串联电阻
串联电阻表达式:
R s r m f r c 1 r t r b r c 2 r m b
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太阳电池电性能参数
1. 开路电压 Voc 2. 短路电流 Isc 3. 串联电阻 Rs 4. 并联电阻 Rsh 5. 填充因子 FF
CHENLI
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开路电压
对理想的P-N结电池
VOC
kT q
ln(IL I0
1)
最小饱和电流密度与禁带宽度的关系
I0
1.5105exp(Eg) kT
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l为栅线长度;w为栅线宽度。对于铝背场形式
的背面电极,rsq通常为0.010~0.020Ω/□ 。 r m f 、r m b 即可算出结果。
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串联电阻
金属半导体接触电阻:
4
rc
exp
sm*
h
B
ND
上 并 在N随 0ε.D6着sV是≥左N硅1D0右的的19的/增c介m金加电3时属迅常,材速数R料地,C将,下N主D当降是要硅。掺表的对杂现掺于浓为杂势度隧浓垒。道度高大效在度致应,
开路电压
对于硅,禁带宽度约为1.1ev,所得到最大Voc 约为700mV,相应的最高FF为0.84。
禁带宽度约为1.4~1.6ev,转化率会出现个峰 值,砷化镓具有接近最佳值的禁带宽度。
太阳能电池原理 ppt课件

ppt课件
7
2.1 半导体物理基础 2个原子
6个原子
N个原子
当N个原子互相靠近形成晶体后,每一个N度简并的能级都分裂 成N个彼此相距很近的能级,这N个能级组成一个能带,这时电 子不再属于某一个原子而是在晶体中作共有化运动。分裂的每一 个能带都称为允带,允带之间因没有能级称为禁带。
ppt课件
8
2.1 半导体物理基础
原子能级分裂为能带
禁带 禁带
原子能级
ppt课件
能带
允带 允带
允带
9
2.1 半导体物理基础
能带结构是晶体的普遍属性
价电子的基本特征: 1. 价电子的局域性 2. 价电子的非局域性
Bloch定理:
k(r)uk(r)eikr
uk(r): 与晶格平移周期 一致的周期函数
➢ 晶体中价电子可用被周期调制的 自由电子波函数描述
➢ 周期函数反映了电子的局域特性
➢ 自由电子波函数反映了电子的非 局域特性
➢ 由于电子波函数的空间位相有自 由电子波函数一项决定,Bragg 衍射同样发生
➢ 能带必然存在,能带结构是晶体 的必然属性
ppt课件
10
2.1 半导体物理基础
2、金属、绝缘体和半导体
所有固体中均含有大量的电子,但其导电性却相差很大。固 体能够导电,是固体中电子在外电场作用下作定向运动的结 果。也就是说,电子与外电场间发生了能量交换。
• 直接禁带半导体:GaAs, GaN,ZnO
ppt课件
14
2.1 半导体物理基础
间接带隙
• 价带的极大值和导带的极小 值不位于k空间的原点上。
• 价带的电子跃迁到导带时, 不仅要求电子的能量要改变, 电子的准动量也要改变,称 为间接跃迁
《太阳能电池机理》PPT课件

• 对于液态电解质可以不用考虑离子 的扩散影响,主要是光吸收
• 对于固态电池,离子扩散将成为影 响光电流的重要因素
精选ppt
36
DSC的IPCE与理论效率
N719染料
black染料
带边:750nm
带边:900nm
Eg:1.65-1.7ev Eg:1.3-1.4ev
理论效率 >20% 理论效率 ~30%
• 总体来说不是重点
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42
DSC的主要研究方向
• 半导体纳晶电极
• 染料 • 电解质体系
提高电池效率
• 对电极
• 柔性电池 • 提高寿命和长期稳定型
电池实用化
• 大面积电池和电池阵列
精选ppt
43
计算重点
• 半导体
– 导带位置 – 输运机制 – 复合反应速度 – 表面状态
• 染料
– 能带位置 – 激发态性质 – 聚集态性质
电池结构
背接触电池(Sunpower)
商业化单晶硅电池组件
27
精选ppt
26
单晶硅电池的实验室效率进展
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27
工业化单晶硅电池效率路线图与关键技术
22%
20% 18%
16% 14%
14.5%
15.9%
16.9%
17.1%
19.0%
18.9%
19.8%
20.0%
Efficiency
12%
10%
impact ionisation
tandem (n = 2)
down-converters
single cell
0%
精选ppt
2232
实际电池效率
• 对于固态电池,离子扩散将成为影 响光电流的重要因素
精选ppt
36
DSC的IPCE与理论效率
N719染料
black染料
带边:750nm
带边:900nm
Eg:1.65-1.7ev Eg:1.3-1.4ev
理论效率 >20% 理论效率 ~30%
• 总体来说不是重点
精选ppt
42
DSC的主要研究方向
• 半导体纳晶电极
• 染料 • 电解质体系
提高电池效率
• 对电极
• 柔性电池 • 提高寿命和长期稳定型
电池实用化
• 大面积电池和电池阵列
精选ppt
43
计算重点
• 半导体
– 导带位置 – 输运机制 – 复合反应速度 – 表面状态
• 染料
– 能带位置 – 激发态性质 – 聚集态性质
电池结构
背接触电池(Sunpower)
商业化单晶硅电池组件
27
精选ppt
26
单晶硅电池的实验室效率进展
精选ppt
27
工业化单晶硅电池效率路线图与关键技术
22%
20% 18%
16% 14%
14.5%
15.9%
16.9%
17.1%
19.0%
18.9%
19.8%
20.0%
Efficiency
12%
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impact ionisation
tandem (n = 2)
down-converters
single cell
0%
精选ppt
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实际电池效率
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
20
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。
19
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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• 地面太阳电池:在地面上应用的太阳电池。
• 光敏传感器 :光照射时,太阳电池两极之 间就能产生电压。连成回路,就有电流流 过,光照强度不同,电流的大小也不一样 ,因此可以作为传感器使用。
.
7
•航 天 器 上 的 光 伏
•系 统
.
8
.
9
火星车
.
10
• 4. 按照工作方式分类: • 平板太阳电池 • 聚光太阳电池
• 对于p型半导体,空穴是多数载流
子,而电子为少数载流子。
.
21
P型半导体
.
22
• 若将p型半导体和n型半导体两者 紧密结合,联成一体时,由导电类 型相反的两块半导体之间的过渡区 域,称为 p-n 结。在 p-n 结两边, 由于在p型区内,空穴很多,电子 很少;而在n型区内,则电子很多 ,空穴很少。由于交界面两边,电 子和空穴的浓度不相等,因此会产 生多数载流子的扩散运动。
.
14
硅原子示意图
.
15
• 在硅晶体中每个原子有4个相邻原 子,并和每一个相邻原子共有2个 价电子,形成稳定的8原子壳层。
• 从硅的原子中分离出一个电子需 要1.12eV的能量,该能量称为硅的 禁带宽度。被分离出来的电子是自 由的传导电子,它能自由移动并传 送电流。
.
16
硅原子的共价键结构
.
17
.
29
• 在n区,光生电子-空穴产生后, 光生空穴便向 p-n 结边界扩散,一 旦到达 p-n 结边界,便立即受到内 建电场的作用,在电场力作用下作 漂移运动,越过空间电荷区进入p 区,而光生电子(多数载流子)则 被留在n区。
.
30
• p区中的光生电子也会向 p-n 结 边界扩散,并在到达 p-n 结边界 后,同样由于受到内建电场的作用
33
• 如果把太阳电池接上负载RL,则 被结分开的过剩载流子中就有一部
分把能量消耗于降低 p-n 结势垒,
.
11
聚光太阳电池
.
12
聚 光 电 池
.
13
二. 硅太阳电池的工作原理
• 硅原子的外层 电子壳层中有4个电 子。受到原子核的束缚比较小,如 果得到足够的能量,会摆脱原子核 的束缚而成为自由电子,并同时在 原来位置留出一个空穴。电子带负 电;空穴带正电。
• 在纯净的硅晶体中,自由电子和空
穴的数目是相等的。
.
23
• 在靠近交界面附近的p区中,空穴 要由浓度大的p区向浓度小的n区扩 散,并与那里的电子复合,从而使 那里出现一批带正电荷的搀入杂质 的离子。
• 同时在p型区内,由于跑掉了一批 空穴而呈现带负电荷的搀入杂质的 离子。
.
24
• 同样在靠近交界面附近的n区中, 电子要由浓度大的n区向浓度小的p 区扩散,而电子则由浓度大的n区 要向浓度小的p区扩散,并与那里
• 如果在纯净的硅晶体中掺入少量 的5价杂质磷(或砷,锑等),由 于磷原子具有5个价电子,所以1个 磷原子同相邻的4个硅原子结成共 价键时,还多余1个价电子,这个 价电子很容易挣脱磷原子核的吸引 而变成自由电子。
• 所以一个掺入5价杂质的4价半导 体,就成了电子导电类型的半导体 ,也称为n型半导体。
第二章 太阳电池工作原理
一. 太阳电池分类
• 1. 按照基体材料分类:
• 晶硅太阳电池,
包括:单晶硅和多晶硅太阳电池
• 非晶硅太阳电池
• 薄膜太阳电池
• 化合物太阳电池,包括:砷化镓电池;硫 化镉电池;碲化镉电池;硒铟铜电池等
• 有机半导体太阳电池. 等
1
太阳电池种类
.
2
单晶硅太阳电池
.
3
多晶硅太阳电池
.
26
.
27
• 太阳电池在光照下,能量大于半
导体禁带宽度的光子,使得半导体 中原子的价电子受到激发,在p区 、空间电荷区和n区都会产生光生 电子-空穴对,也称光生载流子。 这样形成的电子-空穴对由于热运 动,向各个方向迁移。
.
28
• 光生电子-空穴对在空间电荷区中 产生后,立即被内建电场分离,光 生电子被推进n区,光生空穴被推 进p区。在空间电荷区边界处总的 载流子浓度近似为0。
的空穴复合,从而使那里出现一批 带负电荷的搀入杂质的离子。
• 同时在n型区内,由于跑掉了一批 电子而呈现带正电荷的搀入杂质的 离子。
.
25
• 于是,扩散的结果是在交界面的 两边形成一边带正电荷而另一边带 负电荷的一层很薄的区域,称为空 间电荷区。这就是 p-n 结。在 p-n 结 内,由于两边分别积聚了负电荷和 正电荷,会产生一个由正电荷指向 负电荷的电场,因此在 p-n 结内,存 在一个由n区指向p区的电场,称为 内建电场(或称势垒电场)。
.
32
• 如果使太阳电池开路,即负载电
阻全部,过RL剩=载∞流,子则就被会p积-n累结在分开p-n的结
附近,于是产生了等于开路电压
VOC的最大光生电动势。
• 则如所果有把可太以阳到电达池p短-n路结,的即过R剩L =载0流,
子都可以穿过结,并因外电路闭合
而产生了最大可能的电流,即短路
电流ISC。
.
.
18
Байду номын сангаас
• 在n型半导体中,除了由于掺 入杂质而产生大量的自由电子以外 ,还有由于热激发而产生少量的电 子-空穴对。然而空穴的数目相对 于电子的数目是极少的,
• 所以在n型半导体材料中,空穴 数目很少,称为少数载流子;而电子 数目很多,称为多数载流子。
.
19
n型半导体
.
20
• 同样如果在纯净的硅晶体中掺入3价 杂质,如硼(或鋁、镓或铟等),这 些3价杂质原子的最外层只有3个价电 子,当它与相邻的硅原子形成共价键 时,还缺少1个价电子,因而在一个 共价键上要出现一个空穴,因此掺入 3价杂质的4价半导体,也称为p型半 导体。
而在电场力作用下作漂移运动,进 入n区,而光生空穴(多数载流子 )则被留在p区。
.
31
• 因此在 p-n 结两侧形成了正、负 电荷的积累,形成与内建电场方向
相反的光生电场。这个电场除了一 部分抵消内建电场以外,还使p型 层带正电,n型层带负电,因此产
生了光生电动势。这就是“光生伏 打效应”(简称光伏)。
.
4
非晶硅太阳电池
.
5
• 2. 按照结构分类: • 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
.
6
• 3. 按照用途分类:
• 空间太阳电池:在人造卫星、宇宙飞船等 航天器上应用的太阳电池。由于使用环境 特殊,要求太阳电池具有效率高、重量轻 、耐辐照等性能。
• 光敏传感器 :光照射时,太阳电池两极之 间就能产生电压。连成回路,就有电流流 过,光照强度不同,电流的大小也不一样 ,因此可以作为传感器使用。
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•航 天 器 上 的 光 伏
•系 统
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8
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9
火星车
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• 4. 按照工作方式分类: • 平板太阳电池 • 聚光太阳电池
• 对于p型半导体,空穴是多数载流
子,而电子为少数载流子。
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P型半导体
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• 若将p型半导体和n型半导体两者 紧密结合,联成一体时,由导电类 型相反的两块半导体之间的过渡区 域,称为 p-n 结。在 p-n 结两边, 由于在p型区内,空穴很多,电子 很少;而在n型区内,则电子很多 ,空穴很少。由于交界面两边,电 子和空穴的浓度不相等,因此会产 生多数载流子的扩散运动。
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硅原子示意图
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• 在硅晶体中每个原子有4个相邻原 子,并和每一个相邻原子共有2个 价电子,形成稳定的8原子壳层。
• 从硅的原子中分离出一个电子需 要1.12eV的能量,该能量称为硅的 禁带宽度。被分离出来的电子是自 由的传导电子,它能自由移动并传 送电流。
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硅原子的共价键结构
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• 在n区,光生电子-空穴产生后, 光生空穴便向 p-n 结边界扩散,一 旦到达 p-n 结边界,便立即受到内 建电场的作用,在电场力作用下作 漂移运动,越过空间电荷区进入p 区,而光生电子(多数载流子)则 被留在n区。
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30
• p区中的光生电子也会向 p-n 结 边界扩散,并在到达 p-n 结边界 后,同样由于受到内建电场的作用
33
• 如果把太阳电池接上负载RL,则 被结分开的过剩载流子中就有一部
分把能量消耗于降低 p-n 结势垒,
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11
聚光太阳电池
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12
聚 光 电 池
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二. 硅太阳电池的工作原理
• 硅原子的外层 电子壳层中有4个电 子。受到原子核的束缚比较小,如 果得到足够的能量,会摆脱原子核 的束缚而成为自由电子,并同时在 原来位置留出一个空穴。电子带负 电;空穴带正电。
• 在纯净的硅晶体中,自由电子和空
穴的数目是相等的。
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• 在靠近交界面附近的p区中,空穴 要由浓度大的p区向浓度小的n区扩 散,并与那里的电子复合,从而使 那里出现一批带正电荷的搀入杂质 的离子。
• 同时在p型区内,由于跑掉了一批 空穴而呈现带负电荷的搀入杂质的 离子。
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• 同样在靠近交界面附近的n区中, 电子要由浓度大的n区向浓度小的p 区扩散,而电子则由浓度大的n区 要向浓度小的p区扩散,并与那里
• 如果在纯净的硅晶体中掺入少量 的5价杂质磷(或砷,锑等),由 于磷原子具有5个价电子,所以1个 磷原子同相邻的4个硅原子结成共 价键时,还多余1个价电子,这个 价电子很容易挣脱磷原子核的吸引 而变成自由电子。
• 所以一个掺入5价杂质的4价半导 体,就成了电子导电类型的半导体 ,也称为n型半导体。
第二章 太阳电池工作原理
一. 太阳电池分类
• 1. 按照基体材料分类:
• 晶硅太阳电池,
包括:单晶硅和多晶硅太阳电池
• 非晶硅太阳电池
• 薄膜太阳电池
• 化合物太阳电池,包括:砷化镓电池;硫 化镉电池;碲化镉电池;硒铟铜电池等
• 有机半导体太阳电池. 等
1
太阳电池种类
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单晶硅太阳电池
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多晶硅太阳电池
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• 太阳电池在光照下,能量大于半
导体禁带宽度的光子,使得半导体 中原子的价电子受到激发,在p区 、空间电荷区和n区都会产生光生 电子-空穴对,也称光生载流子。 这样形成的电子-空穴对由于热运 动,向各个方向迁移。
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• 光生电子-空穴对在空间电荷区中 产生后,立即被内建电场分离,光 生电子被推进n区,光生空穴被推 进p区。在空间电荷区边界处总的 载流子浓度近似为0。
的空穴复合,从而使那里出现一批 带负电荷的搀入杂质的离子。
• 同时在n型区内,由于跑掉了一批 电子而呈现带正电荷的搀入杂质的 离子。
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• 于是,扩散的结果是在交界面的 两边形成一边带正电荷而另一边带 负电荷的一层很薄的区域,称为空 间电荷区。这就是 p-n 结。在 p-n 结 内,由于两边分别积聚了负电荷和 正电荷,会产生一个由正电荷指向 负电荷的电场,因此在 p-n 结内,存 在一个由n区指向p区的电场,称为 内建电场(或称势垒电场)。
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• 如果使太阳电池开路,即负载电
阻全部,过RL剩=载∞流,子则就被会p积-n累结在分开p-n的结
附近,于是产生了等于开路电压
VOC的最大光生电动势。
• 则如所果有把可太以阳到电达池p短-n路结,的即过R剩L =载0流,
子都可以穿过结,并因外电路闭合
而产生了最大可能的电流,即短路
电流ISC。
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Байду номын сангаас
• 在n型半导体中,除了由于掺 入杂质而产生大量的自由电子以外 ,还有由于热激发而产生少量的电 子-空穴对。然而空穴的数目相对 于电子的数目是极少的,
• 所以在n型半导体材料中,空穴 数目很少,称为少数载流子;而电子 数目很多,称为多数载流子。
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n型半导体
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20
• 同样如果在纯净的硅晶体中掺入3价 杂质,如硼(或鋁、镓或铟等),这 些3价杂质原子的最外层只有3个价电 子,当它与相邻的硅原子形成共价键 时,还缺少1个价电子,因而在一个 共价键上要出现一个空穴,因此掺入 3价杂质的4价半导体,也称为p型半 导体。
而在电场力作用下作漂移运动,进 入n区,而光生空穴(多数载流子 )则被留在p区。
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• 因此在 p-n 结两侧形成了正、负 电荷的积累,形成与内建电场方向
相反的光生电场。这个电场除了一 部分抵消内建电场以外,还使p型 层带正电,n型层带负电,因此产
生了光生电动势。这就是“光生伏 打效应”(简称光伏)。
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4
非晶硅太阳电池
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5
• 2. 按照结构分类: • 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
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• 3. 按照用途分类:
• 空间太阳电池:在人造卫星、宇宙飞船等 航天器上应用的太阳电池。由于使用环境 特殊,要求太阳电池具有效率高、重量轻 、耐辐照等性能。