第 1 章 太阳能电池和太阳光 [Compatibility Mode]
太阳能电池ppt-PPT课件
启明物理0901班 庞贵明
导读
★太阳能电池的产生背景 ★太阳能电池的发展历程及现状 ★太阳能电池的原理 ★太阳能电池的分类 ★结束语
太阳能电池的产生背景
自从两次工业革命以后，煤、石油、天然气等化石燃 料相继被广泛地应用到生产生活的各个方面。随着社会经 济的不断发展和人类文明的不断进步，人类对能源的需求 量不断飞速增长。 然而，这些曾经被人们广泛应用并且现在还在被使用 的基本都是不可再生能源。其有限的储量与人类无限的需 求之间构成了不可调和的矛盾。 其次，煤、石油、天然气等化石燃料燃烧后会产生大 量的二氧化碳气体，造成温室效应，加速全球气候变暖， 给人类及其他动植物的生存构成巨大挑战。
太阳能电池的产生背景
再者，这些不可再生能源的大量使用，还会产生环境 污染、生态破坏等严重问题。 因此，开发一种储量巨大、清洁、无污染的可再生能 源已经成为当今社会的广泛共识。 与常规能源相比，太阳能具有三大优势： 其一，它是人类可以利用的最丰富的能源。据统计， 在过去的漫长的十几亿年中，太阳只消耗了它本身能量的 2%。按照这种速度计算，太阳足以供给人类使用几十亿 年，可谓取之不尽、用之不竭。
太阳能电池的发展历程及现状
1839年，法国物理学家贝克勒尔（E.Becquerel）发现液 体的光生伏特效应 【光生伏特效应：半导体受到光照时产生电动势的现象】 1877年，亚当斯（W.G.Adams）研究了硒的光伏效应， 并制作了第一片硒太阳能电池 1883年，美国发明家查尔斯描述了第一块硒太阳能电池的 原理 1918年，波兰科学家Czochralski发展了生长单晶硅的提 拉法工艺 1941年 奥尔在硅上发现光伏效应
太阳能电池的产生背景
其二，在地球上，只要有光照的地方都有太阳能，这 样我们就可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对于 交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有实用价值。 其三，太阳能是一种十分清洁的能源。在开发和利用 太阳能时，不会产生废渣、废水和废气；也没有噪音，更 不会产生大气污染、影响生态平衡等环境问题。 因此，太阳能是一种非常合适的新能源，研究和开发 太阳能，对于我们人类今后的生产生活乃至生存发展历程及现状
太阳能电池原理范文
太阳能电池原理范文太阳能电池是一种将太阳光能转化为电能的装置。
它是一种半导体器件，根据光伏效应原理工作。
在晴朗的阳光下，太阳光照射到太阳能电池表面，产生电子与空穴对。
通过合适的导线和电路布置，可以将产生的直流电能转化为有用的电能。
太阳能电池的基本结构通常是由两个半导体层构成，其中一个层被掺杂为p型，另一个层被掺杂为n型。
半导体的掺杂可以通过在原始材料中添加杂质元素来实现。
掺杂后的半导体中将产生多数载流子和少数载流子。
以p型层为例，它有许多绝缘层的正空穴，以及从n层移动过来的负电子。
当太阳能照射到太阳能电池的表面时，光子与半导体原子发生相互作用。
如果光子的能量大于半导体材料对能量吸收的门槛，光子将被吸收，将其能量传给被吸收的电子。
被激发的电子获得足够的能量以克服能带间隙并跃迁到导带。
这个过程使得原来的电子能带上留下空穴，从而产生一个电子-空穴对。
由于p型层具有许多正空穴，而n型层具有许多自由电子，新产生的电子和空穴将被电场力推到不同的区域，形成势差。
这个势差会引起电流的流动。
若将正极与p型层连接，负极与n型层连接，并将电路与电池连接，电流就会开始流动。
在太阳能电池中，不同的材料用于构成p型和n型层。
常用的材料包括硅、硒化铟、硫化镉等。
其中，硅是最广泛使用的材料，因为它具有稳定性好、物理性质可控且成本低廉等优点。
为了提高太阳能电池的效率，科学家和工程师们致力于改进太阳能电池的设计和制造工艺。
一种改善效率的方法是通过将多个太阳能电池组装在一起，形成太阳能电池组或太阳能电池阵列。
这种阵列可以在更广泛的光敏面积上接收太阳能，并提供更多的电能。
太阳能电池作为一种可再生能源的转换器，具有广泛的应用前景。
它可以用于为家庭和工业提供电力，也可以用于卫星和空间探测器等航天器的能源供应。
随着科学技术的不断发展，我们有望看到更高效、更持久、更美观的太阳能电池问世，进一步推动可再生能源的发展和利用。
第一讲：太阳能电池和太阳光1
– 第一代的太阳能电池为晶圆技术。
– 第二代的太阳能电池为薄膜技术。
– 第三代太阳能电池包含所有正在创新、启蒙
中的新型太阳能光电技术。
Hale Waihona Puke 江西工业工程职业技术学院电子系林梅
晶体硅太阳能电池
单晶硅太阳能电池 多晶硅太阳能电池
按 基 本 材 料 分 类
（薄膜型） 7—15 20—40 10 1—5
三元素
CuInSe2（薄膜型）
染料敏化太阳能电池（DSSC） 有机薄膜太阳能电池
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第一讲太阳能电池和太阳光
各类太阳能电池比较
染料敏化 （DSSC） 镉碲薄膜 （CdTe）
硅晶电池
太阳能电池
硅薄膜
铜铟镓硒薄膜 （CIS/CIGS）
第一讲太阳能电池和太阳光
• 通讯/通信领域 太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/ 通讯/寻呼电源系统；农村载波电话光伏系统、小 型通信机、士兵GPS供电等。
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第一讲太阳能电池和太阳光
• 石油、海洋、气象领域 石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石 油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象 /水文观测设备等
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第一讲太阳能电池和太阳光
3.光伏水泵：解决无电地区的深水井饮用、灌溉
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第一讲太阳能电池和太阳光
• 交通领域
如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、 路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、 无人值守道班供电等。
江西工业工程职业技术学院电子系林梅
太阳能电池原理PPT课件
2.1 半导体物理基础
本征半导体
T>0
导带 (部分填充)
EF EC EV
Valence band (Partially Empty)
在T = 0, 价带能级被电子填充 ，导带空, 导致电导率为零. 费密能级 EF 位于禁带 中间(<1 eV) 当 T > 0, 电子可以被热“激发”到导带，产生可测量的电导率.
禁带 禁带
能带
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允带 允带
允带
2.1 半导体物理基础
费米－狄拉克分布
电子和空穴在允带能级上的分布遵守费米－狄拉克分布。 能量为E能级电子占据的几率为
1 f(E)
1exp(EEF)/KT
f(E)称为费米分布函数，EF为费米能级
第30页/共105页
2.1 半导体物理基础
费米－狄拉克分布
第15页/共105页
金属中的准 能带的准自 自由电子（价电子）模型 由电子物理模型
金属中的自由电子除去与离子实相互碰撞的瞬间外，无相互作用。电子 所受到的势能函数为常数。 电子波函数仍然为自由电子波函数 电子受到晶格的散射，当电子的波矢落到布里渊区 边界时，发生Bragg衍射
第16页/共105页
对于所有能级均被电子所占满的能带（满带），在外电场作用下，其电子并不 形成电流，对导电没有贡献。----- 满带电子不导电。 通常原子中的内层电子都是占满满带中的能级，因而内层电子对导电没有贡献。 对于被电子部分占满的能带（导带），在外电场作用下，电子可从外电场吸收 能量跃迁到未被电子占据的能级去，从而形成电流，起导电作用。 ----- 导带电子有导电能力。
k
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2.1 半导体物理基础
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
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世界主要太阳电池新记录
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中国太阳电池实验室最高效率
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• 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
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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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• 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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• 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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• 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。
《太阳能电池的特性》幻灯片
波长段的光谱响应为零。
硅太阳能电池的响应曲线。
2021/5/21
UNSW新南威尔士大学
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§ 理想太阳能电池 光谱响应
理想的光谱响应在长波长段受到限制，因为半导体不能吸收能量低 于禁带宽度的光子。这种限制在量子效率曲线中同样起作用。然而，不同 于量子效率的矩形曲线，光谱响应曲线在随着波长减小而下降。因为这些 短波长的光子的能量很高，导致光子与能量的比例下降。光子的能量中，
UNSW新南威尔士大学
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§ 理想太阳能电池 光谱响应
“光谱响应〞在概念上类似于量子效率。量子效率描述 的是电池产生的光生电子数量与入射到电池的光子数量的比， 而光谱响应指的是太阳能电池产生的电流大小与入射能量的比 例。以下图将描述一光谱响应曲线。
光
理想的光谱响应
谱
响 应
能量低于禁带宽度的光 不能被吸收，所以在长
E-H
§ 理想太阳能电池 收集概率
归 一 化 的
对 生 成 率
上图显示了不同波长的光在硅材料中的载流子生成率。波长 0.45μm的蓝光拥有高吸收率，为105cm-1，也因此它在非常靠近 顶端外表处被吸收。波长0.8μm的红光的吸收率103cm-1，因此其 吸收长度更深一些。1.1μm红外光的吸收率为103cm-1，但是它几 乎不被吸收因为它的能量接近于硅材料的禁带宽度。
太阳能电池的伏安曲线 短路电流ISC是电池流出的最 大电流，此时穿过电池的电 压为零。
电池产生的电能
2021/5/21
UNSW新南威尔士大学
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§ 太阳能电池的参数 短路电流
短路电流的大小取决于以下几个因素：
太阳能电池的外表积。要消除太阳能电池对外表积的依赖，通 常需改变短路电流强度〔JSC单位为mA/cm2〕而不是短路 电流。
太阳能电池ppt课件
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太阳能电池的结构
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太阳能电池发电原理
精选ppt课件2021
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太阳电池的表征参数
太阳电池的工作原理是基于光伏效应。当光照 射太阳电池时，将产生一个由n区到p区的光
生电流Iph。同时,由于pn结二极管的特性，存 在正向二极管电流ID ,此电流方向从p区到n区 ，与光生电流相反。因此,实际获得的电流I为
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❖ 太阳电池的转换效率η定义为太阳电池的最大 输出功率与照射到太阳电池的总辐射能Pin之
比，即
Pm 100%
Pi n
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6.太阳能电池的应用
上世纪60年代，科学家们就已经将太阳电池应用于空间技
术——通信卫星供电，上世纪末，在人类不断自我反省的过
程中，对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加
提高效率，大面积重复性
❖ 有机电池 －高效电子受体 和给体以及材料，提高 效率 3.新型概念电池：量子点、量子阱电池，中间带
光伏电池，带隙递变迭层电池等，尚处在理论探索、 概念研究和验证阶段。
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3.太阳能电池定义和分类
太阳能电池，又称光伏器件，是一种利用光生 伏特效应把光能转变为电能的器件。它是太 阳能光伏发电的基础和核心。
scocscoc25太阳电池的转换效率定义为太阳电池的最大输出功率与照射到太阳电池的总辐射能p26上世纪60年代科学家们就已经将太阳电池应用于空间技术通信卫星供电上世纪末在人类不断自我反省的过程中对于光伏发电这种如此清洁和直接的能源形式已愈加亲切不仅在空间应用在众多领域中也大显身手
太阳能电池原理及 表征参数
8.62－5.5 80年代初
太阳电池原理与光伏技术剖析
太阳电池原理与光伏技术主要内容•第一章太阳电池和太阳光参考书目• 1.太阳电池工作原理、工艺和系统的应用•[澳］马丁．格林著，李秀文，谢鸿礼赵海滨等译刘熙校TM914.4/8 • 2.太阳电池及其应用•赵富鑫魏彦章主编• 3.• 4.• 5.第一章太阳电池和太阳光1.1 太阳电池发展概况1839年,法国科学家Becquerel首先报导了太阳电池的光伏效应;1876年,在硒的全固态系统中也观察到了光伏效应现象;1954年,出现了第一块硅太阳电池,标志太阳电池研制工作的重大进展;1958年,太阳电池首次在空间应用,装备美国先锋1号卫星;1959年,第一个多晶硅太阳电池问世,效率达5%;1960年,硅太阳电池首次实现并网运行;1975年,非晶硅太阳电池问世;1998年,单晶硅光伏电池效率达24.7%,多晶硅太阳电池产量第一次超过单晶硅太阳电池而成为世界光伏电池之王;1999年,日本太阳电池总产量第一次超过美国而居世界之首,其中85%用于太阳能光伏建筑集成。
1.2 阳光的物理来源1.2.1 太阳的结构•太阳是距离地球最近的一颗恒星.•日地距离为1.49597892x108Km.•太阳直径为1.392 x106Km,是地球的109倍;体积比地球大130多万倍.•太阳平均密度为1.4g/cm3,即比水的密度大50%,太阳内部密度约160g/cm3,因此日心引力比地心引力大29倍左右.太阳的物质组成:就质量而言,H 78.4%; He 19.8%;金属和其他元素,总计占1.8%. 图1-1 太阳结构示意图图1-2 不同黑体温度的Plank黑体辐射分布图1-3 阳光的光谱分布1.3太阳与地球间关系的天文背景•天球与天球坐标系•天球:以观察者为球心,以任意长为半径,其上分布着所有天体的球面叫做天球.•地平圈:在图中，通过观察者的眼睛，即天球的中心零与铅垂线相垂直的平面为地平面，地平面无限延展可将天球分割在两个半球；地平面与天球的交线是一个大圈，称为地平圈•天顶/天底:通过观察者头顶的铅垂线向两端无限延展，与天球的交点分别称做天顶和天底。
太阳能与太阳能电池基础简介
第一章 太阳能电池和太阳光
“大气光学质量”描 绘了太阳光到达地面 前的路程与太阳处在 头顶处时的路程的比 值，也等于Y/X。
大气光学质量估算
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估算大气质量的一个最简单的方法就是，测量一个垂直立 着的标杆长度 h和它投影长度 s 。大气光学质量等于斜边的长 度除以标杆的高度:s AM 1 h
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地球表面的标准光谱
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德国弗赖堡
澳大利亚东海岸 蒙塔古小岛
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太阳能电池的发展
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德国是世界上太阳能电池最普及的国家，其次是日本和美 国。 中国是太阳能电池生产大国。2009年3月，中国宣布了太 阳能补贴计划。继美国之后，2012年9月，欧盟对中国发起 光伏反倾销。
1.3 阳光的物理来源
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光是一种电磁波，具有波粒二象性 波包
硒制电池及氧化铜电池被应用在一些对光线敏感的仪器上， 如亮度计、照相机的曝光计等。但这些早期电池的太阳能转换 效率都在1%以下。
太阳能电池的发展
1941年Ohl展示了一种基于天然pn结的光伏器件。 1946年Ohl研发出了硅制太阳能电池。
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硅铸锭中，杂质在熔 融时分离形成天然的 pn结。切割硅锭便可 制备太阳能电池。
1957年和1958年，苏联与 美国相继发射了第一颗人造 卫星。
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20世纪60年代，用在 人造卫星上的太阳能电 池都是采用类似的结构。 这样的结构沿用了10年 以上。
太阳能电池的发展
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1973 年，第一次石油危机后，太阳能应用转移到一般民用， 如手表、小型计算器。这些设备通常是利用太阳能给镍镉电 池充电。
第一章 太阳能电池和太阳光
南京理工大学 材料科学与工程学院
1
内容
1.1 引言 1.2 太阳能电池发展概况
太阳能电池资料
太阳能电池资料.txt我爸说过的最让我感动的一句话：“孩子，好好学习吧，爸以前玩麻将都玩儿10块的，现在为了供你念书，改玩儿1块的了。
”本文由se7ven007贡献doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。
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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，而以光化学效应工作的湿式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。
这就是光电效应太阳能电池的工作原理。
太阳能绿色能源太阳能发电方式太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。
光—热—电转换热电转换（1）光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。
前一个过程是光—热转换过程；后一个过程是热—电转换过程，与普通的火力发电一样.太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵5～10 倍.一座 1000MW 的太阳能热电站需要投资 20～25 亿美元，平均 1kW 的投资为2000～2500 美元。
因此，目前只能小规模地应用于特殊的场合，而大规模利用在经济上很不合算，还不能与普通的火电站或核电站相竞争。
光—电直接转换电直接转换（2）光—电直接转换方式该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光—电转换的基本装置就是太阳能电池。
太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。
当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。
太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染；太阳能电池可以大中小并举，大到百万千瓦的中型电站，小到只供一户用的太阳能电池组，这是其它电源无法比拟的编辑本段太阳能电池产业现状现阶段以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。
太阳能电池原理与应用 第一章 绪论
光伏水泵
解决无电地区的深水井饮用、灌溉
3-5KW家庭屋顶并网发电系统
光电转换原理及光伏产业
光电转换原理，是指光照使不均匀半导体或半导体与 金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。分三个过程 ：一、由光子（光波）传递给电子、光能量转化为电能量 ；二、载流子扩散；三、产生电压差。 由于从太阳光能转换成电能的光电转换装置，是利用 半导体器件如单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓（GaAs） 等的光电转换原理进行的，因此把与太阳能发电系统构成 链条关系的产业称为光伏产业。光伏产业，是一种利用太 阳能电池直接把光能转换为电能的环保型新能源产业。
太阳能光伏发电原理
太阳能电池就是一块大面积的P-N结，基于光生 伏打效应，将光能转化为电能。转换效率15%左右。
太阳能电池发电原理和结构 1-栅线电极；2-减反射膜；3-扩散区；4-基区；5-底电极
太阳能光伏发电的主要特点
优点： 1.储备无限。足够供给，且不受能源危机或燃料市场不稳定的冲击；
2.取用方便，随处可得。就近供电，无需长距运输，避免电能损失； 3.不用燃料。绿色、环保，降低运行成本； 4.发电时无机械运动部件。不存在磨损，机械可靠性高，维护方便； 5.清洁能源。无废弃物、污染、噪声等； 6.系统建设周期短。根据负荷增减电池方阵容量，不会浪费； 7.节省土地资源。发电过程不需要冷却水，可建设的荒漠戈壁上；光 伏-建筑一体化发电系统； 8.光伏发电系统工作性能稳定可靠，使用寿命长（30年以上）； 9.光伏发电电池组件结构简单，体积小，重量轻，便于运输和安装。
温和和政策推动局面预测
—来源EPIA
科技是光伏产业的第二驱动力
太阳能光伏发电系统主要包括：太阳能电池、控制器、蓄 电池和逆变器等。提高太阳能电池的光电转换效率可以直接降 低系统平衡成本，组件效率每提高一个百分点，系统平衡成本 可下降5到7个百分点。转换效率高，可以在同样发电容量下， 减少太阳电池矩阵面积，减少太阳电池模块用量。因此成为太 阳能发电技术的主要发展方向。 太阳能电池技术是太阳能发电技术的主要组成部分。太阳 电池的光电转换效率分为两种。一种是小尺寸（例如1cm2）的 研究开发水平：单晶硅太阳电池24.7%，多晶硅太阳电池 19.8%，非晶硅太阳电池15%，铜铟硒太阳电池18.8%，砷化 镓太阳电池33%，有机纳米晶太阳电池5.48%。一种是大尺寸 （例如1200cm2）的商品化生产水平：单晶硅太阳电池15%， 多晶硅太阳电池12%，非晶硅太阳电池8%，铜铟硒太阳电池 10%。
太阳能电池及相关技术简介
1. 等离子增强化学气相沉积法是利用 PEVCD技术在非衬底上制备晶粒较小 多晶硅薄膜的一种方法。 2. 液相外延法（LPE）是通过将硅熔融 在母液里，降低温度将硅析出成膜。 3. 化学气相沉积法（CVD）就是将衬底 加热到适当温度，然后通以反应气体 （如SiH2Cl2、SiH3Cl、SiCl4、SiH4 等），在一定保护气氛下反应生成硅 原子并沉积在衬底表面。
多晶硅薄膜太阳能电池的生长方法 及特点对比
生长方法 等离子体 液相外延 沉积温度 低 低 高 沉积率 低 低-中 高 结晶质量 差 差 良好
化学气相沉 积
衬底选择
• 非硅衬底：可以大幅度降低成本，但是
所获得的多晶硅薄膜晶粒小，工艺要求比 较高。
• 低品质硅衬底：
可以直接外延生长多晶硅薄膜，并且 可以得到较大颗粒尺寸的多晶硅薄膜， 工艺简单，效率较高，易于实现大规 模工业化。
制备方法
• 目前制备多晶硅薄膜电池多采用等离子 化学气相沉积法（PECVD）、液相外延 法（LPPE）、化学气相沉积法（CVD） 和区熔再结晶法（ZMR）、等离子喷涂 法（PSM）、叠层法、固相结晶法 （SPC）.
Hale Waihona Puke 非晶硅（ a-Si ）薄膜太阳电池
• 非晶硅太阳电池主要由玻璃、不锈钢为衬 体的薄膜太阳电池
• 为减少串联电阻通常用激光器将导电氧化 物薄膜（TCO）、非晶硅（a-Si）和铝电极 薄膜切割成条状。
其优势
1. 2. 3. 4. 成本低 易于大规模生产 受雨雪天气影响小，发电时间长 具有透光性，易于光伏建筑一体化
其不足
1. 不稳定性（光电转换会随着光照时间的延 续而衰弱） 2. 光电转换效率较低
多晶硅（Poly-Si）薄膜电池
太阳能电池教程简介-50页word资料
绪论（introduction）第一章太阳光的特性1.1 波粒二象性1.2 黑体辐射1.3 太阳和它的辐射1.4 地表的日光辐射1.5 直接辐射和散射辐射1.6 温室效应1.7 太阳的外表运动1.8 日射率的度量1.8.1 全球的等通量1.8.2 直射和散射特性1.8.3 日照时间资料1.8.4 数据的卫星云图1.9 太阳能和光伏发电第二章半导体和P-N结2.1 半导体2.1.1 键矩2.1.2 能带模型2.1.3 掺杂（半导体的掺杂）2.2 半导体的类型2.2.1 单晶硅2.2.2 多晶硅2.2.3 无定形硅2.3 光吸收2.4 再结合2.5 P-N结第三章太阳能电池的性质3.1 光的作用3.2 光谱响应3.3 温度的影响3.4 串联电阻的作用第四章电池的特性和构造4.1 效率4.2 光损耗4.3 复合损耗4.4 表面接触设计4.4.1 基体及表面电阻率4.4.2 栅线距离4.4.3 其它损耗4.5 实验电池VS工业需求4.6 激光刻槽埋栅接触电池第五章 PV电池的交互联系以及组成部件的加工 5.1 组件和电路的设计5.2 单体电池5.3 多个电池5.4 多个组件5.5 热斑效应5.6 组件的结构5.7 环境保护5.8 热量考虑5.9 电绝缘5.10 机械保护5.11 衰减因素绪论光伏学是一门利用太阳能电池将太阳光直接转化为电能的一种艺术。
早在1839年，法国小伙子埃德蒙贝克勒尔19岁时，在他父亲的实验室里第一次论证（证实了）了光电池的设计。
然而，对于这种效用的理解和开发依赖于一些20世纪的重要的科学和技术的发展。
一个是量子力学的发展，它是20世纪最主要的智力成就之一。
另一个是半导体技术的发展，它对电子学革命以及微芯片的扩散起着重要的作用。
在（loferski,1993）中有现代光伏电池有趣的发展历史。
幸运的是，由于它的来由和发展背景，太阳能电池利用的简易性和可靠性是技术优点之一。
这本书在开始几章中，讲述了在这个过程中的两个最重要要素的特性，一是阳光，它是最基础的能量来源，二是太阳能电池，通过完美地内在过程将阳光转化为电能。
第 1 章 太阳能电池和太阳光 [Compatibility Mode]
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二、课程要求及教学活动项目
（一）课程要求： 本课程要求学生不迟到、不早退、不旷课，请假需要有正 规假条；能够按照要求认真完成作业，严谨抄袭。本课程 偶尔会有一、两次讨论课(包括学生课程陈述)。课堂教学 中提倡学生积极参与，课前要认真预习。 （二）教学活动项目及学时分配： 本课程以理论教学为主（48学时,11章内容），将用大量 的学时讲授授课计划中的相关知识。同时辅助有实践教学 部分以及习题课，辅导答疑等。
地球
Glass prism High energy photons
黑体与光照度
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许多常见的光源如太阳和白炽灯都是相似的黑体模型。 黑体： 一个黑体能够吸收所有入射到它表面的电磁波，并基 于温度的不同辐射出不同的电磁波。 黑体发射的电磁辐射的辐射功率F（光照度）与波长 光照度： 的关系公式由普朗克辐射定律给出：
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他也是第一个认识到光伏器件有巨大潜力的人。他知道 光伏器件制作成本较低，并且如果不是马上使用产生的电 流，可以用蓄电池储存起来，或者传送到另外一个地方。
太阳能电池的发展
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1927年，人们研究在铜Cu表面生长氧化亚铜Cu2O层的光伏 效应时，发现了铜-氧化亚铜交界处的整流效应。提出了利用 金属铜及半导体氧化铜接合所形成的太阳能电池，促进了大 面积光电池的发展。
太阳能电池的发展
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1877年，Adams和Day研究了玻璃硒(Sekenium)的光伏效应。
将铂作为电极被放置在透明硒的两端，只需光照就能使玻 璃状的硒产生电流。这是首次全部利用固体来演示光电效应 的试验。他们认为光照射使得硒条的表面结晶化了。
太阳能电池的发展
1883年美国科学加Charles Fritts制造了第一个太阳能电 池。他用两种不同材料的金属板来压制融化的硒，硒与 其中一块板（如黄铜）紧紧黏住，并形成薄片。然后再 将金箔压在硒薄片的另一面，于是，历史第一块光伏器 件就制成了。这个薄膜器件大概有30cm2大，但能量转换 效率仅为1%。
光伏太阳能电池培训手册年
第一章太阳电池的工作原理和基本特性1.1半导体物理基础1.1.1半导体的性质世界上的物体如果以导电的性能来区分，有的容易导电，有的不容易导电。
容易导电的称为导体，如金、银、铜、铝、铅、锡等各种金属；不容易导电的物体称为绝缘体，常见的有玻璃、橡胶、塑料、石英等等；导电性能介于这两者之间的物体称为半导体，主要有锗、硅、砷化镓、硫化镉等等。
众所周知，原子是由原子核及其周围的电子构成的，一些电子脱离原子核的束缚，能够自由运动时，称为自由电子。
金属之所以容易导电，是因为在金属体内有大量能够自由运动的电子，在电场的作用下，这些电子有规则地沿着电场的相反方向流动，形成了电流。
自由电子的数量越多，或者它们在电场的作用下有规则流动的平均速度越高，电流就越大。
电子流动运载的是电量，我们把这种运载电量的粒子，称为载流子。
在常温下，绝缘体内仅有极少量的自由电子，因此对外不呈现导电性。
半导体内有少量的自由电子，在一些特定条件下才能导电。
半导体可以是元素，如硅（Si）和锗（Ge），也可以是化合物，如硫化镉（OCLS）和砷化镓（GaAs），还可以是合金，如Ga x AL1-x As，其中x为0-1之间的任意数。
许多有机化合物，如蒽也是半导体。
半导体的电阻率较大（约10-5?ρ?107??m），而金属的电阻率则很小（约10-8?10-6??m），绝缘体的电阻率则很大（约ρ?108??m）。
半导体的电阻率对温度的反应灵敏，例如锗的温度从200C升高到300C，电阻率就要降低一半左右。
金属的电阻率随温度的变化则较小，例如铜的温度每升高1000C，ρ增加40%左右。
电阻率受杂质的影响显着。
金属中含有少量杂质时，看不出电阻率有多大的变化，但在半导体里掺入微量的杂质时，却可以引起电阻率很大的变化，例如在纯硅中掺入百万分之一的硼，硅的电阻率就从2.14?103??m减小到0.004??m左右。
金属的电阻率不受光照影响，但是半导体的电阻率在适当的光线照射下可以发生显着的变化。
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Solar Cell Technology
邓小龙
School of Physics and Technology University of Jinan
一、课程内容简介与教学目的
（一）太阳能电池技术是光信息科学与技术专业的选修课程，通 过本课程的学习使得生能够在掌握半导体材料的各项性质的基础 上，重点掌握太阳能电池基本工作原理和设计方面的基础知识， 使得学生对太阳能电池有全面的认识，为学生毕业后从事光电子、 电子材料及其相关学科的工作和学习奠定扎实的理论基础。本课 程系统地介绍了太阳能电池的基本工作原理和设计，主要包括以 下内容：一、概述了太阳光的性质、半导体材料的性质以及两者 间的相互作用；二、详细论述了太阳能电池设计中的重要因素、 现行的电池制造工艺及未来可能的工艺；三、论述太阳能系统的 应用，包括小型系统和未来可能实现的住户和中心电力系统。 （二）通过本课程的学习使学生掌握光电子及太阳能电池的半导 体材料和半导体物理的基本知识；掌握太阳能电池的工作原理以 及设计思想。
二、课程要求及教学活动项目
（一）课程要求： 本课程要求学生不迟到、不早退、不旷课，请假需要有正 规假条；能够按照要求认真完成作业，严谨抄袭。本课程 偶尔会有一、两次讨论课(包括学生课程陈述)。课堂教学 中提倡学生积极参与，课前要认真预习。 （二）教学活动项目及学时分配： 本课程以理论教学为主（48学时,11章内容），将用大量 的学时讲授授课计划中的相关知识。同时辅助有实践教学 部分以及习题课，辅导答疑等。
1974年Haynos在硅结晶面蚀刻出许多类似金字塔的几何形 状，可以有效地降低太阳光反射，转换效率达到17%。 1976年出现第一块多晶硅太阳能电池。
太阳能电池的发展
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1985 年，在太阳能电池表面做出微沟槽的 PESC( 钝化发射区 Passivation emitter solar cells)型太阳能电池，转换效率超过20%。
施钰川 主编，《太阳能原理与技术》，西安交通大学出版社，2009年； 熊绍珍 等主编，《太阳电池基础与应用》，科学出版社，2009年； 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。
五、教师联系方式及答疑要求
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1.1 引言
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太阳能
半导体材料
电能
太阳能电池
太阳能电池工作原理： 光伏效应 (Photovoltaic effect )
光伏效应
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光伏效应：光照使不均匀半导体不同部位之间产生电位差的现 象（PN结）。 太阳能电池工作原理：光能量转化为电能量。电池内形成电 压，如果将电池与一个负载连接起来，就会形成电流的回路。
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20世纪50年代 第一个实用的光伏器件（硅电池） 60年代 应用于空间技术 70年代 石油危机推动光伏产业发展 80年代 发电效率不断提高（新工艺） . . .
太阳能电池发展概况
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法国物理学家Edmond Becquerel于1839首先观察到，把光线 照到浸在电解液中且覆有感光材料AgCl的电极上产生光致电 压，进而检测到电流，这就是光伏效应，当时他仅19岁。
1.5 地球表面的日照强度
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当入射到地球大气层的太阳辐射相对稳定时，影响地球表 面辐射的主要因素是（穿过大气层衰减30%）:
（1）大气效应，包括吸收和散射； （2）当地大气质量的不同，如水蒸气、云层和污染； （3）纬度位置不同，使得一年中季节不同； （4）一天里时间的不同。
大气效应
太阳光强
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太阳的表面辐射功率强度Isun相当于6000K（5762 K± 50K） 黑体的辐射强度，其总的功率等于Isun乘于太阳表面积4πR2， R为太阳的半径。 越远离太阳表面，太阳 总的功率强度就被扩散到 越大的表面。 随着太空中物体与太阳 距离D的增加，照射到表 面的太阳光强减小。 太阳光照射在距离D处的球面面积为4πD2 ，入射到物体 的光强为： R2
I0
D
2
Isun
太阳光强
太阳光照射在距离D处的球面面积为4πD2 ，入射到物体 的光强为：
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R2 I 0 2 Isun D
不同行星的太阳光强
行星 水星 金星 地球 火星 木球 土星 天王星 海王星 距离（x109m）太阳光（W/m2） 57 8908.0 108 2481.3 150 1286.3 227 561.7 778 47.8 1426 14.2 2868 3.5 4497 1.4
2hc 2 F ( ) hc 5 exp 1 kT
式中，λ是光的波长，T分别为黑体的温度，k为玻尔兹曼常数。 F的单位为W/ (m2μm) ，W/m2指的是波长为λ（μm）光的光强 （功率密度）。
不同温度下，黑体的光照度与波长的关系
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温度 波长丰富 波峰移动 光照度增加
PN结内建电场方向：N→P 光生电场方向：P→N
太阳能电池的优缺点
优点： •取之不尽，用之不竭 •无污染 •免费取得，无运输费用 •安全 •适合太空等偏远地区 缺点： •面积大 •晚上无法发电，受云层等影响大 •转换为交流电将损失4%~12%的能量 •成本高
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1.2 太阳能电池发展概况
1839年，贝克勒尔首先发现光伏效应
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能量的单位： 电子伏特（eV） 19
1eV 1 . 602 10
J
能量与波长 E ( eV ) 1240 / 其中λ的单位为 nm 的关系：
1.4 太阳常数---太阳光 太阳是一个充满气体的热球 内核：核聚变反应
辐射
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氢离子层：强烈吸收
热对流
光球层，温度6000K
辐射
low energy photons
三、成绩考核
成绩考核由以下部分组成： （一）平时成绩：出勤及课堂表现（10%）、作业（10%）。 （二）期末考试成绩:闭卷（80%），采用百分制。 （三）最终成绩=平时成绩（20%）+期末考试成绩（80%）
四、教材及参考资料
（一）教材 Martin A.Green，《太阳能电池工作原理、技术和系统应用》， 上海交通大学出版社，2010年。 （二）参考资料
太阳能电池的发展
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1877年，Adams和Day研究了玻璃硒(Sekenium)的光伏效应。
将铂作为电极被放置在透明硒的两端，只需光照就能使玻 璃状的硒产生电流。这是首次全部利用固体来演示光电效应 的试验。他们认为光照射使得硒条的表面结晶化了。
太阳能电池的发展
1883年美国科学加Charles Fritts制造了第一个太阳能电 池。他用两种不同材料的金属板来压制融化的硒，硒与 其中一块板（如黄铜）紧紧黏住，并形成薄片。然后再 将金箔压在硒薄片的另一面，于是，历史第一块光伏器 件就制成了。这个薄膜器件大概有30cm2大，但能量转换 效率仅为1%。
1.3 阳光的物理来源
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光是一种电磁波， 具有波粒二象性 波包：绝对的平面波是不
存在的。 波包可以看成是许多 不同平面波长的平波的叠加， 强度只在有限区域中不为零。
热物体发出电磁辐 射，光谱或波长与 物体的温度有关。
光子的能量
光子的能量： E(J) hf hc /
h为普朗克常数，h 6.6261034 m2kg/s f为频率，c为光速，λ为真空中的波长。 光的能量与波长成反比。
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他也是第一个认识到光伏器件有巨大潜力的人。他知道 光伏器件制作成本较低，并且如果不是马上使用产生的电 流，可以用蓄电池储存起来，或者传送到另外一个地方。
太阳能电池的发展
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1927年，人们研究在铜Cu表面生长氧化亚铜Cu2O层的光伏 效应时，发现了铜-氧化亚铜交界处的整流效应。提出了利用 金属铜及半导体氧化铜接合所形成的太阳能电池，促进了大 面积光电池的发展。
这是基于铜-氧化亚铜结的早期光电池的简单结构图。一圈 圈的铅线作为电极连接在电池接收光的表面。后来改为在表 面溅射金属层，然后移走一部分，形成由金属线构成的网格。
太阳能电池的发展
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1931年Bergmann提高了硒电池的质量，证明这个电池比CuCu2O电池更好。 1939年，Nix发明砣-硫化物光电池。下图展示了由硒、砣-硫 化物和Cu-Cu2O共同组成的电池。
太阳能电池的发展
1990年以后，太阳能电池发电与民用发电相结合。
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德国弗赖堡
澳大利亚东海岸 蒙塔古小岛
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太阳能电池的发展
中国是太阳能电池生产大国。2009年3月，中国宣布了太阳 能补贴计划。继美国之后，2012年9月，欧盟对中国发起光 伏反倾销。
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德国是世界上太阳能电池最普及的国家，其次是日本和美国。
邓小龙 电话：15806605615 邮箱：sps_dengxl@; dengxiaolong84@ 辅导、答疑安排: 周二19：00-20：00，7JB106。
第一章 太阳能电池和太阳光
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内容 (2学时)
1.1 引言 1.2 太阳能电池发展概况 1.3 阳光的物理来源 1.4 太阳常数 1.5 地球表面的日照强度 1.6太阳的视运动
1957年和1958年，苏联与 美国相继发射了第一颗人造 卫星。
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20世纪60年代，用在 人造卫星上的太阳能电 池都是采用类似的结构。 这样的结构沿用了10年 以上。
太阳能电池的发展
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1973 年，第一次石油危机后，太阳能应用转移到一般民用， 如手表、小型计算器。这些设备通常是利用太阳能给镍镉电 池充电。
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太阳常数AM0
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太阳常数，也叫作大气光学质量零辐射（optical air mass-zero radiation），记作AM0（书图1.3）：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 率基本为一常数。 在光伏应用中，采用的太阳常数为：1.3661 kW/m2 地球以椭圆形轨道围绕太阳公转。由椭圆形轨道引起的改变 大概在3.4%左右，一月份时太阳光照度达到最大，最小时为 七月份。