课件--非晶硅太阳能电池基础知识.
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非晶硅薄膜太阳能电池由Carlson和Wronski在20世 纪70年代中期开发成功,80年代其生产曾达到高潮, 约占全球太阳能电池总量的20%左右,但由于非晶 硅太阳能电池转化效率低于晶体硅太阳能电池,而 且非晶硅太阳能电池存在光致衰减效应的缺点:光 电转换效率会随着光照时间的延续而衰减,其发展 速度逐步放缓。 目前非晶硅薄膜太阳能电池产量占全球太阳能电池 总量的10%左右。但由于晶体硅的短缺及价格上涨 将是长期存在的事实,即使晶体硅瓶颈突破,能源 节省优势仍然能保障非晶硅太阳能电池的生存空间。
5、温度系数 电压、电流,最大输出功率的温度系数 在某一温度,温度每升一度,参数相对变化。 如:25℃ (Isc(26℃)-Isc(25℃)/Isc(25℃)×100%/℃ 电池电压温度系数:-0.33%/℃, 电流温度系数:0.09%/℃, 输出功率温度系数:-0.23%/℃ 6、转换效率 η -----在一定光照下(Am1.5(1000nw)/cm²),太 阳电池的最大输出功率Pm与入射光能之比。 η =Vm.Im/Pin η =pm/pin 转换效率是一个太阳电池性能好坏的最主要的标志,显然转换 效率越高太阳电池把太阳能转换变成电能越强,太阳能的利用 越高,在相同的条件下,输出的电能越大。 目前单晶硅电池,实验室可排到18%,批量生产可达到14%; 非晶硅电池,实验室可达到13.2%,批量生产可达到6-10%;
1、太阳光是以辐射的方式向空间传输能量的,地球每年 接受到的阳光的能量相当于现在世界年发电量的14万倍。 太阳光谱的波长: 0.7-几百微米 红外光 0.4-0.75微米 可见光 0.3-0.4微米 紫外光 0.3微米以下 X射线 2、波长与频率的关系 λ =L / V λ :波长, V:频率, L:光速 hv=E 光子能量
自1974年人们得到可掺杂的非晶硅薄膜后,就意识到它在太阳 能电池上的应用前景,开始了对非晶硅太阳能电池的研究工作。 1976年:RCA公司的Carlson报道了他所制备的非晶硅太阳能电 池,采用了金属-半导体和p-i-n两种器件结构,当时的转换效 率不到1%。 1977年:Carlson将非晶硅太阳能电池的转换效率提高到5.5%。 1978年:集成型非晶硅太阳能电池在日本问世。 1980年:ECD公司作成了转换效率达6.3%的非晶硅太阳能电池, 采用的是金属-绝缘体-半导体(MIS)结构;同年,日本三洋公 司向市场推出了装有面积为5平方厘米非晶硅太阳能电池的袖珍 计算器。 1981年:开始了非晶硅及其合金组成的叠层太阳能电池的研究。 1982年:市场上开始出现装有非晶硅太阳能电池的手表,充电 器、收音机等商品。 1984年:开始有作为独立电源用的非晶硅太阳能电池组合板。
大气层对太阳光吸收、散射: 1)太阳光穿透大气层,峰底波长向长波方向偏移,水气二氧化碳滤 掉一部分红外光,臭氧滤掉一部分紫外光。 2)大气层外,太阳光谱的峰值在0.5μ 附近 大气层的厚度在100公里左右。 大气层外“大气质量为0”为:AM0 太阳垂直照射在海平面“大气质量为1”为:AM1 太阳光与海平面的法线夹角60度时它通过大气的质量为:AM2 AM0太阳光谱总投射功率为:135.3mw/cm2 AM1太阳光谱总投射功率为:100mw/cm2 AM2太阳光谱总投射功率为:72—75mw/cm2 测试太阳电池的标准光强是:AM1.5 1000W/m2 温度为:25℃
1.2、大气质量
1、按应用的场合分: a、空间应用:卫星、通讯卫星、间谍卫星、气象卫星、资 源普查卫星、宇宙飞船、空间站。 b、地面应用:太阳能电站、通讯、广播、交通、气象站、 地质勘察、管道保护、道口信号、边防哨所、计算器、手 表、照相机、玩具、水泵、照明、家用电器 2、按使用方式: 干板式、聚光式、自动跟踪式 3、按使用材料分:单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非 晶硅太阳电 4、按“结”分:PN结电池、PIN结电池、多结电池、异质结电 池 5、其他薄膜太阳电池:a-Si、CIS 研究中的铜铟硒、及各 种非晶硅基合金电池。
1、晶体硅太阳电池
2、非晶硅太阳电池
1、短路电流Isc ----- 在一定的光照下通常取AM1.5=100mw/cm²输 出端短路时,太阳电池的输出电流。 2、开路电压Voc---在一定的光照(AM1.5)输出端开路时,太阳电池 的两端的电压。 3、填充因子 FF 填充因数FF定义为:FF=Pm / (Isc * Voc) =(Im * Vm) / Isc*voc 即最大输出功率与短路电流和开路电压乘积的比,“有时也把 Isc称作太阳电池的极限功率”填充因数是太阳电池质量好坏的 一个重要标志,FF越大,说明电池的最大输出功率越接近极限输 出的功率。 影响FF的重要因素是串联电阻Rsh,Rs越大,FF越小。
4、最大输出功率Pm----“峰值功率”在一定光照下(AM1.5)太阳电池 能够输出的最大功率:Pm=Im*Vm 由太阳电池的输出特性曲线可以看出:虽然在同样的光照下同一块太 阳电池负载不同,太阳电池的输出功率也不同, A点:负载电阻RA,RA.VA/Id(1/RA的斜率)此时太阳电池的输出功率为: PA=Id*VA B点:“负载电阻为RB的输出功率为PB=IdVB,显然PB>PA P点:输出功率最大,Vm=Im-Vm称作 太阳电池的最大输出功率相对应的 负载电阻Pm称为最佳负载,在设计 太阳电池的应用产品时,一定要注 意选用的负载,使其电阻等于最佳 负载电阻,使其输出功率Pm最大,Leabharlann Baidu即尽量发挥太阳电池的潜力。
非晶硅太阳能电池基础知识
太阳能电池是能把光能直接转换成电能的半导体器件,主要是 半导体材料制造成的。 太阳电池把光能转化成电能,包括下面三个过程; 1、太阳光或其他光照射到太阳能电池的表面。 2、太阳能电池的半导体能吸收光子,并激发出电子-空穴对, 这些电子空穴对被太阳电池的内建场分离,分离的条件: a、有内建电场; b、电子空穴有足够长的寿命和迁移率,使μ t足够大, μ t 为在内建场的作用下,在电子空穴的寿命时间内漂移的距离, 这个距离保证电子空穴“分开”,电子集中在一边,空穴集中 在另一边,太阳电池利用PN结或PIN结势垒区的静电场达到分 离电子、空穴的目的。 3、被分离的电子空穴,经电极收集输出到电池体外,形成电池。