太阳电池工作原理(第一课)
太阳电池工作原理教学课件
引言
1959年第一个光电转换效率为5％的多晶硅太 阳电池问世。
1960年硅太阳电池发电首次并入常规电网。 1975年，美国科学家制作出非晶硅太阳电池。 80年代初，太阳电池开始规模化生产。
颗粒过大）
填充因子
FF和其他关键参数的关系：
FF
FF0
1
(voc
0.7) FF0 RCH voc Rsh
(1
Rs RCH
)
其中
FF0
voc ln(voc 0.72) voc 1
voc
Voc nkT / q
RCH
Voc I sc
填充因子
填充因子还可定义为：
FF Pmax Voc I sc
0
单位面积入射光功率
温度对太阳电池的影响
1 2
电流温度系数：0.1% 电压温度系数：-0.4%（-2.3mV/℃)
曲线1—25℃ 曲线2—35 ℃
温度对太阳电池的影响
短路电流对温度变化的敏感度不大。
开路电压会随温度显著变化，一般温度每升
高1℃，Voc下降约0.4%。
dVoc Vgo Voc （kT/q)
Voc的损失主要在于体内复合。
短路电流
——损失途径
表面的减反射程度，通过制绒和镀减反 射膜使反射率在10%以下。
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。
串联电阻
●● ● 硅金 金 材属 属 料电 与 体极 硅 电电 的 阻阻 接
太阳电池工作原理(第一课)
（2）简单直流系统（Simple DC）
该系统的特点是系统中负载为直流负载，而且负载的使 用时间没有特别要求，负载主要在日间使用，系统中没有蓄 电池，也不需要控制器。整个系统结构简单，直接使用太阳 能电池阵列给负载供电，光伏发电的整体效率较高。如光伏 水泵就使用了这种类型的光伏系统。
直流 用电 设备
5．MPPT工作原理
MPPT本质上是一个寻优过程。通过测量电压、电流和功率，比较它 们之间的变化关系，决定当前工作点与峰值点的位置关系，然后控制电 流（或电压）向当前工作点与峰值功率点移动，最后控制电流（或电压） 在峰值功率点附近一定范围内来回摆动。
图 不同光照强度下的光伏电池最大功率点
5.1. 最佳工作电压 太阳电池伏安特性曲线上最大功率 点所对应的电压。通常用Vm表示 5.2 最佳工作电流 太阳电池伏安特性曲线上最大功率 点所对应的电流。通常用Im表示
太阳能电气基础知识培训
第一部分：半导体知识、光伏发电原 理、光伏发电系统
一. 半导体原理
• 为什么金属容易导电，非金属不易导电？
• 为何名称是“半导体”
原子结构
硅原子示意图
半导体硅 • 硅原子的最外层 电子壳层中有4个电 子。在太阳辐照时，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。
填充因子是表征太阳电池性能优劣 的一个重要参数。
• 10. 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
• 11. 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 压的变化值，通常用β 表示。 • 对于一般晶体硅电池 β =-0.38%/0C
太阳电池的工作原理和基本特性_图文.
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GaxAL1-xAs，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10-5ρ107m），而金属的电阻率则很小（约10-810-6m），绝缘体的电阻率则很大（约ρ108m）。
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著。
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2.14103m减小到0.004m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著的变化。
太阳能电池 工作原理
太阳能电池工作原理
太阳能电池，也称为光伏电池，是一种能够将太阳能直接转化为电能的装置。
它的工作原理基于光电效应。
光电效应是指光线照射到特定材料上时，会使某些电子从原子束缚中释放出来，并形成自由电子和正电子。
太阳能电池利用这一效应，在其内部的半导体材料中引发光电效应。
太阳能电池的关键部件是半导体。
常见的半导体材料有硅和薄膜（如铜铟镓硒），其内部的原子结构具有特殊的能带结构。
当太阳光照射到太阳能电池的半导体上时，光子的能量被传递给半导体中的电子。
这些光子的能量足够大时，会激发半导体中的原子中的电子跃迁到导带（离子束内）上，产生自由载流子。
太阳能电池内的电场会引导自由电子和正电子分别在电路中流动，从而产生电流。
通过在太阳能电池的两端接上负载（如电灯），电流就会流动起来，转化为可利用的电能。
值得注意的是，太阳能电池只能将光能转化为电能，而不能直接储存电能。
因此，在实际应用中，太阳能电池常常与电池组或其他能储装置结合使用，以便在太阳能供应不足时提供稳定的电能输出。
太阳电池原理
Ge32 — 1s22s22p63s23p63d104s24p2
n型半导体 型半导体 Si Si Si Si Si Si P Si 图中掺入的五价P 图中掺入的五价 原子在晶体中替代Si的 原子在晶体中替代 的 位置，构成与Si相同的 位置，构成与 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。 的电场范围内运动。
太阳电池原理
P型半导体 型半导体 N型半导体 型半导体
外部电中性
在阳光照射下，仅是被加热， 在阳光照射下，仅是被加热， 外部看不变化。 外部看不变化。尽管通过光的能 量电子从化学键中被释放， 量电子从化学键中被释放，由此 产生电子-空穴对 但在很短的时间内（ 空穴对， 范围内） 产生电子 空穴对 ， 但在很短的时间内 （ 在 µs范围内 ） 范围内 电子又被捕获，即电子和空穴“复合”。 电子又被捕获，即电子和空穴“复合”
(2) P型半导体 型半导体
杂质元 四价的本征半导体 Si、Ge等，掺入少量三价的杂质元 、 等 掺入少量三价的杂质 形成空穴型半导体 型半导体。 素(如B、Ga、In等)形成空穴型半导体，也称 型半导体。 如 、 、 等 形成空穴型半导体，也称p型半导体
Si Si Si Si Si Si + Si
导电机制： 导电机制 ： 主要是由满带 中空穴的运动形成的。 中空穴的运动形成的。 型半导体中， 在p型半导体中， 型半导体中 多数载流子(多子 多子) 电子 ─ 多数载流子(多子) 少子) 空穴 ─ 少数载流子 (少子 少子 杂质半导体中， 杂质半导体中， 多子的浓度决定于掺杂原子的浓度 少子的浓度决定于温度
太阳电池原理
半导体光生伏特效应 太阳辐射 电能
• p • + _
° n° p-n结是太阳电池的核心 结是太阳电池的核心
太阳能电池板原理
随着全球能源日趋紧张，太阳能成为新型能源得到了大力的开发，其中我们在生活中使用最多的就是太阳能电池了。
太阳能电池是以半导体材料为主，利用光电材料吸收光能后发生光电转换，使它产生电流，那么太阳能电池的工作原理是怎么样的呢？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。
当太阳光照射到半导体上时，其中一部分被表面反射掉，其余部分被半导体吸收或透过。
被吸收的光，当然有一些变成热，另一些光子则同组成半导体的原子价电子碰撞，于是产生电子—空穴对。
这样，光能就以产生电子—空穴对的形式转变为电能。
一、太阳能电池的物理基础当太阳光照射ｐ－ｎ结时，在半导体内的电子由于获得了光能而释放电子，相应地便产生了电子——空穴对，并在势垒电场的作用下，电子被驱向型区，空穴被驱向Ｐ型区，从而使凡区有过剩的电子，Ｐ区有过剩的空穴。
于是，就在ｐ－ｎ结的附近形成了与势垒电场方向相反的光生电场。
如果半导体内存在P—N结，则在P型和N型交界面两边形成势垒电场，能将电子驱向N区，空穴驱向P区，从而使得N区有过剩的电子，P区有过剩的空穴，在P—N结附近形成与势垒电场方向相反光的生电场。
制造太阳电池的半导体材料已知的有十几种，因此太阳电池的种类也很多。
目前，技术最成熟，并具有商业价值的太阳电池要算硅太阳电池。
下面我们以硅太阳能电池为例，详细介绍太阳能电池的工作原理。
1、本征半导体物质的导电性能决定于原子结构。
导体一般为低价元素，它们的最外层电子极易挣脱原子核的束缚成为自由电子，在外电场的作用下产生定向移动，形成电流。
高价元素（如惰性气体）或高分子物质（如橡胶），它们的最外层电子受原子核束缚力很强，很难成为自由电子，所以导电性极差，成为绝缘体。
常用的半导体材料硅（Si）和锗（Ge）均为四价元素，它们的最外层电子既不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚的那么紧，因而其导电性介于二者之间。
将纯净的半导体经过一定的工艺过程制成单晶体，即为本征半导体。
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
太阳电池的基本特性及工作原理
f E 1 e
1
E
EF KT
现在就可用电子能带结构来描述金属、绝缘体和半导体之间的差别。 电导现象是随电子填充允许带的方式不同而不同。被电子完全占据的允许带（称为满 带）上方，隔着很宽的禁带，存在完全空的允许带（称为导带） ，这时满带的电子即使加电 场也不能移动，所以这种物质便成为绝缘体。允许带不完全占满的情况下，电子在很小的电 场作用下就能移动到离允许带少许上方的另一个能级， 成为自由电子， 而使电导率变得很大， 这种物质称为导体。所谓半导体，即是天然具有和绝缘体一样的能带结构，但禁带宽度较小 的物质。在这种情况下，满带的电子获得室温的热能，就有可能越过禁带跳到导带成为自由 电子， 它们将有助于物质的导电性。 参与这种电导现象的满带能级在大多数情况下位于满带 的最高能级，因此可将能带结构简化为图 2.2 。另外，因为这个满带的电子处于各原子的 最外层，是参与原子间结合的价电子，所以又把这个满带称为价带。图中省略了导带的上部 和价带的下部。半导体结晶在相邻原子间存在着共用价电子的共价键。如图 2.2 所示，一旦 从外部获得能量，共价键被破坏后，电子将从价带跃造到导带，同时在价带中留出电子的一 个空位。 这个空位可由价带中邻键上的电子来占据， 而这个电子移动所留下的新的空位又可 以由其它电子来填补。这样，我们可以看成是空位在依次地移动，等效于带正电荷的粒子朝 着与电子运动方向相反的方向移动，称它为空穴。在半导体中，空穴和导带中的自由电子一 样成为导电的带电粒子（即载流子） 。电子和空穴在外电场作用下，朝相反方向运动，但是 由于电荷符号也相反，因此，作为电流流动方向则相同，对电导率起迭加作用。
__________________________________________________________________ 1
太阳能电池板的工作原理
太阳能电池板的工作原理太阳能电池板是一种利用太阳能转换为电能的装置，被广泛应用于太阳能发电系统中。
它的工作原理主要基于光伏效应，通过将太阳光转化为电能，实现清洁能源的利用。
下面将详细介绍太阳能电池板的工作原理。
1. 光伏效应光伏效应是太阳能电池板工作的基础。
当太阳光照射到太阳能电池板上时，光子会激发半导体中的电子，使其跃迁到导带中，形成电子-空穴对。
这种光生电子-空穴对的产生导致半导体中形成电势差，从而产生电流。
这就是光伏效应的基本原理。
2. P-N结构太阳能电池板通常采用P-N结构的半导体材料制成。
P-N结构是指半导体材料中P型半导体和N型半导体的结合。
P型半导体中掺杂有大量的空穴，而N型半导体中掺杂有大量的自由电子。
当P-N结构受到光照时，光生电子-空穴对的产生会在P-N结构中形成电势差，从而产生电流。
3. 工作原理当太阳能电池板暴露在阳光下时，光子会击中太阳能电池板表面的半导体材料。
光子的能量足以激发半导体中的电子，使其跃迁到导带中，形成电子-空穴对。
这些电子-空穴对会在P-N结构中产生电势差，从而形成电流。
通过连接外部电路，这种电流可以被导出并用于供电或储存。
4. 输出电压和电流太阳能电池板的输出电压和电流取决于光照强度和面积大小。
一般来说，光照越强，输出电压和电流就越大。
此外，太阳能电池板的面积越大，可以吸收的太阳能就越多，输出电压和电流也会相应增加。
5. 应用领域太阳能电池板广泛应用于太阳能发电系统中，包括家用光伏发电系统、商业光伏发电系统和大型光伏电站等。
通过太阳能电池板将太阳能转化为电能，可以实现清洁能源的利用，减少对传统能源的依赖，降低能源消耗和环境污染。
总结：太阳能电池板的工作原理是基于光伏效应，通过光子激发半导体中的电子-空穴对，形成电势差从而产生电流。
采用P-N结构的半导体材料制成，输出电压和电流取决于光照强度和面积大小。
太阳能电池板在太阳能发电系统中具有重要的应用前景，是清洁能源的重要组成部分。
太阳能电池板的工作原理
太阳能电池板的工作原理
太阳能电池板是一种利用太阳能转换为电能的装置，被广泛应用于太阳能发电系统中。
它的工作原理主要基于光伏效应，通过将光能转化为电能来实现能源的转换。
下面将详细介绍太阳能电池板的工作原理。
1. 光伏效应
光伏效应是太阳能电池板能够将光能转化为电能的基础。
当太阳光照射到太阳能电池板上时，光子会激发半导体中的电子，使其跃迁到导带中，同时在价带中留下空穴。
这样就形成了电子-空穴对，导致半导体中产生电荷分离的现象。
2. P-N结
太阳能电池板通常由P型半导体和N型半导体组成的P-N结构。
P 型半导体中掺杂有少量的三价元素，N型半导体中掺杂有少量的五价元素。
在P-N结的形成过程中，会形成内建电场，当光子激发电子-空穴对时，电子会被内建电场推向N区，空穴会被推向P区，从而产生电流。
3. 光生电荷的分离和集成
在太阳能电池板中，P-N结的形成使得光生电荷得以分离，电子被推向N区，空穴被推向P区，从而形成电流。
这些电子和空穴会在外部电路中流动，形成电流，实现光能到电能的转换。
4. 输出直流电
经过光生电荷的分离和集成后，太阳能电池板会输出直流电。
这
种直流电可以直接用于充电或供电，也可以通过逆变器转换为交流电，接入电网供电或存储在电池中备用。
总结：
太阳能电池板的工作原理主要基于光伏效应，通过P-N结的形成
和光生电荷的分离和集成，将太阳光能转化为电能。
这种电能可以直
接供电或存储，是一种清洁、可再生的能源形式，对环境友好，具有
广阔的应用前景。
太阳电池工作原理
光生伏打效应
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
光生载流子
太阳电池在光照下，吸收能量大于半导
体禁带宽度的光子，在P区和N区形成光 生电子-空穴对，即光生载流子。这样形 成的电子-空穴对由于热运动，向各个方 向迁移。 电子-空穴对迁移到空间电荷区时，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。
光生载流子的漂移运动
光生载流子的漂移运动
——光生伏特效应
太阳电池等效电路
电子空穴对
硅原子的外层电子壳层中有4个电子。
受到原子核的束缚较小，当得到足够的 能量时，其将脱离原子核的束缚而成为 自由电子，并在原来的位置上留出一个 空穴。电子带负电，空穴带正电。 在纯净的硅晶体中，电子和空穴成对存 在。
N型半导体
由于磷原子具有5 个价电子，所以一
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 原子核的束缚而成 为自由电子。这种 电子导电类型的半 导体，称之为N型
P型半导体
由于硼原子的最 外层只有有3个价
电子，所以一个 硼原子同相邻的4 个硅原子结成共 价键时，还缺少1 个价电子，因而 在一个共价键上 出现一个空穴， 这种空穴导电类 型的半导体，称
太阳电池工作原理
引言
太阳电池—将太阳光能直接转换为电能的半 导体器件
● 种类 1) Si太阳电池 2) GaAs太阳电池 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
太阳电池结构
有机太阳电池工作原理
有机太阳电池工作原理
有机太阳电池是一种使用有机材料将光能转换为电能的装置。
其原理
主要可以分为三步：
第一步：光吸收。
有机太阳电池使用有机分子作为吸收光能的材料，这些有机分子具有
特定的分子结构和光吸收能力。
当太阳光照射到有机分子上时，有机分子
中的电子将被激发，从其原来的基态跃迁到激发态。
第二步：光电转换。
在激发态下，有机分子中的电子可以从分子中脱离，形成自由电子和
空穴（在分子内留下的正电荷）。
在有机太阳电池的设计中，通过将两种
材料（一种充当电子受体，一种充当电子供体）结合在一起，形成p-n结构。
当这两种材料组成的器件受到光能激发时，充当电子供体的有机材料
中电子被激发并跃迁到充当电子受体的有机材料中，从而在p-n结上形成
电荷分离。
第三步：电荷传输。
在形成的电荷分离状态下，电子从充当电子受体的有机材料中向充当
电子供体的有机材料中流动，使光能转换为电能。
在有机太阳电池中，这
种电荷传输通常通过电极（阳极和阴极）引导，并由外部电路收集和利用。
总之，有机太阳电池主要利用有机材料分子的光吸收和电荷分离性质，实现将光能转换为电能的过程。
太阳能电池工作原理
太阳能电池工作原理
太阳能电池，又称光伏电池，是一种能够将太阳能转化为电能的装置。
它是利用光电效应将太阳光直接转化为电能的一种设备。
太阳能电池的工作原理主要是通过光电效应和半导体材料的特性来实现的。
首先，让我们来了解一下光电效应。
光电效应是指当光线照射到金属或半导体表面时，由于光子的能量足够大，可以使金属中的自由电子获得足够的能量而逸出金属表面，形成电流。
这就是光电效应的基本原理。
太阳能电池利用光电效应将太阳光能转化为电能。
太阳能电池的主要组成部分是半导体材料。
当太阳光照射到太阳能电池上时，光子的能量被半导体材料吸收，使得半导体中的电子获得足够的能量跃迁到导带中，形成电子-空穴对。
这些电子-空穴对在半导体中移动，形成电流，从而产生了太阳能电池的输出电能。
在太阳能电池中，半导体材料的选择非常重要。
常见的太阳能电池材料有硅、镓化铟、硒化铜等。
这些材料具有不同的能隙宽度和光电转换效率，从而影响着太阳能电池的性能和成本。
除了半导体材料，太阳能电池的结构也对其工作原理产生影响。
太阳能电池通常由n型半导体和p型半导体组成，它们通过p-n结形成电场，使得电子-空穴对在光照下被分离并形成电流。
此外，太阳能电池还包括透明导电膜、金属电极等辅助材料，用于提高光电转换效率和电流输出。
总的来说，太阳能电池的工作原理是利用光电效应和半导体材料的特性，将太阳光能转化为电能。
通过合理选择半导体材料和优化太阳能电池的结构，可以提高太阳能电池的光电转换效率和电能输出。
随着科技的不断进步，太阳能电池的性能和成本将不断得到改善，为可再生能源的发展做出更大的贡献。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
五. 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
硅太阳电池
单晶硅和多晶硅的区别是： 当熔融的单质硅凝固时,硅原子以金刚石晶格 排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向 相同的晶粒，则形成单晶硅。如果这些晶核长 成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅。多晶 硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。 例如在力学性质、电学性质等方面，多晶硅均 不如单晶硅。多晶硅可作为拉制单晶硅的原料。
填充因子是表征太阳电池性能优劣 的一个重要参数。
• 10. 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
• 11. 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 压的变化值，通常用β 表示。 • 对于一般晶体硅电池 β =-0.38%/0C
5．MPPT工作原理
MPPT本质上是一个寻优过程。通过测量电压、电流和功率，比较它 们之间的变化关系，决定当前工作点与峰值点的位置关系，然后控制电 流（或电压）向当前工作点与峰值功率点移动，最后控制电流（或电压） 在峰值功率点附近一定范围内来回摆动。
图 不同光照强度下的光伏电池最大功率点
5.1. 最佳工作电压 太阳电池伏安特性曲线上最大功率 点所对应的电压。通常用Vm表示 5.2 最佳工作电流 太阳电池伏安特性曲线上最大功率 点所对应的电流。通常用Im表示
（3）大型太阳能供电系统（Large DC）
该系统的特点是系统中用电器也是直流负载，但负载功率比较大，整个 系统的规模也比较大，需要配备较大的太阳能光伏阵列和较大的蓄电池组。 常应用于通信、遥测、监测设备电源，农村集中供电站，航标灯塔、路灯 等领域。如在我国的西部地区部分乡村光伏电站使用了这种类型的光伏系 统，中国移动和中国联通公司在偏僻无电地区的通信基站等。
• 8. 转换效率 受光照太阳电池的最大功率与入 射到该太阳电池上的全部辐射功率的 百分比。 η = Vm Im / Pin • 其中Vm和Im分别为最大输出功率点的电 压和电流， Pin为太阳光输入功率。
年份
表4－3 光伏电池组件的效率
1995 2000 2010
效率（%） 光伏电池
单晶硅 多晶硅 聚光电池 非晶硅 薄膜硅 CIS CdTe
• 下图为在p型半导体材料上扩散磷元素，形成n+/p 型结构的太阳电池。上表面为负极；下表面为正 极。
1．组件的旁路二极管
四. 太阳电池基本参数 • 1.标准测试条件 • 光源辐照度：1000W/m2 ；
• 测试温度： 25±20C ； • AM1.5地面太阳光谱辐照度分布。
• 2. 伏安(I-V)特性曲线 • 受光照的太阳电池，在一定的温度
二. 硅太阳电池的工作原理
所谓光电效应，就是指物体在吸收光 能后，其内部能传导电流的载流子 分布状态和浓度发生变化，由此产 生出电流和电动势的效应。在气体、 液体和固体中均可产生这种效应， 而半导体光伏效应的效率最高。
二. 硅太阳电池的工作原理
三. 太阳电池的结构
• 太阳电池的开路电压与入射光谱辐照 度的对数成正比。
• 4. 短路电流 • 在一定的温度和辐照条件下，光伏发电 器在端电压为零时的输出电流，通常用 Isc来表示。 • Isc与太阳电池的面积大小有关，面积越 大， Isc越大。一般1cm2的太阳电池Isc 值约为16~30mA。 • Isc与入射光的辐照度成正比。 • Isc随温度上升略有增加。
以及不同的外电路负载下，流入负载的电流I 和电池端电压V的关系曲线。
不同辐照度下电池的I-V特性曲线
• 3. 开路电压 在一定的温度和辐照度条件下，光 伏发电器在空载(开路)情况下的端电 压，通常用Voc来表示。 • 太阳电池的开路电压与电池面积大小 无关，通常单晶硅太阳电池的开路电 压约为450-600mV，最高可达690mV 。
DC
直流 用电 设备
直流 用电 设备
DC AC
直流 用电 设备
直流 用电 设备
交流用电 设备
（5）并网系统（Utility Grid Connect）
这种系统的最大特点是太阳能电池阵列转换产生的直流电经过三相逆 变器（DC/AC）转换成为符合公共电网要求的交流电并直接并入公共电 网，供公共电网用电设备使用和远程调配。这种系统中所用的逆变器必 需是专用的并网逆变器，以保证逆变器输出的电力满足公共电网的电压、 频率和相位等性能指标的要求。这种系统通常能够并行使用市电和太阳 能电池阵列作为本地交流负载的电源，降低了整个系统的负载缺电率； 而在夜晚或阴雨天气，本地交流负载的供电可以从公共电网获得。
太阳能电气基础知识培训
第一部分：半导体知识、光伏发电原 理、光伏发电系统
一. 半导体原理
• 为什么金属容易导电，非金属不易导电？
• 为何名称是“半导体”
原子结构
硅原子示意图
半导体硅 • 硅原子的最外层 电子壳层中有4个电 子。在太阳辐照时，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。
直流 用电 设备
直流 用电 设备
直流 用电 设备
直流 用电 设备
（4）交流、直流供电系统（AC/DC）
该系统的特点是系统中同时含有直流负载和交流负载，整个系统结 构比较复杂，整个系统的规模也比较大，同样需要配备较大的太阳能光 伏阵列和较大的蓄电池组。如在一些同时具有交流和直流负载的通信基 站或其他一些含有交流和直流负载的光伏电站中使用了这种类型的光伏 系统。
DC AC
15 14 22 7～9 8～10 7～9 7～9
18 16 25 10 12 12 12
22 20 30 14 15 14 15
• 9. 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
• 如果在硅晶体中搀入能够俘获电子的 3价杂质，如：硼，鋁，镓或铟等，就 成了空穴型半导体，简称p型半导体。 • 如果在硅晶体中搀入能够释放电子的 磷，砷，或锑等5价杂质，就成了电子 型半导体，简称n型半导体。
P-N结特性
• 势垒电场：若将这两种半导体结合在一起，由于电子和 空穴的扩散，在交界面处便会形成p-n结，并在结的两边 产生内建电场。 • 单向导电性：由于P 区中的空穴向N区扩散后与N区中的 电子复合，而N区中的电子向P区扩散后与P 区中的空穴 复合，这使电偶极层中自由载流子数减少而形成高阻层， 故电偶极层也叫阻挡层，阻挡层的电阻值往往是组成PN 结的半导体的原有阻值的几十倍乃至几百倍。
p-n结内建电场
• 当太阳光（或其他光）照射到太阳电池上 时，电池吸收光能，能量大于禁带宽度的光 子，穿过减反射膜进入硅中，激发出光生电 子–孔穴对，并立即被内建电场分离，光生 电子被送进n区，光生孔穴则被推进p区，这 样在内建电场的作用下，光生电子-孔穴对 被分离，在光电池两端出现异号电荷的积累， 即产生了“光生电压”，这就是“光生伏打 效应”（简称光伏）。在内建电场的两侧引 出电极并接上负载，在负载中就有“光生电 流”流过，从而获得功率输出。
生产过程
五. 太阳发电系统
1. 太阳能电池阵列
2. 逆变器
3. 用电设备
4. 进户计量仪表
1. 太阳能光伏发电系统的结构
2. 光伏系统分类 （1）小型太阳能供电系统（Small DC）
该系统的特点是系统中只有直流负载而且负载功率比较 小，整个系统结构简单，操作简便。如在我国的西北地区大 面积推广使用了这种类型的光伏系统，负载为直流节能灯、 家用电器等，用来解决无电地区家庭的基本照明和供电问题。
（2）简单直流系统（Simple DC）
该系统的特点是系统中负载为直流负载，而且负载的使 用时间没有特别要求，负载主要在日间使用，系统中没有蓄 电池，也不需要控制器。整个系统结构简单，直接使用太阳 能电池阵列给负载供电，光伏发电的整体效率较高。如光伏 水泵就使用了这种类型的光伏系统。
直流 用电 设备