第一章-太阳能电池和太阳光PPT课件

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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型太阳能电 池，转换效率超过20%。
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太阳能电池的发展
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1990年以后，太阳能电池发电与民用发电相结合。
太阳能电池的发展
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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%。
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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。
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1.3 阳光的物理来源Leabharlann Baidu
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光是一种电磁波，具有波粒二象性 波包
早期太阳能电池 结构示意图
太阳能电池的发展
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1954年贝尔实验室的三位科学家发现，在硅中掺杂一些杂 质后，硅对光更加敏感。他们共同研制出了第一块现代太阳 能电池，转换效率达到6%。这是太阳能电池发展史上一个 重要里程碑，为人造卫星提供了可贵的能源。
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利用扩散方式制备的 单晶硅pn结
太阳能电池的发展
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
1.2 太阳能电池发展概况
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19世纪30年代 首先发现光伏效应 20世纪50年代 第一个实用的光伏器件
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
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太阳能电池发展概况
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。
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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太阳能电池的优缺点
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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
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热物体发出电磁辐射，光谱或波 长由物体的温度有关。
光子的能量
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光子的能量： E(J)h fh/c
h为普朗克常数，h6.6261034m2kg/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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能量的单位： 电子伏特（eV）
1 e V 1 .6 0 1 1 2 0 J 9
能量与波长 E(eV )1.2/4
光照度：黑体发射的电磁辐射的辐射功率F（光照度）与波长 的关系公式由普朗克辐射定律给出：
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F()
2hc2
5expkhTc
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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
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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
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内容
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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
1.1 引言
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太阳能
动物、植物
化石燃料 生物能 风能 水能
电能
太阳能电池工作原理：
光伏效应 (Photovoltaic effect )
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法国物理学家Edmond Becquerel于1839首先观察到，把光线 照到覆有感光材料AgCl的电极上，会产生电流，这就是光伏 效应，当时他仅19岁。
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太阳能电池的发展
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1877年，Adams和Day研究了硒(Sekenium)的光伏效应。
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将铂作为电极被放置在透明硒的两端，只需光照就能使硒 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。
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，可以用蓄电池中储存起来，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。
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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。
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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
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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。
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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。
的关系： 其中λ的单位为μm
1.4 太阳常数---太阳光
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太阳是一个充满气体的热球
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内核：核聚变反应
辐射
氢离子层：强烈吸收
热对流
光球层，温度6000K
辐射
地球
黑体与光照度
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黑体：许多常见的光源如太阳和白炽灯都是相似的黑体模型。 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。