第一章-太阳能电池和太阳光PPT课件
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太阳能电池ppt课件
薄硅/陶瓷 CdTe
CIS
0.26－0.3 0.39－0.3
0.18－/
90年代中 80年代中
00年代初
2001、2002年太阳电池的产量及份额
2001 mc-Si 184.85 47.33% Sc-Si 137.18 35.13% a-Si 33.68 8.62% a-Si/Cz 18.0 4.61% RibbonSi 13.6 3.48 % CdTe 1.53 0.39% CIS 0.7 0.18% Si/LCS 1.0 0.26% C-Si/Sc-Si
2.2.2.2 化合物电池 CIGS 电池：提高效率，大面积重复性，S代Se CdTe电池：提高效率，大面积重复性 Gratzel电池 －高效染料，固体或准固态电 解质， 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。
正面焊接：是将汇流带焊接到电池正面（负极）的主栅线上， 汇流带为镀锡的铜带，我们使用的焊接机可以将焊带以多点 的形式点焊在主栅线上。焊接用的热源为一个红外灯（利用 红外线的热效应）。焊带的长度约为电池边长的2倍。多出 的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极6片电池串接在一起形成一个组件 串，我们目前采用的工艺是手动的，电池的定位主要靠一个 膜具板，上面有36个放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的 大小相对应，槽的位置已经设计好，不同规格的组件使用不 同的模板，操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池”的正 面电极（负极）焊接到“后面电池”的背面电极（正极）上， 这样依次将36片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。 层压敷设：背面串接好且经过检验合格后，将组件串、玻璃 和切割好的EVA 、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好， 准备层压。玻璃事先涂一层试剂（primer）以增加玻璃和 EVA的粘接强度。敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位 置，调整好电池间的距离，为层压打好基础。（敷设层次： 由下向上：玻璃、EVA、电池、EVA、玻璃纤维、背板）。
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。
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
太阳能发电ppt课件
存在的能源，是直接来自自然界而未经人们加工转换的 能源。煤炭、石油、天然气、水能、太阳能、风能、生 物质能、海洋能、地热能等都是一次能源。一次能源在 未被人类开发以前，处于自然赋存状态时，叫做能源资 源。世界各国的能源产量和消费量，一般均指一次能源
而言。为了便于比较和计算，习惯上把各种一次能源均 折合为“标准煤”或“油当量”，作为各种能源的统一 计量单位。
§1
第一章 概 述
序号 利用方式
内容
直接光发电：光伏发电、光偶极子发电
1
太阳能发电
间接光发电：光热动力发电、光热离子发电、热光 伏发电、光热温差发电、光化学发电、光生物电池(叶
绿素电池)等
高温利用(>800℃)：高温太阳炉、熔炼金属等 中温利用(200～800℃)：太阳灶、太阳能热发电等 2 太阳能热利用 低温利用(<200℃)：太阳热水器、太阳能干燥、海水 淡化、太阳能空调制冷、太阳房、太阳能暖棚等。
把太阳辐射能转换成热能的属于太阳能 利用技术。
再利用热能进行发电的称为太阳能熱发 电。也属于这一技术领域．
第一章 概 述 太阳能光热发电
塔式 槽式 碟式
§1 第一章 概 述
太阳能光伏发电
光能只要转换 成电能便可。 这方法还可把 光波从太空传 送至地球，转 成电能供给用 户使用。
第一章 概 述
§1 第一章 概 述
源 非再生 能源
地
太阳 能
风能
水能
生物 质能
热 能
海水 温差 能
海水 盐 差能
海洋波 浪能
海 （湖） 流能
潮汐能
核能
煤炭 石油 天然气 油页岩
二 次 能 源
焦 炭பைடு நூலகம்
而言。为了便于比较和计算，习惯上把各种一次能源均 折合为“标准煤”或“油当量”，作为各种能源的统一 计量单位。
§1
第一章 概 述
序号 利用方式
内容
直接光发电：光伏发电、光偶极子发电
1
太阳能发电
间接光发电：光热动力发电、光热离子发电、热光 伏发电、光热温差发电、光化学发电、光生物电池(叶
绿素电池)等
高温利用(>800℃)：高温太阳炉、熔炼金属等 中温利用(200～800℃)：太阳灶、太阳能热发电等 2 太阳能热利用 低温利用(<200℃)：太阳热水器、太阳能干燥、海水 淡化、太阳能空调制冷、太阳房、太阳能暖棚等。
把太阳辐射能转换成热能的属于太阳能 利用技术。
再利用热能进行发电的称为太阳能熱发 电。也属于这一技术领域．
第一章 概 述 太阳能光热发电
塔式 槽式 碟式
§1 第一章 概 述
太阳能光伏发电
光能只要转换 成电能便可。 这方法还可把 光波从太空传 送至地球，转 成电能供给用 户使用。
第一章 概 述
§1 第一章 概 述
源 非再生 能源
地
太阳 能
风能
水能
生物 质能
热 能
海水 温差 能
海水 盐 差能
海洋波 浪能
海 （湖） 流能
潮汐能
核能
煤炭 石油 天然气 油页岩
二 次 能 源
焦 炭பைடு நூலகம்
第一讲：太阳能电池和太阳光1
• 自1954年发明太阳能电池至今，目前已经进入 第三代发展期。
– 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
江西工业工程职业技术学院电子系林梅
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。
江西工业工程职业技术学院电子系林梅
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
江西工业工程职业技术学院电子系林梅
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
江西工业工程职业技术学院电子系林梅
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
– 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
江西工业工程职业技术学院电子系林梅
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。
江西工业工程职业技术学院电子系林梅
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
江西工业工程职业技术学院电子系林梅
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)
太阳能介绍ppt
太阳能利用技术
主要内容
一、 太阳能利用基础知识 二、 太阳能热水器(系统)技术 三、 太阳灶技术 四、 太阳房技术 五、 太阳能光伏发电技术
第一章 太阳能利用基础知识
一、太阳与地球 二、太阳能源特点 三、我国的太阳能资源情况 四、太阳能利用的主要方式
一、太阳与地球 ----太阳பைடு நூலகம்
（1）
（2）
• 太阳是银河系中1.5亿颗恒 • 太阳内部一直进行核聚变，
三、我国的太阳能资源情况
• （一）资源丰富区
（年太阳辐照量大于150万千卡/M2 ） 新疆南部、西藏西部、青海西部。
• （二）资源较丰富区
（年太阳辐照量120-150万千卡/M2） 新疆北部、青海东部、西藏东南部。
• （三）资源一般区
（（年太阳辐照度100-120万千卡/M2）
湖南、安徽、浙江、江西、福建。 • 4．资源贫乏区
• 2、不稳定，受季节、昼 夜、天气阴晴云雨等因素 影响。
• 3、太阳能利用设备的初 投资相对较大。
（三）对太阳能源的评价
1、随着环保治理力度的加大，常规能源的使用成本 将明显提高，促使人们选择利用太阳能等可再生 能源来降低运行能源费用。
2、由于太阳能无污染，政府将鼓励充分利用太阳能 资源。
3、随着技术进步，太阳能利用设备的效率将逐步提 高，设备成本将逐步降低，为太阳能源的广泛利 用创造条件。
• 太阳运动的纬度范围
南纬23°27″-- 北纬23°27″
• 南、北回归线
南北纬23°27″两条纬线。
• 春夏秋冬四季变化 太阳在南北回归线之间的运 动形成地球的四季变化。
季节
夏至
小满 立夏 谷雨 春分 雨水 立春 大寒
一、太阳与地球 ----我国农历主要节气
主要内容
一、 太阳能利用基础知识 二、 太阳能热水器(系统)技术 三、 太阳灶技术 四、 太阳房技术 五、 太阳能光伏发电技术
第一章 太阳能利用基础知识
一、太阳与地球 二、太阳能源特点 三、我国的太阳能资源情况 四、太阳能利用的主要方式
一、太阳与地球 ----太阳பைடு நூலகம்
（1）
（2）
• 太阳是银河系中1.5亿颗恒 • 太阳内部一直进行核聚变，
三、我国的太阳能资源情况
• （一）资源丰富区
（年太阳辐照量大于150万千卡/M2 ） 新疆南部、西藏西部、青海西部。
• （二）资源较丰富区
（年太阳辐照量120-150万千卡/M2） 新疆北部、青海东部、西藏东南部。
• （三）资源一般区
（（年太阳辐照度100-120万千卡/M2）
湖南、安徽、浙江、江西、福建。 • 4．资源贫乏区
• 2、不稳定，受季节、昼 夜、天气阴晴云雨等因素 影响。
• 3、太阳能利用设备的初 投资相对较大。
（三）对太阳能源的评价
1、随着环保治理力度的加大，常规能源的使用成本 将明显提高，促使人们选择利用太阳能等可再生 能源来降低运行能源费用。
2、由于太阳能无污染，政府将鼓励充分利用太阳能 资源。
3、随着技术进步，太阳能利用设备的效率将逐步提 高，设备成本将逐步降低，为太阳能源的广泛利 用创造条件。
• 太阳运动的纬度范围
南纬23°27″-- 北纬23°27″
• 南、北回归线
南北纬23°27″两条纬线。
• 春夏秋冬四季变化 太阳在南北回归线之间的运 动形成地球的四季变化。
季节
夏至
小满 立夏 谷雨 春分 雨水 立春 大寒
一、太阳与地球 ----我国农历主要节气
太阳能电池介绍ppt课件
金属与半导体的区别： 金属的导带和价带重叠在一起，不存在禁带，在一切条件 下具有良好的导电性。 半导体有一定的禁带宽度，价电子必须获得一定的能量 （>Eg）“激发”到导带才具有导电能力。激发的能量可以 是热或光的作用。 常温下，每立方厘米的硅晶体，导带上约有l010个电子， 每立方厘米的导体晶体的导带中约有1022个电子。 绝缘体禁带宽度远大于半导体，常温下激发到导带上的电 子非常少，固其电导率很低 。
3.1 太阳能光伏发电原理
硅晶体和所有的晶体都是由原子(或离子、分子)在空间按 一定规则排列而成。这种对称的、有规则的排列叫做晶体 的晶格。一块晶体如果从头到尾都按一种方向重复排列， 即长程有序，就称其为单晶体。在硅晶体中，每个硅原子 近邻有四个硅原子，每两个相邻原子之间有一对电子，它 们与两个相邻原子核都有相互作用，称为共价键。正是靠 共价键的作用，使硅原子紧紧结合在一起，构成了晶体。
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
3.1 太阳能光伏发电原理
8.载流子的输运 半导体中存在能够导电的自由电子和空穴，这些载流子 有两种输运方式：漂移运动和扩散运动。 载流子在热平衡时作不规则的热运动，与晶格、杂质、 缺陷发生碰撞，运动方向不断改变，平均位移等于零，这 种现象叫做散射。散射不会形成电流。 半导体中载流子在外加电场的作用下，按照一定方向的 运动称为漂移运动。外界电场的存在使载流子作定向的漂 移运动，并形成电流。 扩散运动是半导体在因外加因素使载流子浓度不均匀而 引起的载流子从浓度高处向浓度低处的迁移运动。 扩散运动和漂移运动不同，它不是由于电场力的作用产 生的，而是由于载流子浓度差的引起的。
3.1 太阳能光伏发电原理
硅晶体和所有的晶体都是由原子(或离子、分子)在空间按 一定规则排列而成。这种对称的、有规则的排列叫做晶体 的晶格。一块晶体如果从头到尾都按一种方向重复排列， 即长程有序，就称其为单晶体。在硅晶体中，每个硅原子 近邻有四个硅原子，每两个相邻原子之间有一对电子，它 们与两个相邻原子核都有相互作用，称为共价键。正是靠 共价键的作用，使硅原子紧紧结合在一起，构成了晶体。
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
3.1 太阳能光伏发电原理
8.载流子的输运 半导体中存在能够导电的自由电子和空穴，这些载流子 有两种输运方式：漂移运动和扩散运动。 载流子在热平衡时作不规则的热运动，与晶格、杂质、 缺陷发生碰撞，运动方向不断改变，平均位移等于零，这 种现象叫做散射。散射不会形成电流。 半导体中载流子在外加电场的作用下，按照一定方向的 运动称为漂移运动。外界电场的存在使载流子作定向的漂 移运动，并形成电流。 扩散运动是半导体在因外加因素使载流子浓度不均匀而 引起的载流子从浓度高处向浓度低处的迁移运动。 扩散运动和漂移运动不同，它不是由于电场力的作用产 生的，而是由于载流子浓度差的引起的。
太阳能原理与技术课件
E E
k 直接带隙材料，效率高
k 间接带隙材料，效率低
能带---波矢图
跃迁选择定则: 跃迁的始末态应具有相同的波矢
主要半导体材料
间接带隙
★ IV族半导体材料 ----硅Si，锗Ge
----用于集成电路、光电检测 直接带隙
★ III-V族化合物半导体材料 ---GaAs, InP，GaAlAs，InGaAsP
1900年初，当时在英国物理学界最权威的汤姆逊在皇家学会的新年 致辞中，发表了题为「笼罩在热和光的动力理论上的十九世纪之云」 的著名演讲。他认为物理世界晴空万里，动力理论可以解释一切物理
问题；唯有两朵小乌云：以太理论和黑体辐射的理论解释。
相对论
量子力学
原著：儒勒·凡尔纳
1.黑体辐射
黑体辐射
• 黑色物体容易吸收热辐射，白色不容易吸 收，几乎全部反射热辐射
微晶硅太阳电池：在接近室温 的低温下制备，特别是使用大 量氢气稀释的硅烷，可以生成 晶粒尺寸10nm的微晶硅薄膜， 薄膜厚度一般在2---3μm，目前 转换效率为10%以上。
2.化合物太阳能电池
单晶化合物太阳电池：主要有砷 化镓太阳电池（如图）。砷化镓 的能隙为1.4eV，是单结电池中效 率最高的电池，但价格昂贵，且 砷有毒，所以极少使用。
光能
太阳能电池利用半导体材料的电子特性，把阳光直接转换为电能。
太阳能电池分类
太阳电池分类
• 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
6000K黑体 AM0辐射
AM1.5辐射
k 直接带隙材料，效率高
k 间接带隙材料，效率低
能带---波矢图
跃迁选择定则: 跃迁的始末态应具有相同的波矢
主要半导体材料
间接带隙
★ IV族半导体材料 ----硅Si，锗Ge
----用于集成电路、光电检测 直接带隙
★ III-V族化合物半导体材料 ---GaAs, InP，GaAlAs，InGaAsP
1900年初，当时在英国物理学界最权威的汤姆逊在皇家学会的新年 致辞中，发表了题为「笼罩在热和光的动力理论上的十九世纪之云」 的著名演讲。他认为物理世界晴空万里，动力理论可以解释一切物理
问题；唯有两朵小乌云：以太理论和黑体辐射的理论解释。
相对论
量子力学
原著：儒勒·凡尔纳
1.黑体辐射
黑体辐射
• 黑色物体容易吸收热辐射，白色不容易吸 收，几乎全部反射热辐射
微晶硅太阳电池：在接近室温 的低温下制备，特别是使用大 量氢气稀释的硅烷，可以生成 晶粒尺寸10nm的微晶硅薄膜， 薄膜厚度一般在2---3μm，目前 转换效率为10%以上。
2.化合物太阳能电池
单晶化合物太阳电池：主要有砷 化镓太阳电池（如图）。砷化镓 的能隙为1.4eV，是单结电池中效 率最高的电池，但价格昂贵，且 砷有毒，所以极少使用。
光能
太阳能电池利用半导体材料的电子特性，把阳光直接转换为电能。
太阳能电池分类
太阳电池分类
• 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
6000K黑体 AM0辐射
AM1.5辐射
太阳能电池-工作原理、技术和系统应用的完整-太阳能电池课件-新南威尔士大学ppt课件
.
太阳能电池概论
第一章 太阳能电池和太阳光
杂质半导体
n型半导体 Si Si Si Si
Si
P
Si
Si
.
太阳能电池概论
21
图中掺入的五 价P原子在晶体中替 代Si的位置，构成与 Si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。
第一章 太阳能电池和太阳光
杂质半导体
硅原子
Si
磷原子
水力
2001
2010
2020
2030
2040
太阳能电池概论
预计2040年太阳能电池占25%
.
第一章 太阳能电池和太阳光
1.2 太阳能电池工作原理及发展概况
11
1.2.1太阳能电池工作原理
太阳能 半导体材料
电能太阳能电池来自基本工作原理：光伏效应（Photovoltaic effect）
.
太阳能电池概论
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。
.
太阳能电池概论
第一章 太阳能电池和太阳光
5
第一章 太阳能电池和太阳光
.
太阳能电池概论
第一章 太阳能电池和太阳光
6
主要内容
1.1 引言
1.2 太阳能电池工作原理及发展概况
纯净的单晶半导体 称为本征半导体。
15
本征半导体
.
太阳能电池概论
第一章 太阳能电池和太阳光
本征半导体中
价电子（热激发） 自由电子-空穴对
复合 平衡
.
太阳能电池概论
本征半导体 16
《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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在军事上的应用
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在航空领域的应用
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卫星上的太阳能电池
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在生活中的应用
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汽车上的太阳能电池
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电动玩具上的太阳能电池
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在公共设施上的应用
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在工农业上的应用
太阳能电池-工作原理、技术和系统应用的完整-太阳能电池课件-新南威尔士大学ppt课件
纯净的单晶半导体 称为本征半导体。
15
本征半导体
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太阳能电池概论
第一章 太阳能电池和太阳光
本征半导体中
价电子（热激发） 自由电子-空穴对
复合 平衡
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太阳能电池概论
本征半导体 16
第一章 太阳能电池和太阳光
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在外电场作用下，电子的定向移动形成电流
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太阳能电池概论
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太阳能电池概论
第一章 太阳能电池和太阳光
39
1941年Ohl展示了一种基于天然p-n结的光伏器件。 1946年Ohl研发出了硅制太阳能电池。
硅铸锭中，杂质在熔 融时分离形成天然的 p-n结。切割硅锭便可 制备太阳能电池。
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太阳能电池概论
早期太阳能电池 结构示意图
第一章 太阳能电池和太阳光
40
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。
水力
2001
2010
2020
2030
2040
太阳能电池概论
预计2040年太阳能电池占25%
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第一章 太阳能电池和太阳光
1.2 太阳能电池工作原理及发展概况
11
1.2.1太阳能电池工作原理
太阳能 半导体材料
电能
太阳能电池
基本工作原理：
15
本征半导体
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太阳能电池概论
第一章 太阳能电池和太阳光
本征半导体中
价电子（热激发） 自由电子-空穴对
复合 平衡
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太阳能电池概论
本征半导体 16
第一章 太阳能电池和太阳光
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在外电场作用下，电子的定向移动形成电流
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太阳能电池概论
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太阳能电池概论
第一章 太阳能电池和太阳光
39
1941年Ohl展示了一种基于天然p-n结的光伏器件。 1946年Ohl研发出了硅制太阳能电池。
硅铸锭中，杂质在熔 融时分离形成天然的 p-n结。切割硅锭便可 制备太阳能电池。
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太阳能电池概论
早期太阳能电池 结构示意图
第一章 太阳能电池和太阳光
40
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。
水力
2001
2010
2020
2030
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太阳能电池概论
预计2040年太阳能电池占25%
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第一章 太阳能电池和太阳光
1.2 太阳能电池工作原理及发展概况
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1.2.1太阳能电池工作原理
太阳能 半导体材料
电能
太阳能电池
基本工作原理：
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太阳能电池的发展
9
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%。
--
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
10
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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温度
波长丰富 波峰移动 光照度增加
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
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
5
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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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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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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
11
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。
7
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。
--
太阳能电池的发展
8
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。
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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
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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
16
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%。
--
太阳能电池的发展
17
1990年以后，太阳能电池发电与民用发电相结合。
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：
--
F()
2hc2
5expkhTc
1
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
--
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
2
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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
3
--
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 )
的关系： 其中λ的单位为μm
1.4 太阳常数---太阳光
22
太阳是一个充满气体的热球
--
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。
--
德国弗赖堡
澳大利亚东海岸 蒙塔古小岛
18--太阳能电池的 Nhomakorabea展19
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
20
光是一种电磁波，具有波粒二象性 波包
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
6
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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
. . .
太阳能电池发展概况
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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
15
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。