光伏物理与光伏材料课件第四章 高效IIIV族化合物太阳能电池
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III-V族化合物半导体太阳能电池_2023年学习资料
從能隙大小來看，磷化銦-InP、砷化镓GaAs、以-及碲化鎘CdTe等半導體材料，是極適合於製作高-效率的 陽能電池·-■能带間隙小於1.4~1.5電子伏特的半導體材料，其光波-的波長分布於紅外光的光譜區域，適合於 外光的光-波吸收。-■倘若將不同能隙的半導體材料，進行不同薄膜層的堆-叠，可以使其波長感度變得較大的區域分 ，因而可-以吸收不同波長的光譜，進而提升光電轉换效率。
大部分III-V族化合物半導體，是直接能隙半-導體，其能量與動量的轉移過程僅需要光子的-釋出-■-在間接能 半導體方面，其能量與動量的轉移-過程不僅僅是光子的釋出，而且其晶體的晶格-熱振動將產生動量的變化，進而衍生 聲子的-遷移效應
電子能量-電洞-hc-Eg能隙能量-動量-a
砷化镓太陽能電池基本特性-1.-高的光電能量轉换效率。-2.-適合於大面積薄膜化製程·-3.-高的抗輻射線 能·-4.-可耐高溫的操作。-5.-低成本而高效率化的生產製程。-6.-適用於太空衛星系統·-7.-可設計 特殊性光波長吸收的太陽能電池。-8.-極適合於聚光型或集光型太陽能電池應用。-9.-具有正負電極導電支架而 於插件安排。
III-V族化合物半導體太陽能電池
III-V族化合物半導體，是發光二極體元件製-作的主要材料，亦是太陽能電池元件的主要材-料之一，其中又以砷 镓為代表性材料。-■太陽能電池的基本原理是「光電效應Opto-Electro Effect」o-太陽能電池 件是二極體元件中的一種，它不-能發光而能夠發電，故又稱為「光伏特二極體-元件Photovoltaic Di de;PVD」或「光伏-特電池Photovoltaic Cell;PWC」。
砷化镓鋁/砷化镓AlGaAs/GaAs-20-矽Si-10-照度：135mW1cm2-100--50-15 -200-250-集光型太陽能電池的光電轉换效率-及其電池操作溫度的關係圖
第4章_Ⅲ-V族化合物太阳电池
第4章Ⅲ-V族化合物太阳电池4.1 前言⏹在1953年半导体太阳电池被开发出来之后，早期的太阳电池主要是用在太空卫星的能源系统上。
⏹直到1973年国际能源危机之后，太阳电池才开始大量被用在地表上的发电系统上，而且也促进了PV产业的快速发展，⏹在1990年之前，太阳电池的材料是以硅基的单晶硅、多晶硅及非晶硅为主。
这是因为硅基材料制造与取得比较容易，价格也较为低廉。
但因为这些商业化的硅基太阳电池一般仅能达到约13～16%的能量转换效率，这也限制了其在太空卫星上的应用。
Ⅲ-V族或Ⅱ-Ⅵ族的化合物太阳电池。
⏹除了硅可以用在太阳电池以外，也可使用Ⅲ-V族或Ⅱ-Ⅵ族的化合物太阳电池。
⏹所谓的Ⅲ-V族化合物是指由周期表的Ⅲ族元素（例如Ga、In等）与V族元素（例如P、As等）所形成的半导体材料，例如砷化镓（GaAs）或磷化铟（InP）等，⏹使用这类Ⅲ-V族化合物太阳电池的最主要的优点是，它可以达到超过30%以上的转换效率，特别适用在太空卫星的能源系统上。
⏹这是因为Ⅲ-V族是具有直接能隙的半导体材料，仅仅2um厚的材料，就可以在AM1的辐射条件下吸光97%左右。
4.2 Ⅲ-V族化合物的特性⏹Ⅲ-V 族化合物可以包括有磷化铝(AlP)、砷化铝(AlAs)、锑化铝(AlSb)、氮化锗（GeN）、磷化镓（GaP）、砷化镓（GaAs）、锑化镓（GaSb）、氮化铟（InN）、及砷化铟（InAs ）等组合。
Ⅲ-V族化合物的基本物理性质⏹硅具有非直接的能隙，但几乎所以的Ⅲ-V族化合物则具有直接的能隙，这两者的差别在于，当电子从价带激发到导带时，除了能量的改变之外，具有非直接能隙硅还会同时发生晶体动量的改变，但具有直接能隙的Ⅲ-V族化合物不会发生晶体动量的改变，这使得Ⅲ-V族化合物在许多微电子的应用上比硅具有更佳的特性。
Ⅲ-V族化合物的能隙宽⏹Ⅲ-V族化合物的优点之一是，它的能隙宽，而且使用三元或四元的混合Ⅲ-V族化合物（例如InGaP、AlGaAs、GaInNAs、GaNAs等）更能使能隙的设计的变化更大⏹图显示一些常见半导体材料的晶格常数与能隙，在不同材料之间的连接线，表示结合不同比例的这两种材料所形成的三元或四元化合物的能隙大小。
第9章 III-V族化合物太阳电池
16
17
单一接面太阳电池理论效率及相对的能隙及光电流，光电压关系
9.5 多接面太阳电池设计
❖ 利用不同能隙宽度的材料做成太阳能电池，按能隙 宽度大小从上至下叠合起来，选择型吸收和转换太 阳光谱的不同能量，就能大幅度提高电池转换效率
18
将多个不同能隙太阳电池依阳电池效率
30
❖ InP的表面再结合速度只有103cm/sec,只要使用简 单的p-n接合即可得到高效率
❖ 具有良好的耐放射性损伤特性
27
9.8 量子井太阳电池
❖ 量子井太阳电池：为了提高扩展对太阳光谱长波范 围吸收，在p-i-n型太阳电池的i层中植入高浓度的深 能级不纯物，这些不纯物会在能隙中形成一个或多 个中间能带。中间能带可以吸收能量低的长波光子。 而所产生的电子空穴对也不会随着温度而衰退化
❖ 与LPE相比较,MOCVD设备成本昂贵，且技术困难， 但是可以生长出很薄的均匀介质磊晶层，增大了电 池设计的灵活性
11
MOCVD设备示意图
12
❖ 9.3.4 分子束磊晶法MBE ❖ 在超高真空状态下，让热原子或分子束自原料中分
离出来，然后在基板表面进行反应，而沉积产生磊 晶薄膜的一种技术。
13
面太阳电池转换效率为39%
2
9.2 III-V族化合物的特性
元素周期表中的III-V族元素
AlP AlAs AlSb GaN GaP GaAs GaSb InN InP InAs
直接能隙 不需要发生晶 体动量的改变，使得此 化合物在许多微电子的 应用上比硅更佳
3
III-V族化合物的基本物理性质
4
8
一商业化的LPE设备外观
移动式晶舟技术
9
❖ 9.3.2 化学气相沉积法CVD ❖ 一种气相磊晶，让气相的Ga及As在650-850摄氏度
17
单一接面太阳电池理论效率及相对的能隙及光电流，光电压关系
9.5 多接面太阳电池设计
❖ 利用不同能隙宽度的材料做成太阳能电池，按能隙 宽度大小从上至下叠合起来，选择型吸收和转换太 阳光谱的不同能量，就能大幅度提高电池转换效率
18
将多个不同能隙太阳电池依阳电池效率
30
❖ InP的表面再结合速度只有103cm/sec,只要使用简 单的p-n接合即可得到高效率
❖ 具有良好的耐放射性损伤特性
27
9.8 量子井太阳电池
❖ 量子井太阳电池：为了提高扩展对太阳光谱长波范 围吸收，在p-i-n型太阳电池的i层中植入高浓度的深 能级不纯物，这些不纯物会在能隙中形成一个或多 个中间能带。中间能带可以吸收能量低的长波光子。 而所产生的电子空穴对也不会随着温度而衰退化
❖ 与LPE相比较,MOCVD设备成本昂贵，且技术困难， 但是可以生长出很薄的均匀介质磊晶层，增大了电 池设计的灵活性
11
MOCVD设备示意图
12
❖ 9.3.4 分子束磊晶法MBE ❖ 在超高真空状态下，让热原子或分子束自原料中分
离出来，然后在基板表面进行反应，而沉积产生磊 晶薄膜的一种技术。
13
面太阳电池转换效率为39%
2
9.2 III-V族化合物的特性
元素周期表中的III-V族元素
AlP AlAs AlSb GaN GaP GaAs GaSb InN InP InAs
直接能隙 不需要发生晶 体动量的改变，使得此 化合物在许多微电子的 应用上比硅更佳
3
III-V族化合物的基本物理性质
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一商业化的LPE设备外观
移动式晶舟技术
9
❖ 9.3.2 化学气相沉积法CVD ❖ 一种气相磊晶，让气相的Ga及As在650-850摄氏度
高效Ⅲ-Ⅴ族太阳电池材料
第五章
高效Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池材料
1
主要内容
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
§5.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物生长技术
§5.3 GaInP、InP、GaAs和Ge太阳电池
§5.4 Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池应用
2
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
3
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
4
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
5
6
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
7
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
8
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
9
10
11
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性 在太阳电池用途上， Ⅲ-Ⅴ族化合物与硅相比，具 有以下特点：
12
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
×
13
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
14
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
15
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
65
Thanks
66
16
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
17
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
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§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
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§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
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§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
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§5.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物生长技术
26
§5.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物生长技术
27
（液相磊晶法LPE）
28
（液相磊晶法LPE）
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（液相磊晶法LPE）
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（液相磊晶法LPE）
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高效Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池材料
1
主要内容
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
§5.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物生长技术
§5.3 GaInP、InP、GaAs和Ge太阳电池
§5.4 Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳电池应用
2
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
3
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
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§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
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§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
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§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
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§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
9
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§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性 在太阳电池用途上， Ⅲ-Ⅴ族化合物与硅相比，具 有以下特点：
12
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
×
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§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
14
§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
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§5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物特性
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§5.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物生长技术
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（液相磊晶法LPE）
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《太阳能电池材料》课件
纳米晶太阳能电池的制备工艺
纳米晶合成
通过化学方法合成所需的纳米晶材料。
纳米晶涂布
将纳米晶材料涂布在基底上，形成薄膜。
掺杂和电极制备
将电解质掺杂到纳米晶薄膜中，然后制备电极，完成纳米晶太阳能 电池的制备。
05 太阳能电池材料的发展趋势与挑战
提高光电转换效率的途径
1 2 3
研发新型材料
探索和开发具有更高光电转换效率的新型太阳能 电池材料，如钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳 能电池等。
表面处理和电极制备
对薄膜进行表面处理，然后制备电极，完成多元化合物太阳能电池的 制备。
有机太阳能电池的制备工艺
01
02
03
染料合成
合成所需的染料分子，这 些分子具有光电转换性能 。
染料涂布
将染料分子涂布在基底上 ，形成薄膜。
掺杂和电极制备
将电解质掺杂到染料薄膜 中，然后制备电极，完成 有机太阳能电池的制备。
多元化合物太阳能电池
总结词
多元化合物太阳能电池采用多种元素组合的材料体系，具有高吸收系数和宽光谱响应。
详细描述
多元化合物太阳能电池采用多种元素组合的材料体系，如铜锢硒、铜铟镓硒等，这些材料具有高吸收系数和宽光 谱响应，能够吸收太阳光中的多种波长。多元化合物太阳能电池的转换效率较高，但制造成本较高，且稳定性相 对较低。
优化材料结构
通过调整材料的组成、结构、形貌等参数，提高 材料的光吸收、载流子分离和收集效率，从而提 高光电转换效率。
表面处理和电极设计
采用表面涂层、粗糙化、反光镜等手段增强光的 吸收和反射，优化电极结构以降低载流子复合损 失。
降低成本的方法
降低材料成本
通过优化合成工艺、采 用低成本原材料等方法 降低太阳能电池材料的 生产成本。
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)
光伏物理与光伏材料-第四章 高效III-V族化合物太阳能电池
GN0exp x()
Voc
nkT q
ln I L
I0 1
nkT q
ln
IL I0
I0
qADnLnnp0
Dppn0 Lp
1 III-V族材料的特性
III-V族化合物与Si相比的优点
可制成效率更高的多结叠层太阳电池 随着外延技术的日益完善，Ⅲ~Ⅴ族三元、四元化合物半导体材料（GaInP、
AlGaInP、GaInAs）的生长技术取得重大突破，为多结叠层太阳电池研制提供了 多种可供选择的材料。
3
III-V族太阳能电池的发展历程 GaAs基单结太阳能电池
1995年，西班牙Cuidad大学研制的LPE GaAs太阳电池，在AM1.5，600倍聚光 条件下，效率高达25.8%。
3
III-V族太阳能电池的发展历程 GaAs基单结太阳能电池
LPE-GaAs太阳电池在空间能源领域得到了很好的应用。 苏联于1986年发射的和平号轨道空间站，上面装备了10kW的AlxGa1-x As/GaAs
3
III-V族太阳能电池的发展历程 GaAs基单结太阳能电池
采用LPE技术实现GaAs/Ge异质结构的生长存在困难，而用MOCVD技 术和MBE技术则容易实现GaAs/Ge异质结构的生长。
课号课序号 0123312910-100
光伏物理与光伏材料
光伏的能源应用
III-V族化合物太阳能电池
2014.4.10
1
III-V族材料的特性
2
III-V族材料的生长技术
3 III-V族太阳能电池的发展历程
4 III-V族太阳能电池研究热点
5 III-V族太阳能电池设计考虑因素
1
III-V族材料的特性
光伏太阳能电池电池教程ppt精选课件
2021/6/13
ppt精选版
ห้องสมุดไป่ตู้
8
&0.2光伏发电的介绍
而是还作为一种能显著地减少由先进工业国家照成的环境 破坏的影响的方法。
不断增长的市场和光伏发电的鲜明个性意味着比以往
任何时候都多的应用正在以光伏的形式被推动着。这些应
用的领域从几兆瓦的发电站到无处不在的太阳能计算器。
此电子教程旨在提供陆地太阳能发电的概况以向非专业人
E（eV）=1.24/λ（μm）
2021/6/13
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21
&1.1.2光的基本原理 --光子的能量
通过上面的公 式，可求出特定波 长的光子的能量大 小。
2021/6/13
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&1.1.3光的基本原理 --光子通量
光子通量被定义为单位时间内通过单位面积的光子数量：
#（光子数量） s m2
2021/6/13
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&0.3温室效应
球平均温度保持在15°C左右，比月球的高33°C。二氧化 碳强烈地吸收波长在13-19微米波段的辐射，而另外一种大 气气体——水蒸气，能强烈吸收波长在4-7微米波段的辐射。 大多数逃逸出地球的辐射的波长集中在7-13微米波段这个 “窗口”。
人类活动正在不断地向大气排放“人造气体”，这些气 体能吸收波长在7-13微米范围内的辐射，特别是二氧化碳、 甲烷、臭氧、氮氧化物以及含氯氟烃（CFC’S）。这些气体 阻碍了热能的正常逃逸并有可能使地表温度升高。现有的 证据显示，到2030年，起效果的CO2水平将是现在的两倍。 致使全球温度升高1到4度。这将引起风的流动模式和降雨
2021/6/13
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光伏材料 ——4.3-CIGS.
பைடு நூலகம்.2 CIGS薄膜太阳电池的结构和性能
CIGS 电池结构
Mo背接触层
Mo的结晶状态对CIGS薄膜晶体的形貌、成核、生长和择优取向等 有直接的关系，一般来说，希望Mo层呈柱状结构，以利于玻璃衬 底中的Na沿晶界向CIGS 薄膜中扩散，也有利于 生长出高质量的CIGS薄 膜。
Mo和CIS之间形成了0.3eV的低势垒，可以认为是很好的欧姆接触。
是p型，载流子浓度10 /cm .
16 3
4.2 CIGS薄膜太阳电池的结构和性能
CIGS 材料特性
CIGS电学特性
报道的CIGS的迁移率变化范围很大，外延CIS薄膜的最 大 空穴迁移率可达200cm /VS ,空穴浓度10 /cm . 由单晶 决定的电子迁移率变化范围在90-900 cm /VS 。
CIGS 电池结构
衬 底 钠钙玻璃常用作CIGS电池的衬底。沉积CIGS要求衬底温度Tss至 少350oC，高效电池要求衬底温度到550oC，这要求衬底不要在如 此高温下软化的厉害。 玻璃是电绝缘的，并且表面比较平整，适 合做成电池模组。 钠钙薄膜的热膨胀系数=9x10-6/K，这可以很好的和CIGS匹配。 钠钙玻璃组分包括：Na2O，K2O和CaO。 这提供了可以通过Mo 层扩散到CIGS薄膜中的碱杂质。 金属或者塑料等衬底具有比玻璃衬底重量轻、可柔性等特点，也 具有很好的前景。
电子对，这是Vse 就不会向导带提供自由电子，所以
CIGS的n型导电性随Ga含量的增加而下降。：
4.2 CIGS薄膜太阳电池的结构和性能
CIGS 材料特性
CIGS电学特性
（2）当缺Cu，即x0， y=0时，晶体内形成Cu空位 VCu，或者In替代Cu位置，形成替位缺陷InGa。Cu的空位 两种状态：Cu原子离开晶格点，形成的是中性的空位VCu； 另一是Cu 离子离开晶格点，将电子留在空位上，形成-1
《太阳能电池及材料》PPT课件
（263）：156～166 3. Solar Energy Research Institute. Basic Photovoltaic
Principles. New York: New York, 1984 4. Green, M.A. “Photovoltaics: Technology Overview.” Energy
液相外延法 溅射沉积法
无效率衰退问 题
成本远低于单 晶硅
缺点
工艺繁 琐
成本高
效率低 于单晶
硅
5~10%
反应溅射法 PECVD法 LPCVD法
成本较低 转换效率较高
稳定性 不高
种类
材料
多元化合 物薄膜太 阳能电池
砷化镓 碲化镉 铜铟硒
纳米晶化学太阳能电池
聚合物多层修饰电极型太 阳能电池
精选PPT
单电 池效 率 19~ 32%
10~ 15%
10~ 12%
8~11%
3~5%
模块效率 23~30% 7~10% 8~10%
~8%
主要制备 方法
MOVPE和 LPE技术
真空蒸镀 法和硒化
法 溶胶凝胶
法 水热反应 溅射法 处于研发
当中
优点
效率较高 成本较单 晶硅低 易于规模
生产
价格低廉 性能良好 工艺简单
成本低廉 工艺简单 性能稳定
精选ppt三太阳能电池工作原理光伏效应精选ppt四太阳能电池的分类1硅系太阳能电池2多元化合物薄膜太阳能电池3聚合物多层修饰电极型电池4纳米晶化学太阳能电池砷化镓iiiv化合物硫化镉单晶硅太阳能电池多晶硅薄膜太阳能电池非晶硅薄膜太阳能电池精选ppt五太阳能电池对材料的要求材料便于工业化生产且材料性能稳定精选ppt六各类太阳能电池的制造方法及研究状况种类材料太阳能单电池效率太阳能电池模块效率主要制备方优点缺点15241320表面结构化发射区钝化分区掺杂效率最高技术成熟工艺繁成本高多晶10171015化学气相沉液相外延法溅射沉积法无效率衰退问效率低于单晶813510反应溅射法pecvd法lpcvd法成本较低转换效率较高稳定性不高精选ppt种类材料模块效率主要制备方法优点缺点多元化合物薄膜太阳能电池19322330movpe和lpe技术效率较高成本较单易于规模生产原材料镉有剧毒10157101012810真空蒸镀价格低廉性能良好工艺简单原材料来源比较有纳米晶化学太阳能电池8118溶胶凝胶水热反应溅射法成本低廉工艺简单性能稳定聚合物多层修饰电极型太阳能电池35处于研发当中易制作材料广泛成本低寿命短精选ppt七利用太阳能电池发电的优缺点优点
Principles. New York: New York, 1984 4. Green, M.A. “Photovoltaics: Technology Overview.” Energy
液相外延法 溅射沉积法
无效率衰退问 题
成本远低于单 晶硅
缺点
工艺繁 琐
成本高
效率低 于单晶
硅
5~10%
反应溅射法 PECVD法 LPCVD法
成本较低 转换效率较高
稳定性 不高
种类
材料
多元化合 物薄膜太 阳能电池
砷化镓 碲化镉 铜铟硒
纳米晶化学太阳能电池
聚合物多层修饰电极型太 阳能电池
精选PPT
单电 池效 率 19~ 32%
10~ 15%
10~ 12%
8~11%
3~5%
模块效率 23~30% 7~10% 8~10%
~8%
主要制备 方法
MOVPE和 LPE技术
真空蒸镀 法和硒化
法 溶胶凝胶
法 水热反应 溅射法 处于研发
当中
优点
效率较高 成本较单 晶硅低 易于规模
生产
价格低廉 性能良好 工艺简单
成本低廉 工艺简单 性能稳定
精选ppt三太阳能电池工作原理光伏效应精选ppt四太阳能电池的分类1硅系太阳能电池2多元化合物薄膜太阳能电池3聚合物多层修饰电极型电池4纳米晶化学太阳能电池砷化镓iiiv化合物硫化镉单晶硅太阳能电池多晶硅薄膜太阳能电池非晶硅薄膜太阳能电池精选ppt五太阳能电池对材料的要求材料便于工业化生产且材料性能稳定精选ppt六各类太阳能电池的制造方法及研究状况种类材料太阳能单电池效率太阳能电池模块效率主要制备方优点缺点15241320表面结构化发射区钝化分区掺杂效率最高技术成熟工艺繁成本高多晶10171015化学气相沉液相外延法溅射沉积法无效率衰退问效率低于单晶813510反应溅射法pecvd法lpcvd法成本较低转换效率较高稳定性不高精选ppt种类材料模块效率主要制备方法优点缺点多元化合物薄膜太阳能电池19322330movpe和lpe技术效率较高成本较单易于规模生产原材料镉有剧毒10157101012810真空蒸镀价格低廉性能良好工艺简单原材料来源比较有纳米晶化学太阳能电池8118溶胶凝胶水热反应溅射法成本低廉工艺简单性能稳定聚合物多层修饰电极型太阳能电池35处于研发当中易制作材料广泛成本低寿命短精选ppt七利用太阳能电池发电的优缺点优点
《太阳能电池》PPT课件
精选ppt
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。
精选ppt
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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新型太阳能电池 ——铁电太阳能电池
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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
《太阳能电池材料》课件
薄膜太阳能电池
利用薄层材料制作，材料用量少，制造成本低，但转 换效率相对较低。
太阳能电池的应用
光伏发电站
利用大规模的太阳能电池阵列 ，将光能转换为电能，通过电
网输送给用户。
分布式发电系统
利用小型太阳能电池系统，为 建筑物、家庭、企业等提供电 力，可与电网并网运行。
移动能源应用
利用太阳能电池为电动汽车、 无人机、船舶等提供动力或辅 助能源。
将组件放入层压机中加热加压，使组件内的电池片、电极和 玻璃紧密结合在一起，同时保护电池片免受外界环境的影响 。
05
CATALOGUE
太阳能电池的未来发展
提高光电转换效率
研发新型材料
探索和开发新型太阳能电池材料，如钙钛矿 太阳能电池等，以提高光电转换效率。
优化结构设计
通过改进太阳能电池的结构设计，如采用多结太阳 能电池、叠层太阳能电池等，提高光电转换效率。
缺陷和杂质检测
利用电子显微镜、X射线衍射等方法检测太阳能电池材料中的缺陷和杂质。
电池片制造
表面处理
对硅片进行抛光、蚀刻等处理，提高其表面质量。
扩散制结
通过扩散工艺在硅片表面形成PN结，是太阳能电池制造中的关键步骤。
组件封装
焊接和串焊
将电池片连接起来形成组件，通过焊接或串焊的方式实现电 气连接。
层压和密封
是指当太阳光照射在半导体材料 上时，光子能量会激发电子从束 缚状态进入自由状态，从而产生 电流的物理现象。
太阳能电池的分类
单晶硅太阳能电池
利用高纯度单晶硅作为基底，通过掺杂其他元素提高 导电性能。转换效率较高，但制造成本也较高。
多晶硅太阳能电池
利用多晶硅材料制作，晶粒较小，制造成本相对较低 ，但转换效率略低于单晶硅。
利用薄层材料制作，材料用量少，制造成本低，但转 换效率相对较低。
太阳能电池的应用
光伏发电站
利用大规模的太阳能电池阵列 ，将光能转换为电能，通过电
网输送给用户。
分布式发电系统
利用小型太阳能电池系统，为 建筑物、家庭、企业等提供电 力，可与电网并网运行。
移动能源应用
利用太阳能电池为电动汽车、 无人机、船舶等提供动力或辅 助能源。
将组件放入层压机中加热加压，使组件内的电池片、电极和 玻璃紧密结合在一起，同时保护电池片免受外界环境的影响 。
05
CATALOGUE
太阳能电池的未来发展
提高光电转换效率
研发新型材料
探索和开发新型太阳能电池材料，如钙钛矿 太阳能电池等，以提高光电转换效率。
优化结构设计
通过改进太阳能电池的结构设计，如采用多结太阳 能电池、叠层太阳能电池等，提高光电转换效率。
缺陷和杂质检测
利用电子显微镜、X射线衍射等方法检测太阳能电池材料中的缺陷和杂质。
电池片制造
表面处理
对硅片进行抛光、蚀刻等处理，提高其表面质量。
扩散制结
通过扩散工艺在硅片表面形成PN结，是太阳能电池制造中的关键步骤。
组件封装
焊接和串焊
将电池片连接起来形成组件，通过焊接或串焊的方式实现电 气连接。
层压和密封
是指当太阳光照射在半导体材料 上时，光子能量会激发电子从束 缚状态进入自由状态，从而产生 电流的物理现象。
太阳能电池的分类
单晶硅太阳能电池
利用高纯度单晶硅作为基底，通过掺杂其他元素提高 导电性能。转换效率较高，但制造成本也较高。
多晶硅太阳能电池
利用多晶硅材料制作，晶粒较小，制造成本相对较低 ，但转换效率略低于单晶硅。
太阳能电池
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。
以光电效应工作的菁膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的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，形成新的空穴由-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。
太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄式和非结晶系膜式(以下表示为a-)两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形。
按材料可分类硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机薄膜形，百化合物半导体薄膜形又分为非结晶形(a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel-x:H等)、ⅢV族(GaAs,InP)、ⅡⅥ族(cds系)和磷化锌(Zn3P2)等。
插表列出了各类太阳能电池的分类和用途。
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。
以光电效应工作的菁膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的式太阳能民池则还处于萌芽阶段。
太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴由-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。
太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄式和非结晶系膜式(以下表示为a-)两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形。
按材料可分类硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机薄膜形，百化合物半导体薄膜形又分为非结晶形(a-Si:H,a-Si:H:F,a-SixGel -x:H等)、ⅢV族(GaAs,InP)、ⅡⅥ族(cds系)和磷化锌(Zn3P2)等。
太阳能电池原理太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。
也是清洁能源，不产生任何的环境污染。
在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。
制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：硅基太阳能电池和薄膜电池，这里主要讲的硅基太阳能电池。
《太阳能电池材料》PPT课件
第二代：薄膜太阳能电池，占太阳能电池产品市场的9.9%，第 二代太阳能电池基于薄膜技术基础之上，主要采用非晶硅及氧 化物等为材料。效率比第一代低，最高的的转化效率为13％， 但生产成本最低。
第三代：铜铟硒（CIS）等化合物薄膜太阳能电池及薄膜Si系太 阳能电池。主要处于实验室生产状态， 由于其的高效率，低成 本而存在潜在庞大的经济效应。
太阳能电池材料
ppt课件
1
目录
1
背景及发展历程
2
基本原理
3
电池应用
4
电池分类
5
发展前景
ppt课件
2
背景
1.地球每天接收的太阳能，相当于整个世界一年所 消耗的总能量的200倍。太阳每秒发出的能量就大 约相当于1.3亿亿吨标准煤完全燃烧时所释放出的 全部热量。
2.包括风能、海洋能等，都是太阳能的子孙，都是 太阳能转换而成。
3.太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生清洁能 源。
太阳能电池是太阳能利用的重要途径之一
ppt课件
3
太阳能电池基本原理
1.太阳能电池 太阳能电池（Solar Cells）,也称为光伏电池，是将太阳
光辐射能直接转换为电能的器件。由这种器件封装成太阳能电 池组件，再按需要将一定数量的组件组合成一定功率的太阳电 池方阵，经与储能装置、测量控制装置及直流--交流变换装置 等相配套，即构成太阳电池发电系统，也称为光伏发电系统。 2.光伏特效应
ppt课件
13
太阳能电池的应用
太阳能汽车
ppt课件
14
太阳能电池的应用
家电方面 ➢手提灯 ➢节能灯 ➢充电器
ppt课件
15
太阳能电池的分类
1.按结构分类
➢ 同质节太阳能电池 ➢ 异质节太阳能电池 ➢ 肖特基太阳能电池
第三代：铜铟硒（CIS）等化合物薄膜太阳能电池及薄膜Si系太 阳能电池。主要处于实验室生产状态， 由于其的高效率，低成 本而存在潜在庞大的经济效应。
太阳能电池材料
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1
目录
1
背景及发展历程
2
基本原理
3
电池应用
4
电池分类
5
发展前景
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2
背景
1.地球每天接收的太阳能，相当于整个世界一年所 消耗的总能量的200倍。太阳每秒发出的能量就大 约相当于1.3亿亿吨标准煤完全燃烧时所释放出的 全部热量。
2.包括风能、海洋能等，都是太阳能的子孙，都是 太阳能转换而成。
3.太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生清洁能 源。
太阳能电池是太阳能利用的重要途径之一
ppt课件
3
太阳能电池基本原理
1.太阳能电池 太阳能电池（Solar Cells）,也称为光伏电池，是将太阳
光辐射能直接转换为电能的器件。由这种器件封装成太阳能电 池组件，再按需要将一定数量的组件组合成一定功率的太阳电 池方阵，经与储能装置、测量控制装置及直流--交流变换装置 等相配套，即构成太阳电池发电系统，也称为光伏发电系统。 2.光伏特效应
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13
太阳能电池的应用
太阳能汽车
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太阳能电池的应用
家电方面 ➢手提灯 ➢节能灯 ➢充电器
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太阳能电池的分类
1.按结构分类
➢ 同质节太阳能电池 ➢ 异质节太阳能电池 ➢ 肖特基太阳能电池
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多应用于空间领域
2 III-V族材料的生长技术
2 III-V族材料的生长技术
III-V化合物的薄膜生长技术
III-V族化合物的薄膜生长技术，主要是利用外延生长法，又可细分为液相 外延、有机金属化学气相淀积法、分子束外延等 所谓的外延是指在一晶体上有次序的生长另一层晶体 如果衬底与所长的外延层材料相同的话，就叫做同质外延，如果衬底与所长 的外延层材料不相同的话，就叫做异质外延 使用不同的衬底材料会影响所生长的Ⅲ-V族化合物薄膜的电学及光学性能。 在生长这些薄膜时要注意的是晶格常数的匹配性，如果衬底与薄膜的晶格常数 的差异过大的话，会导致过大的应力和晶格缺陷。例如Ge、GaAs、AlAs三者间 的晶格常数就很接近 当衬底与所要长的薄膜的晶格常数差异太大时，可以慢慢调节变化Ⅲ-V族 化合物中元素组成比例，来逐步改变晶格常数
1 III-V族材料的特性
III-V族化合物与Si相比的优点
太阳电池的理论转换效率与半导体的能隙大小有关，一般最佳的太阳电池测量的
能隙为1.4～1.5eV之间，所以能隙为1.43eV的GaAs及1.35eV的InP会比1.1eV的硅更适
合用在高效率的太阳电池上， 利用各种Ⅲ-V族化合物所形成的多结太阳电池可增加被吸收波长的范围，更可达
2 III-V族材料的生长技术
III-V化合物的薄膜生长技术
MOCVD为有机金属化学气相沉积外 延技术，它是在低压下（约60torr）利用 有机金属，例如三甲基镓（TMGa）、三 甲基铝（TMAl）等，与特殊气体，例如 砷化氢（AsH3）、磷化氢（PH3）等，在 反应器内进行化学反应，并使反应物沉 积在被加热到600～800℃的晶片上，而 得到外延片的生产技术。
到高效率化的目的。
1 III-V族材料的特性
III-V族化合物与Si相比的优点
硅是间接带隙材料，对于光的吸收系数较小，一般需要采用200um以上的厚度， 才能吸收到足够的太阳光，而Ⅲ-V族化合物多为直接带隙材料，对于光的吸收较 强，仅需要数微米的厚度，就能吸收到足够的太阳光。只要使用薄膜的III-V族化 合物，就可达到很高的效率。
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1 III-V族材料的特性
III-V族化合物与Si相比的优点
可制成效率更高的多结叠层太阳电池 随着外延技术的日益完善，Ⅲ~Ⅴ族三元、四元化合物半导体材料（GaInP、
AlGaInP、GaInAs）的生长技术取得重大突破，为多结叠层太阳电池研制提供了 多种可供选择的材料。
1 III-V族材料的特性
III-V族化合物与Si相比的GaAs电池效率的温度系数约为-0.23%/℃，而Si电池效率的温度系数约为-
0.48%/℃。
温度升高到200℃，GaAs，电池效率下降近50%，而硅电池效率下降近75%。
ISC ILAq (L nG L p)
III-V族化合物优点
1 III-V族材料的特性
III-V族化合物优点
III-V族化合物的带隙宽，而且使用三元或四元的混合III-V族化合物（如InGaP、
AlGaAs、GaInNAs、GaNAs等）更能使带隙的设计的变化更大
一些常见半导体材料的晶格常数与带隙，在不同材料之间的连接线，表示结
合不同比例的这两种材料所形成的三元或四元化合物的带隙大小。
1
III-V族材料的特性
2
III-V族材料的生长技术
3 III-V族太阳能电池的发展历程
4 III-V族太阳能电池研究热点
5 III-V族太阳能电池设计考虑因素
1
III-V族材料的特性
1 III-V族材料的特性
III-V族化合物包括 磷化铝(AlP) 砷化铝(AlAs) 锑化铝(AlSb) 磷化镓(GaP) 砷化镓(GaAs) 锑化镓(GaSb) 氮化铟(InN) 砷化铟(InAs)等化合物及化合物 组合(固溶体化合物)
2 III-V族材料的生长技术
III-V化合物的薄膜生长技术
液相外延法是由液态物质来长出外延层。 在生长GaAs的外延过程，它可借由添加杂质来降低液态物质的熔点（例如 GaAs+As的熔点比纯GaAs来得低），因此液态物质可以保持在比较低的温度，而 不会去把GaAs的衬底熔化掉。 慢慢降低溶液的温度，使得化合物因过饱和而在GaAs衬底上析出。 因为溶液中的杂质浓度会随着晶体的生长而递增，因此溶液的熔点会递减， 所以LPE的温度也要不断调降，以维持外延的生长。
GaAs基系太阳电池具有较强的抗辐照性能。 辐照实验结果表明，经过1Mev高能电子辐照，即使其剂量达到1×1015cm-2
之后，GaAs基系太阳电池的能量转换效率仍能保持原值的75%以上，而先进的 高效空间Si太阳电池在经受同样辐照的条件下，其转换效率只能保持其原值的 66%。
以低地球轨道的商业卫星为例，对于初期效率分别为18%和13.8%的GaAs 电池和Si电池，初始两效率之比为1:1.3。经低地球轨道运行的质子辐照后，其 终期效率(EOL效率)将分别下降为14.9%和10.0%，此时GaAs电池的效率为Si电 池的1.5倍。
1 III-V族材料的特性
硅为间接带隙半导体，几 乎所有的Ⅲ-V族化合物为直接 带隙半导体，这两者的差别在 于，当电子从价带激发到导带 时，除了能量的改变之外，具 有间接带隙的硅会同时发生晶 体动量的改变，但具有直接带 隙的Ⅲ-V族化合物不会发生晶 体动量的改变，这使得Ⅲ-V族 化合物在许多微电子的应用上 比硅具有更佳的特性。
1 III-V族材料的特性
各种太阳能电池抗辐照特性
III-V族化合物与Si相比的优点
1 III-V族材料的特性
III-V族化合物材料的缺点
III-V族太阳电池也有其固有的缺点，主要有以下几方面: GaAs材料的密度较大(5.32g/cm3)，为Si材料密度(2.33g/cm3)的两倍多; GaAs材料的机械强度较弱(易解理)，易碎; GaAs材料价格昂贵，约为Si材料价格的10倍； InP基系太阳电池的抗辐照性能比GaAs基系太阳电池还好，但转换效率 略低，而且InP材料的价格比GaAS材料更贵； 材料表面易氧化而形成复合中心，钝化困难； 材料生长对设备要求高，制作成本高。