太阳能电池工作原理
合集下载
相关主题
- 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)。
体中原子的价电子受到激发，在p 区、空间电荷区和n区都会产生光
生电子-空穴对，也称光生载流子 。这样形成的电子-空穴对由于热 运动，向各个方向迁移。
精品课件
• 光生电子-空穴对在空间电荷区中 产生后，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。在空间电荷区边界处总的
载流子浓度近似为0。
精品课件
聚光太阳电池
精品课件
聚 光 电 池
精品课件
二. 硅太阳电池的工作原理
• 硅原子的外层 电子壳层中有4个 电子。受到原子核的束缚比较小， 如果得到足够的能量，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。
精品课件
• 如果在纯净的硅晶体中掺入少 量的5价杂质磷（或砷，锑等）， 由于磷原子具有5个价电子，所以1 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吸 引而变成自由电子。
• 所以一个掺入5价杂质的4价半 导体，就成了电子导电类型的半导
体，也称为n型半导体。
精品课件
• 如果使太阳电池开路，即负载电
阻， RL =∞ ，则被 p-n 结分开 的全部过剩载流子就会积累在 p-n
结附近，于是产生了等于开路电压
VOC的最大光生电动势。 • 如果把太阳电池短路，即RL = 0
，则所有可以到达 p-n 结的过剩
载流子都可以穿过结，并因外电路 闭合而产生了最大可能的电流，即
• 地面太阳电池:在地面上应用的太阳电池 。
• 光敏传感器 :光照射时，太阳电池两极之 间就能产生电压。连成回路，就有电流流 过，光照强度不同，电流的大小也不一样 ，因此可以作为传感器使用。
精品课件
•航 天 器 上 的 光 伏
•系 统
精品课件
精品课件
火星车
精品课件
• 4. 按照工作方式分类： • 平板太阳电池 • 聚光太阳电池
边界后，同样由于受到内建电场的 作用而在电场力作用下作漂移运动
，进入n区，而光生空穴（多数载 流子）则被留在p区。
精品课件
• 因此在 p-n 结两侧形成了正、
负电荷的积累，形成与内建电场方 向相反的光生电场。这个电场除了
一部分抵消内建电场以外，还使p 型层带正电，n型层带负电，因此
产生了光生电动势。这就是“光 生伏打效应”（简称光伏）。
很多，空穴很少。由于交界面两边 ，电子和空穴的浓度不相等，因此 会产生多数载流子的扩散运动。
精品课件
• 在靠近交界面附近的p区中，空 穴要由浓度大的p区向浓度小的n区
扩散，并与那里的电子复合，从而 使那里出现一批带正电荷的搀入杂 质的离子。
• 同时在p型区内，由于跑掉了一
批空穴而呈现带负电荷的搀入杂质 的离子。
精品课件
Leabharlann Baidu
多晶硅太阳电池
精品课件
非晶硅太阳电池
精品课件
• 2. 按照结构分类： • 同质结太阳电池 • 异质结太阳电池 • 肖特基结太阳电池 • 复合结太阳电池 • 液结太阳电池等
精品课件
• 3. 按照用途分类： • 空间太阳电池:在人造卫星、宇宙飞船
等航天器上应用的太阳电池。由于使用环 境特殊，要求太阳电池具有效率高、重量 轻、耐辐照等性能。
短路电流ISC。 精品课件
• 如果把太阳电池接上负载RL，
精品课件
•
在n型半导体中，除了由于
掺入杂质而产生大量的自由电子以
外，还有由于热激发而产生少量的
电子-空穴对。然而空穴的数目相
对于电子的数目是极少的，
• 所以在n型半导体材料中，空穴
数目很少,称为少数载流子;而电子 数目很多,称为多数载流子。
精品课件
n型半导体
精品课件
• 同样如果在纯净的硅晶体中掺入3 价杂质，如硼（或鋁、镓或铟等）， 这些3价杂质原子的最外层只有3个价 电子，当它与相邻的硅原子形成共价 键时，还缺少1个价电子，因而在一 个共价键上要出现一个空穴，因此掺
入3价杂质的4价半导体，也称为p型
半导体。
• 对于p型半导体，空穴是多数载
流子，而电子为少精品数课件 载流子。
P型半导体
精品课件
• 若将p型半导体和n型半导体两
者紧密结合，联成一体时，由导电 类型相反的两块半导体之间的过渡
区域，称为 p-n 结。在 p-n 结两 边，由于在p型区内，空穴很多， 电子很少；而在n型区内，则电子
第二章 太阳电池工作原理
一. 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精品课件等
太阳电池种类
精品课件
单晶硅太阳电池
面的两边形成一边带正电荷而另一
边带负电荷的一层很薄的区域，称
为空间电荷区。这就是 p-n 结。在
p-n 结内，由于两边分别积聚了负
电荷和正电荷，会产生一个由正电
荷指向负电荷的电场，因此在 p-n
结内，存在一个由n区指向p区的电
场，称为内建电场（或称势垒电场)
。
精品课件
精品课件
• 太阳电池在光照下，能量大于 半导体禁带宽度的光子，使得半导
精品课件
硅原子示意图
精品课件
• 在硅晶体中每个原子有4个相邻 原子，并和每一个相邻原子共有2 个价电子，形成稳定的8原子壳层 。
• 从硅的原子中分离出一个电子需 要1.12eV的能量，该能量称为硅的 禁带宽度。被分离出来的电子是自 由的传导电子，它能自由移动并传 送电流。
精品课件
硅原子的共价键结构
精品课件
• 在n区，光生电子-空穴产生后 ，光生空穴便向 p-n 结边界扩散 ，一旦到达 p-n 结边界，便立即
受到内建电场的作用，在电场力作 用下作漂移运动，越过空间电荷区
进入p区，而光生电子（多数载流 子）则被留在n区。
精品课件
• p区中的光生电子也会向 p-n 结边界扩散，并在到达 p-n 结
精品课件
• 同样在靠近交界面附近的n区中 ，电子要由浓度大的n区向浓度小 的p区扩散，而电子则由浓度大的n 区要向浓度小的p区扩散，并与那
里的空穴复合，从而使那里出现一 批带负电荷的搀入杂质的离子。
• 同时在n型区内，由于跑掉了一
批电子而呈现带正电荷的搀入杂质 的离子。
精品课件
•
于是，扩散的结果是在交界
生电子-空穴对，也称光生载流子 。这样形成的电子-空穴对由于热 运动，向各个方向迁移。
精品课件
• 光生电子-空穴对在空间电荷区中 产生后，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。在空间电荷区边界处总的
载流子浓度近似为0。
精品课件
聚光太阳电池
精品课件
聚 光 电 池
精品课件
二. 硅太阳电池的工作原理
• 硅原子的外层 电子壳层中有4个 电子。受到原子核的束缚比较小， 如果得到足够的能量，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。
精品课件
• 如果在纯净的硅晶体中掺入少 量的5价杂质磷（或砷，锑等）， 由于磷原子具有5个价电子，所以1 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吸 引而变成自由电子。
• 所以一个掺入5价杂质的4价半 导体，就成了电子导电类型的半导
体，也称为n型半导体。
精品课件
• 如果使太阳电池开路，即负载电
阻， RL =∞ ，则被 p-n 结分开 的全部过剩载流子就会积累在 p-n
结附近，于是产生了等于开路电压
VOC的最大光生电动势。 • 如果把太阳电池短路，即RL = 0
，则所有可以到达 p-n 结的过剩
载流子都可以穿过结，并因外电路 闭合而产生了最大可能的电流，即
• 地面太阳电池:在地面上应用的太阳电池 。
• 光敏传感器 :光照射时，太阳电池两极之 间就能产生电压。连成回路，就有电流流 过，光照强度不同，电流的大小也不一样 ，因此可以作为传感器使用。
精品课件
•航 天 器 上 的 光 伏
•系 统
精品课件
精品课件
火星车
精品课件
• 4. 按照工作方式分类： • 平板太阳电池 • 聚光太阳电池
边界后，同样由于受到内建电场的 作用而在电场力作用下作漂移运动
，进入n区，而光生空穴（多数载 流子）则被留在p区。
精品课件
• 因此在 p-n 结两侧形成了正、
负电荷的积累，形成与内建电场方 向相反的光生电场。这个电场除了
一部分抵消内建电场以外，还使p 型层带正电，n型层带负电，因此
产生了光生电动势。这就是“光 生伏打效应”（简称光伏）。
很多，空穴很少。由于交界面两边 ，电子和空穴的浓度不相等，因此 会产生多数载流子的扩散运动。
精品课件
• 在靠近交界面附近的p区中，空 穴要由浓度大的p区向浓度小的n区
扩散，并与那里的电子复合，从而 使那里出现一批带正电荷的搀入杂 质的离子。
• 同时在p型区内，由于跑掉了一
批空穴而呈现带负电荷的搀入杂质 的离子。
精品课件
Leabharlann Baidu
多晶硅太阳电池
精品课件
非晶硅太阳电池
精品课件
• 2. 按照结构分类： • 同质结太阳电池 • 异质结太阳电池 • 肖特基结太阳电池 • 复合结太阳电池 • 液结太阳电池等
精品课件
• 3. 按照用途分类： • 空间太阳电池:在人造卫星、宇宙飞船
等航天器上应用的太阳电池。由于使用环 境特殊，要求太阳电池具有效率高、重量 轻、耐辐照等性能。
短路电流ISC。 精品课件
• 如果把太阳电池接上负载RL，
精品课件
•
在n型半导体中，除了由于
掺入杂质而产生大量的自由电子以
外，还有由于热激发而产生少量的
电子-空穴对。然而空穴的数目相
对于电子的数目是极少的，
• 所以在n型半导体材料中，空穴
数目很少,称为少数载流子;而电子 数目很多,称为多数载流子。
精品课件
n型半导体
精品课件
• 同样如果在纯净的硅晶体中掺入3 价杂质，如硼（或鋁、镓或铟等）， 这些3价杂质原子的最外层只有3个价 电子，当它与相邻的硅原子形成共价 键时，还缺少1个价电子，因而在一 个共价键上要出现一个空穴，因此掺
入3价杂质的4价半导体，也称为p型
半导体。
• 对于p型半导体，空穴是多数载
流子，而电子为少精品数课件 载流子。
P型半导体
精品课件
• 若将p型半导体和n型半导体两
者紧密结合，联成一体时，由导电 类型相反的两块半导体之间的过渡
区域，称为 p-n 结。在 p-n 结两 边，由于在p型区内，空穴很多， 电子很少；而在n型区内，则电子
第二章 太阳电池工作原理
一. 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精品课件等
太阳电池种类
精品课件
单晶硅太阳电池
面的两边形成一边带正电荷而另一
边带负电荷的一层很薄的区域，称
为空间电荷区。这就是 p-n 结。在
p-n 结内，由于两边分别积聚了负
电荷和正电荷，会产生一个由正电
荷指向负电荷的电场，因此在 p-n
结内，存在一个由n区指向p区的电
场，称为内建电场（或称势垒电场)
。
精品课件
精品课件
• 太阳电池在光照下，能量大于 半导体禁带宽度的光子，使得半导
精品课件
硅原子示意图
精品课件
• 在硅晶体中每个原子有4个相邻 原子，并和每一个相邻原子共有2 个价电子，形成稳定的8原子壳层 。
• 从硅的原子中分离出一个电子需 要1.12eV的能量，该能量称为硅的 禁带宽度。被分离出来的电子是自 由的传导电子，它能自由移动并传 送电流。
精品课件
硅原子的共价键结构
精品课件
• 在n区，光生电子-空穴产生后 ，光生空穴便向 p-n 结边界扩散 ，一旦到达 p-n 结边界，便立即
受到内建电场的作用，在电场力作 用下作漂移运动，越过空间电荷区
进入p区，而光生电子（多数载流 子）则被留在n区。
精品课件
• p区中的光生电子也会向 p-n 结边界扩散，并在到达 p-n 结
精品课件
• 同样在靠近交界面附近的n区中 ，电子要由浓度大的n区向浓度小 的p区扩散，而电子则由浓度大的n 区要向浓度小的p区扩散，并与那
里的空穴复合，从而使那里出现一 批带负电荷的搀入杂质的离子。
• 同时在n型区内，由于跑掉了一
批电子而呈现带正电荷的搀入杂质 的离子。
精品课件
•
于是，扩散的结果是在交界