《光伏发电技术及应用》(PPT) 项目2 光伏电池组件设计

2.1.2 太阳电池的种类
典型的单晶硅片制造工艺: 单晶硅片经过硅片清洗、制绒、扩散、等离子刻蚀、去磷硅玻璃、PECVD 镀氮化硅 膜、丝网印刷、烧结、测试、包装工序等系列太阳电池的制造工艺，制造成单晶硅 太阳电池。
2.1.2 太阳电池的种类
2.多晶硅太阳电池 多晶硅硅片由单晶硅颗粒聚集而成。与单晶硅片相比，少了拉晶工艺。多晶硅片成 本较低，但与单晶硅在性能上的差异，导致多晶硅太阳电池的效率低于单晶硅太阳 电池。
色素增感太阳电池
有机半导体
有机薄膜太阳能电池
2.1.2 太阳电池的种类
1.单晶硅太阳电池 单晶硅太阳能电池，是以高纯的单晶硅棒为原料的太阳能电池，是当前开发得最快 的一种太阳能电池，产品已广泛用于空间和地面。单晶硅太阳电池的硅原子排列非 常规则，在硅太阳电池中转换效率最高，目前实验室最高效率为25%；市场实际产 品的转换效率为18-20%；高效单晶硅太阳电池的效率目前达到了22%。根据行业标 准要求，电池片的使用寿命要求25年以上。
式，或采用集成电路的方法制造，在一个平面上，用适当的掩模工艺，一次制作多 个串联电池，以获得较高的电压。
正极
负极
玻璃衬底
SnO2导电膜
P层 1层 N层 AI层 保护层
2.1.2 太阳电池的种类
4.化合物太阳电池 化合物太阳电池主要包括砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜电池 等。 (1)砷化镓GaAs、InP太阳电池砷化镓GaAs属于III-V族化合物半导体材料，其能隙为 1.42eV，正好为高吸收率太阳光的值，是很理想的电池材料。由于III-V族化合物是直 接带隙，少数载流子扩散长度较短，且抗辐射性能好，更适合空间能源领域。目前 实验室最高效率已达到50%。 (2)CIS/CIGS太阳电池 铜铟硒CuInSe2简称CIS。CIS材料的能降为1.leV，适于太阳光的光电转换。CIS薄膜太 阳电池不存在光致衰退问题。在CIS电池中加入镓Ga构成了CIGS太阳电池，即Cu （In1-xGax）Se2，Ga的组成x从0-1变化时，半导体的能带则从1.0-1.7eV变化，控制x 可使太阳电池的组成达到最佳。当x为0时，则为CIS太阳电池。
光伏发电技术及应用
项目2 光伏电池组件设计
项目2 光伏电池组件设计
【项目描述】 光伏电池是光伏发电系统能量来源，目前太阳能光伏发电系统采用的太阳 能电池组件主要以晶体硅材料为主（包括单晶硅和多晶硅）。对于光伏发 电系统的电池方阵，由电池组件及单体电池组成。从实际光伏发电系统发 电量需求出发，要求设计合理光伏电池方阵。电池组件的选择及组件功率 是光伏发电系统设计重要内容。 【知识目标】 1.掌握光伏电池发电原理及其种类； 2.掌握单体电池组件参数及基本参数测量方法； 3.掌握太阳能单体电池发电特性，掌握太阳能电池串、并联特性； 4.掌握电池组件参数和组件选择，掌握光伏方阵容量设计方法； 5.掌握光伏方阵安装方式及倾斜角设计； 6.掌握离网光伏发电系统和并网光伏发电系统组件容量设计方法。
2.1 光伏电池
2.1.1 光伏电池发电原理 1.光传导现象
当光照射在半导体上时，不纯物中的电子被 激励，由于带间激励，价电子带的电子被传 导带激励而产生自由载流子，从而导致电气 传导度增加的现象，称为光传导现象。
传导带 -
-
EC
禁止带
光
hw
EV
+
+
价电子
Eg +
2.1 光伏电池
2.1.1 光伏电池发电原理
（3）太阳电池的发电原理 当太阳光照射到由P、N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的太 阳能电池上时，其中一部分光线被反射，一部分光线被吸收，还有一部 分光线透过电池片。被吸收的光能激发被束缚的高能级状态下的电子， 产生电子一空穴对，在PN结的内建电场作用下，电子、空穴相互运动， N区的空穴向P区运动，P区的电子向N区运动，使太阳电池的受光面有大 量负电荷（电子）积累，而在电池的背光面有大量正电荷（空穴）积累。 若在电池两端接上负载，负载上就有电流通过，当光线一直照射时，负 载上将源源不断地有电流流过。
3.非晶硅太阳电池 非晶硅太阳电池是目前市场上比较成熟的一种薄膜太阳电池。1976年美国RCA 实验 室的D.E.Conlson 和C.R.Wronski 在Spear 形成和控制p-n 结工作的基础上制成了世界上 第一个a-Si太阳电池。非晶硅原子排列呈无规则状态，理论转换效率18%；实际转换 效率7-9%。非晶硅电池是在玻璃基板上使用蒸镀非晶硅层的方法，薄膜层厚度数微 米；节约原材料，批量生产时成本低。非晶硅薄膜电池的薄膜可附着在廉价的基片 介体如玻璃、活性塑料或不锈钢等之上，不仅可节省大量材料成本，也可制作大面 积、专供建筑使用的透明玻璃光电砖。
2.1 光伏电池
2.1.1 光伏电池发电原理 （3）太阳电池的发电原理
减反射膜
前电极（-）
N型硅（P+）
P型硅（N-） 背电极（+）
太阳光
电灯
电流
2.1.2 太阳电池的种类
单结晶太阳能电池
结晶系 多结晶太阳能电池
硅半导体
单结晶薄膜太阳能电池
非晶质
非晶质太阳能电池
太 阳 能 化合物半导体 电
池
III-V 族化合物（GaAS）太阳能电池 Ⅱ-Ⅵ族化合物（CdS/CdTe）太阳能电池 三元（I-Ⅱ-Ⅵ族）化合物（CuInSc2）
（2）光电效应 当半导体内部电场E存在时，光照射时产生的电子空穴对向两侧运动，产 生电荷载流子的分极作用，半导体两侧产生电位差，即为光电效应 （Photo-Voltaic Effect）。半导体内部静电场E 存在的条件：形成P型半导 体和N型半导体组成的半导体PN结。
2.1 光伏电池
2.1.1 光伏电池发电原理
正极 2.1.2 太阳电池的负种极 类
2.多晶硅太阳电池 玻璃衬多底晶硅SnO片2导电的膜 生产P层流1层程N包层 括AI：层 多保晶护层原料清洗、检测→坩埚喷涂→多晶铸锭→硅锭剖方
→ 硅块检验→去头尾→磨面、倒角→粘胶→切片→硅片脱胶→硅片清洗→硅片检验→ 硅片包装→硅片入库。
2.1.2 太阳电池的种类
2.1.2 太阳电池的种类
3.非晶硅太阳电池 非晶硅太阳电池有各种不同的结构。其中PiN结构电池是在衬底上先沉积一层掺磷的 N 型非晶硅，再沉积一层未掺杂的i 层，然后再沉积一层掺硼的P 型非Байду номын сангаас硅，最后用 电子束蒸发一层减反射膜，并蒸镀银电极。该工艺可以采用一连串沉积室，在生产
中构成连续程序，以实现大批量生产。同时，非晶硅太阳电池很薄，可以制成叠层