太阳能,光伏,新能源,原理与应用

第一章绪论 1.太阳辐射强度（太阳辐射通量密度）单位时间内投射到单位面积上的太阳辐射能量（W·m-2 ）2.太阳常数：当地球位于日地平均距离时(约为1.496×108km)，垂直于太阳光方向的单位面积上的辐射强度称为太阳常数。或称为大气光学质量为0（AM0）的辐射在光伏工作中采用的太阳数值是1367 W·m-2 。

3.大气光学质量（AM）：太阳光通过大气的实际路程与最短路程之比最广泛使用的地面标准是AM1.5、分布地面阳光的总辐照度规定为1000 W/m2。，25℃

第二章1、固体材料分成：超导体、导体、半导体、绝缘体电子在壳层上遵循泡利不相容原理、能量最低原理

2、原子的共有化运动→→能级分裂原子外层交叠的程度大，公有化运动显著，能级分裂显著，能带宽（内层描述相反）

3、未填满电子的最外壳层中的电子数，决定这一元素的化学性质，这些电子称为价电子，价电子所处的基态能级叫做价级。

4、价带：0K条件下被电子填充的能量最高的能带导带：0K条件下未被电子填充的能量最低的能带禁带：导带底与价带顶之间能带禁带宽度：导带底与价带顶之间的能量差满带：能带中各能级都被电子填满。

5、本征半导体：完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。半导体中有两种载流子:自由电子和空穴

6、杂质半导体（可提高半导体的导电能力、能改变半导体导电机制）分为P型和N型N型半导体：四价的本征半导体Si、Ge等，掺入少量五价的杂质元素(如P、As等)形成电子型半导体，也称n型半导体N型靠近导带（空带），是施主能级，自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。施主杂质：能够施放电子而在导带中产生电子并形成正电中心的杂质，称为施主杂质P型半导体：四价的本征半导体Si、Ge等，掺入少量三价的杂质元素(如B、Ga、In等)形成空穴型半导体，也称p型半导体。受主能级（靠近价带）：被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级EA，受主能级位于离价带底很近的禁带中。空穴是多子

7、费米能级（EF): 在低温下（0K），晶体的某一能级以下的所有可能态都被两个电子占据，该能级称为费米能级（参考能量）

8、费米能级和电子占据率：关于电子占据能级的规律，根据量子理论和泡利不相容原理，半导体中电子能级的分布服从费米－狄拉克统计分布规律。

9、在电场作用下由载流子的漂移运动产生的，这种电流称为漂移电流。载流子的漂移运动：外电场作用下载流子的定向运动

漂移运动实际是载流子在电场作用下经历加速、碰撞过程的平均结果。迁移率v=uE 10、由于载流子浓度不均匀而形成的扩散运动，所产生的电流称为扩散电流。11、两种散射机制：杂质散射、晶格散射12、产生非平衡载流子的方法，称为注入。大注入：在某种注入下，产生的过剩载流子的数量显著高于热平衡时的多子浓度，此时称大注入（外界）小注入：在某种注入下，产生的过剩载流子的数量显著低于热平衡时的多子浓度，此时称小注入小注入13、复合：所有处在导带中的电子都是亚稳定状态的，并最终会回到价带中更低的能量状态。它必须移回到一个空的价带能级中，所以，当电子回到价带的同时也有效地消除了一个空穴。这种过程叫做复合。复合分为直接复合、间接复合；发射光子、发射声子、俄歇复合；体内复合、表面复合俄歇复合过程是由电子-空穴对复合所释放出的能量及动量转换至第三个粒子而发生的，此第三个粒子可能为电子或空穴

14、PN结：当p型半导体和n型半导体接触在一起时,在两者的交界面处存在着一个过渡区,通常称为pn结

15、扩散运动——P型和N型半导体结合在一起时，由于交界面（接触界）两侧多子和少子的浓度有很大差别，N区的电子必然向P区运动，P区的空穴也向N区运动②漂移运动——在扩散运动同时，PN结构内部形成电荷区，（或称阻挡层，耗尽区等），在空间电荷区形成的内部形成电场的作用下，少子会定向运动产生漂移，即N区空穴向P区漂移，P区的电子向N区漂移16、电阻率和温度的关系：电阻率的大小取决于电子浓度和电子迁移率。当温度升高时,金属导体自由电子浓度不变,但电子热运动增加,从而定向运动的迁移率变小,电阻率增大；对于半导体,迁移率随温度变化小。载流子浓度随温度增高而增大,因此使电阻率变小

第三章1.地面用硅太阳电池组件环境试验：冰雹试验温度交变、高温贮存、低温贮存、恒定湿热贮存、振动、冲击、盐雾试验、地面太阳光辐照试验、扭弯试验2、太阳能电池参数光强：1000W/m2 光谱分布：AM1.5 电池温度：25℃3、太阳模拟器分类：（1.）稳态太阳模拟器（2）脉冲式太阳模拟器

第四章第五章1、太阳能电池对材料的要求：①半导体材料的禁带不能太宽②要有较高的光电转换效率③材料本身对环境不造成污染④材料便于工业化生产且材料性能稳定

2、太阳能电池分类：第一代为单晶硅、多晶硅第二代为薄膜太阳能电池:非晶硅，染料敏化、砷化镓第三代：量子点太阳能电池、热载流子太阳能电池

3、单晶硅太阳电池的工作原理：(1.) 必须有光的照射，可以是单色光、太阳光或模拟太阳光源等；( 2. )光子注入到单晶硅半导体后，激发出电子-空穴对。这些电子-空穴应有足够的寿命，在它们被分离之前不会复合消失；(3.) 必须有一个静电场，在静电场的作用下，电子-空穴对被分离，电子集中在一边，空穴集中在另一边。绝大部分单晶硅太阳电池利用PN结势垒区的静电场实现分离电子一空穴对的目的，PN结是单晶硅太阳电池的心脏部分；(4. )被分离的电子和空穴，经由电极收集输出到电池体外，形成电流。

4、单晶硅太阳电池特点：(1) 原料硅的藏量丰富（2）单晶硅制造技术或p-n接合制作技术，技术成熟度增加而进步神速(3) Si 的密度低，材料轻，应力相当强（4）转换效率较高(5) 发电特性极稳定

5、单晶硅制作流程：（1）由砂还原成冶金级硅（2）冶金级硅提纯为半导体级硅（3）半导体级硅转变为单晶硅片（4）单晶硅片制成太阳能电池（5）太阳能电池封装为防风雨的太阳能电池组件【简答题】

6、主要测试太阳电池的基本特性：开路电压VOC、短路电流ISC、填充因子FF、能量转换效率η{考计算题,效率不会高于12%）

7、影响少数载流子寿命的因素有：1）体内复合2）表面复合3）电极区复合

8、多晶硅太阳能电池结晶构造较差主要的原因有两个，一是本身含有杂质，二是在结晶的时候速度较快，硅原子没有足够的时间成单一晶格而形成许多结晶颗粒。效率差的原因是颗粒与颗粒间存在着结晶边界，在晶粒边界的两边会形成静电势垒。晶粒边界的另一个有害影响是它们为pn结的电流提供了旁路

9、非晶硅太阳电池：非晶硅具有较高的光吸收系数、非晶硅的禁带宽度比单晶硅大、制备非晶硅的工艺和设备简单、制备非晶硅太阳能电池能耗少10、非晶硅的光照衰退：非晶硅电池在强光下照射数小时，电性能下降并逐渐趋于稳定；若样品在160℃下退火，电学性能可恢复原值(S-W效应) 11、硅基薄膜电池优缺点优点：耗材少、能耗低、无毒、无污染、更多的发电量、美观、大方、应用稳定性更好、能源回收期短、成本低且下降空间大缺点：前期资金投资大、光致衰退(S-w效应)、效率偏低

第六章1、DSSC的工作原理（1）S+hv →S* （2）S*→ S+ e (3) 2S+3I-→2S+I (4)I +2e → 3 I-基态染料吸收光子跃迁到激发态上，因为激发能级比TiO2 能级高，染料向TiO2 注入一个电子，自身变为氧化态。氧化态染料与I-发生氧化还原反应，自身被还原到基态，I-被氧化成 I ，I 在外电路获得电子，被还原到I- 2、敏化剂的要求：吸收尽可能多的太阳光、紧密吸附在纳米晶网络电极表面；（－COOH,-SO3H,－PO3H2等）、与相应的纳米晶的能带相匹配、激发态寿命足够长；具有长期的稳定性3、染料敏化电池的光阳极，必须满足以下3个条件:(l)必须有足够大的比表面积，从而能够吸附大量的染料;(2)纳米多孔薄膜吸附染料的方式必须保证电子有效地注入薄膜的导带；(3)电子在薄膜中有较快的传输速度，从而减少薄膜中电子与电解质受主的复合。

制备方法：粉末涂覆法；溶胶凝胶法；水热反应法；溅射法；醇盐水解法；溅射沉积法；等离子喷涂法；丝网印刷法等4、电解质在染料敏化太阳能电池中起着传输电子和再生染料的作用。目前，最常用的电解质是将I-/I3-溶解在有机溶剂中5、染料敏化太阳电池的特点：材料成本较低、制备工艺简单、转换效率随温度上升而提升、电池两面均可以吸收光——有利于吸收散射光、制备出半透明或不同颜色的电池——装饰功能强、质量轻以及可制成柔性器件——便于携带

能源回收期较短——小于1年、相对较高的转换效率——最高转换效率超出12% 6、应用：装饰功能、制成手机充电器电源、军事领域、制半透明汽车挡板、作为屋顶的应用、野外帐篷的应用、7、提升ＤＳＳＣ电池竞争力的主要途径：①进一步提升染料敏化太阳电池的转换效率短路电流的改善、开路电压、②填充因子②稳定性液态电解质替换——准固态及固态电解质的开发无机敏化剂——量子点敏化材料③减低成本对电极Pt取代材料、天然敏化剂

第七章1、砷化镓电池的特点（与硅光电池比较）：光电转化率高、耐温性好、可制成薄膜和超薄型太阳电池、抗辐射性能好、可制成效率更高的多结叠层太阳电池、机械强度和比重

2、砷化镓生产技术：LPE技术一种外延生长技术、金属有机化学汽相淀积（MOCVD）一种制备化合物半导体薄层单晶膜的新型汽相外延生长技术

3、铜铟硒薄膜太阳能电池特点：(1)能进行带隙剪裁（2）CIGS 是直接带隙材料(3) CIGS 薄膜不会产生光致衰变现象（4）CIGS 薄膜可用钠钙玻璃作衬底，成本低、膨胀系数相近，形成缺陷很少的、晶粒巨大的高品质结晶