太阳电池的工作过程.docx

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太阳电池的工作过程

太阳电池的工作过程

一．引言

二．半导体材料

三．P-N结

四．光生载流子

五．太阳电池的等效电路

六．影响太阳电池效率的因素

七．总结

一．引言

太阳电池：

将太阳光能转换为电能的器件

●种类

1）Si太阳电池

2）GaAs太阳电池

3）染料敏化电池

4）CuInSe电池

5）CdTe

●Si太阳电池

6）单晶Si片

7）多晶Si片

8）非晶Si薄膜

9）微晶Si薄膜

多晶Si薄膜

二．半导体材料

1）半导体

电阻率范围：

10-4～10-7欧姆·米

特性：

热敏，光敏和掺杂

广泛应用：

各种传感器器件

2）能级/能带

原子固体

导带

价带

满带

导体，半导体和绝缘体：

Si－1.1eV，C－5.47eV

3）

半导体的掺杂

1）本征半导体

本征激发：

电子和空隙（载流子）

Si在300K：

1.5x1010/cm3

2）

掺杂半导体

a）N-型半导体

在Si材料中掺入第V族元素

（P，As，Te等）

多数载流子－电子

少数载流子－空隙

b）P-型半导体

在Si材料中掺入第III族元素

（B,Al,Ga,In等）

多数载流子－空隙

少数载流子－电子

特点：

少量的掺杂可极大地增加载流子浓度

（常温时，Si：

10-6105）

太阳电池要求：

载流子的光激发

载流子的分离

三．P-N结

1）结的形成

特点：

稳定的内建电场

由n区指向p区

2）P-N结的I-V特性

Shockley方程：

I=I0〔exp（eV/kT）-1〕

特点：

单向导电性

反向饱和电流

四．光生载流子

非平衡状态

少数载流子

反向工作状态的二结管（从电流的流向来说）

五．太阳电池的等效电路

I

I=IL–I0{exp[e（V+IRS）/kT]-1}-（V+IRS）/RSH

ISC=IL/[1+（RS/RSH）]

负载匹配！

！

！

六．影响太阳电池效率的因素

1）太阳电池的光电转换效率

I

对I0=10-7A,IL=25mA,RSH=500andRS=1,I-V曲线如下：

开路电压:

VOC=553mV短路电流:

ISC=24.95mA

最大输出功率电压:

VMP=449mV最大输出功率电流:

IMP=22.3mA

填充因子:

ff=（VMPIMP）/（VOCISC）=72.6%

效率:

=（VMPIMP）/PIN=10.0%

2）串联电阻和短路电阻对I-V曲线的影响

3）串联电阻和短路电阻对填充因子的影响

高填充因子要求：

串联尽量小而短路电阻尽量大。

4）利用I-V曲线确定短路电阻

从等效电路方程，可得电流接近ISC附近有：

由于RS<

RSH=-1/（dI/dV）

即由I-V曲线在Isc附近的斜率可确定电池的短路电阻

5）利用I-V曲线确定串联电阻

同样，利用等效电流方程，在Voc附近可得：

也就是说，利用I-V曲线在Voc附近的斜率，可确定电池的串联电阻。

七．总结

太阳电池――处于反向工作状态的二结管

工作过程――载流子的产生、漂移和经内建电场的分离

性能参数――ISC，VOC，FF，，RS和RSH

工作状态－－负载匹配

专门课题：

1.单晶、多晶Si片电池及非晶Si、多晶Si和微晶Si薄膜电池

2.材料中载流子的输运

3.太阳电池的光谱响应

4.P-N结结构设计对太阳电池性能的影响

5.薄膜材料的制备方法介绍

6.CVD技术的应用和原理

7.集成电路基本工艺

8.介质膜及其在太阳电池中的应用

9.材料的外延生长过程

10.太阳电池的表面复合和钝化

11.超高效第三代太阳电池介绍