太阳电池的结构、工作原理及电性能表征参数.doc

太阳电池的结构、工作原理及电性能表征参数院系XX学院班级 XX姓名 XX学号 XXX太阳电池的结构、工作原理及电性能表征参数 关键词：结构 工作原理 性能参数一、 太阳电池的结构 1、根据基质材料和扩散杂质的不同，太阳能电池基本结构分为两类： 基质材料为p型半导体光电材料：在p型基质材料表面形成n型材料，制备p-n结，n型材料为受光面。基质材料为n型半导体光电材料：在n型基质材料表面形成p型材料，制备p-n结，p型材料为受光面。2、根据所用材料的不同，太阳能电池还可分为：晶硅电池、非晶硅电池、其他电池。晶硅电池在晶硅电池中，又有单晶硅电池和多晶硅电池。其中单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟。高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成热的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅的电池工艺己近成熟，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。相比之下，多晶硅薄膜太阳能电池节省了材料，使用的硅远较单晶硅少，又无效率衰退问题，其成本远低于单晶硅电池。非晶硅电池基于晶体硅的太阳能电池发展历史较早且技术比较成熟，在装机容量一直占据领先地位。但是晶体硅太阳能电池降低成本的空间相当有限，很难达到人们期望值。因此非晶硅太阳能电池益发得到世界国的重视。非晶硅电池一般采用PECVD(等离子增强型化学气相沉积)方法使高纯硅烷等气体分解沉积而成的。由于沉积分解温度低，可在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔性塑料片上沉积薄膜，易于大面积化生产，成本较低。其他电池除了晶硅和非晶硅电池以外，还有铜铟镓硒（ CIGS）电池、砷化镓（GaAs）电池、碲化镉（CdTe）电池、染料敏化电池等。二、 工作原理1、p-n结一个掺入5价杂质的4价半导体，称为n型半导体。其空穴数目很少,称为少数载流子；而电子数目很多,称为多数载流子。一个掺入3价杂质的4价半导体，称为p型半导体。其空穴数目很多,称为多数载流子；而电子数目很少,称为少数载流子。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。 2、光生伏特效应。其基本结构就是一个大面积平面p-n结，在光照条件下，只有具有足够能量的光子进入p-n结区附近才能产生电子-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。 而光生电子-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。由于光生电子被留在n区，而光生空穴被留在p区。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。这就是“光生伏特效应”。3、工作过程、吸收光子，产生电子空穴对。、电子空穴对被内建电场分离，在pn结两端产生电势。、将pn结用导线连接，形成电流。、在太阳电池两端连接负载，实现了将光能向电能的转换。三、 电性能表征参数1、测试条件 测量太阳电池和组件的光伏性能，是在稳定的自然光或模拟太阳光下，在恒定温度下，描绘出其输出电流-电压特性曲线，同时测定入射光的辐射度以计算电池的光电转换效率。在标准测试条件下：测试温度为252、光源的光谱辐照度1000W/m2，并具有标准的AM1.5地面太阳光谱辐照度分布。其中AM1.5指太阳入射角为45的太阳辐射。2、表征的参数、短路电流在一定的温度和辐照条件下，太阳电池在端电压为零时的输出电流，通常用Isc来表示。Isc与太阳电池的面积大小有关，面积越大， Isc越大。一般1cm2的太阳电池Isc值约为16-30mA。Isc与入射光的辐照度成正比。究其原因，还是以下导致的：首先是表面的减反射程度影响的，其通过制绒和镀减反射膜使反射率在10%以下。其次正面电极的印刷遮掉10%左右的入射光。再者电池片比较薄，部分光线会直接穿透电池片，但是现采用全背面印刷铝浆对这损失有很大削弱。最后还有半导体体内和表面的复合所导致的。、开路电压在一定的温度和辐照度条件下，光伏电池在空载(开路)情况下的端电压，通常用Voc来表示。对应的太阳电池的开路电压与电池面积大小无关，而是某一个常数。而太阳电池的开路电压与入射光谱辐照度的对数成正比。通常单晶硅太阳电池的开路电压约为450-600mV，最高可达690mV ，它的禁带宽度约为1.1ev。还有的就是Voc的损失主要在于体内复合。、量子效率（QE）量子效率也称收集效率，是用来表征光电流与入射光的关系。其描述不同能量的光子对短路电流的贡献。它可以从一个角度反映电池的性能。而对整个入射光谱，则是短路电流的光谱响应。又因为量子效率是能量的函数，所以其可分为外量子效率（EQE）和内量子效率（IQE）。外量子效率表示的是对整个入射太阳光谱，每个波长为的入射光子能对外电路提供一个电子的概率。它反映的是对短路电流有贡献的光生载流子密度与入射光子密度之比。一般小于1。外量子效率低表明电池活性层对光子的利用率低，但也可能表明光的反射、投射比较多。内量子效率表示被电池吸收的波长为的一个入射光子能对外电路提供一个电子的概率。内量子效率低表明电池活性层对光子的利用率低。内量子效率通常大于外量子效率。一般大于1。、影响因子太阳电池的最大功率与开路电压和短路电流乘积之比，通常定义为影响因子，用FF表示。其是表征太阳电池性能优劣的一个重要参数。它与入射光谱光强、短路电流、开路电压、串联及并联电阻都有密切的联系。、电阻电阻中包括串联和并联的。在串联的电阻中，包括正面电极金属栅线、正面、背面金属半导体接触、正面扩散层、基区体、背面电极金属层的电阻。并联电阻产生的原因