太阳能电池的工作原理和电学性能.doc

太阳能电池的工作原理和电学性能北极星太阳能光伏网2012-5-4 10:24:35我要投稿关键词: 单晶硅太阳能电池太阳能北极星太阳能光伏网讯:太阳能电池的工作原理基础是:半导体p-n绪的光生伏打效应。所谓光生伏打效应，简言之，就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。当太阳光或其他光照射半导体p-n结时，就会在p-n结的两边出现电压，叫光生电压。使p-n结短路，就会产生电流。单晶硅的原子是接照一定的规律排列的。硅原子的外层电子亮层中有4个电子，如图l所示。图1硅原子结构图每个原子的外层电子都有固定的位置，并受原子核的约束。它们在外来能量的激发下，如在太阳光辐射时，就会摆脱原子核的束缚而成为自由电子，并同时在它原来的地方留出一个空位，即半导体物理学中所谓的空穴。由于电子带负电，空穴就表现为带正电。电子和空穴就是单晶硅中可以运动的电荷。在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在晶体硅中搂入能够俘获电子的棚、铝、嫁或锢等杂质元素，那么它就成为空穴型半导体，简称p型半导体。如果有硅晶体中掺入能够释放电子的磷、碑或锦等杂质元素，那么它就成了电子型的半导体，简称n型半导体。若把这两种半导体结合在一起，由于电子和空穴的扩散，在交界面处便会形成p-n结，并在结的两边形成内建电场，又称势垒电场。由于此处电阻特别高，所以也称为阻挡层。当太阳光照射p-n结时，在半导体内的电子由于获得了光能而释放电子，相应地便产生了电子一一空穴对，并在势垒电场的作用下，电子被驱向n型区，空穴被驱向p型区，从而使n区有过剩的电子，p区有过剩的空穴;于是，就在p-n结的附近形成了与势垒电场方向相反的光生电场，如下图2所示。图2太阳能电能级图光生电场的一部分抵消势垒电场，其余部分使p型区带正电，n型区带负电;于是，就使得在n区与p区之间的薄层产生了电动势，即光生伏打电动势。接通电路时便有电能输出。这就是p-n结接触型单晶硅太阳能电池发电的基本原理。若把几十个、数百个太阳能电池单体串联、并连起来，组成太阳能电池组体，在太阳光的照射下，便可获得相当可观的输出功率的电能。太阳能电池的工作原理和电学性能(2)北极星太阳能光伏网2012-5-4 10:24:35我要投稿关键词: 单晶硅太阳能电池太阳能太阳能电池的基本电学性能(1)太阳能电池的极性太阳能电池一般组成p+/n型结构或旷n+/p型结构。其中，第一个符号，即p+/和n+/，表示太阳能电池正面光照层电导体材料的导电类型;第二符号，即n和p，表示太阳能电池背面衬底半导体材料的导电类型。太阳能电池的电性能与制造电池所用的半导体材料的特性有关。在太阳光照射时，太阳能电池输出电压的极性，p型一侧电极为正，n型一侧电极为负。当太阳能电池作为电源与外电路连接时，太阳能电池在正向状态下工作。(2)太阳能电池的电流一电压特性理想的p-n结特性曲线方程为：式中：I。太阳能电池在无光照射时的饱和电流;q一一电子电荷;K/B-理尔兹曼常数:A一一常数因子(正偏压大时A=1，正偏压小时A=2)。当IL=0时，电压U即为Uco可用下式表示:根据以上两式作图就可得到太阳能电池的电流一电压关系曲线。这个曲线简称为I-U曲线或伏安曲线，如图3所示。图3太阳能电池的I-U关系图a：未受光照;b：受光照Imp为最大负载电流，Ump为最大负载电压。在此负载条件下，太阳能电池输出功率最大，在电流一电压坐标系中对应的这一点，称为虽大功