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第6章太阳能电池 太阳能电池的定义 太阳能电池 又称光伏器件 是一种利用光生伏特效应把光能转变为电能的器件 它是太阳能光伏发电的基础和核心 是一种具有光伏效应的半导体器件 第一代基于硅片技术的太阳电池 基于半导体薄膜技术的第二代半导体太阳电池 多层膜一叠层半导体材料一量子阱材料一量子点材料 为主要路线的第三代太阳能电池 太阳能电池的分类 硅太阳电池 敏化纳米晶太阳电池 有机化合物太阳电池 塑料太阳电池 无机化合物半导体太阳电池 按材料分类 单晶硅电池 多晶硅电池 非晶硅电池 碲化镉电池 铜铟硒电池等 太阳能电池的结构 原理 光生伏特效应实质 光能转换成电能 光生伏特效应 太阳电池工作原理与性能 PN结 内电场方向 NP 太阳能电池基本原理 abc半导体的能带和电子分布图a本征半导体bn型半导体cp型半导体 h Eg 太阳电池工作原理与性能 5 光在内部深处被吸收 但由于能量小不产生电子空穴对 或不被吸收而透射出去 这部分是长波长的光 不产生光生电动势 1 光在表面被反射 2 光在表面被吸收生产电子 空穴对 但未到达PN结就被复合掉 这部分光大部分是吸收系数大的短波长的光 3 光在pn结附件或在pn结上被吸收而产生电子空穴对 并扩散到pn结产生光电动势 4 光在材料内部深处被吸收而产生电子空穴对 但到pn结之间就被复合 由于pn结势垒区内存在较强的内建势场 从n区指向p 结两边的光生载流子受该电场作用 各自向相反的方向运动 p区的电子穿过p n结进入n区 n区的的空穴进入p区 使p端的电势升高 n端的电势降低 于是在pn结两端形成了光生电动势 这就是pn结的光生伏特效应 产生光伏效应的三个条件 1 由光照而产生的电子 空穴对的浓度应超过他们在热平衡时的浓度 2 过剩的异号电荷必须受到内建电场的作用 这种内建电场由pn结产生 3 所产生的电子 空穴必须可漂移 并有一定长的寿命 太阳能电池重要参数 1 短路电流密度Jsc 2 开路电压Voc 3 填充因子FF 4 光电转换效率EFF 太阳能电池的等效电路 1 短路电流密度Jsc 与光照面积及器件结构有关 2 开路电压Voc 由pn结扩散电位及材料的掺杂浓度 吸收层禁带宽度以及p层和n层材料的电子亲和势等决定 3 填充因子FF 描述太阳能电池性能的重要参量 影响因素 结特性 前后表面接触特性 构成器件的材料的点穴特性 太阳能电池的能量损失机理 为热损失 和 为P N结和接触电压损失 为电子一空穴结合所造成的损失 太阳能电池的生产工艺过程 硅片的生产工艺过程 Wafer 单晶硅生长 Apuresiliconseedcrystal pulledoutslowlyasitisrotated Siingot Czochralskiprocess Examplesofcompletedingots Diametercanbe150mm 6 200mm 8 300mm 12 or400mm 16 单晶SiWafer Wafer 太阳能电池的制造过程 硅片腐蚀 等离子边缘腐蚀 减反射膜制备 表面金属化 扩散制结 去磷硅玻璃 太阳能电池及模块和阵列 单晶硅太阳能电池 一般采用n p同质结的结构 即在p型硅片上用扩散法制作出一层很薄的经过种掺杂的n性层 然后再n性层上制作金属栅线 作为正面的接触电极 为减少光的反射损失 一般在整个表面制作绒面 或覆盖减反射膜 GaAs太阳能