单晶硅硅太阳能电池

1、毕业答辩课题名称：单晶硅硅太阳矣g电池的基本特性研究太阳能电池的发展历史2 J，单晶硅太阳能电池与多晶硅太阳能电池的差异$单晶硅太阳能电池的工作原理J单晶硅太阳能电池的基本特性参数温度对单晶硅太阳能电池的影响光照对单晶硅太阳能电池的影响一、太阳能电池的发展历史 51839年法国物理学家贝刪尔首次发现光伏效应。1958年我国研制出了首块硅单晶,研发出的电池主要用于空1954年美国贝尔实验室制成第一个单晶硅太阳能电池。间领域。w倔70年代末，我国与国际同期开展了神化铢太胡罷帘晁耕究， 该电池具有很高的光吸收系数，1999年，2X2cm2电池的转 换效率达22% o 1975年宁波、开封先后成立太阳

2、电池厂，电池制造工艺模仿 蠶驕空间电池的工艺太阳能电池的应用开始从空间降 80年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，生产 能力由原来的儿百KW （千瓦）一下子提升到4.5MW,这种 产能一直持续到2002年，产量则只有2MW左右。 1999年，保定天威英利新能源有限公司承建了 “多晶硅太 阳能电池及应用系统示范工程”项目，2003年12月正式通 过国家验收，全线投产，填补了我国不能商业化生产多晶硅 太阳能电池的空白。 2002年9月，诡德第一条10MW太阳电池生产线正式投产，产能相当于此前四年全国太阳电池产量的总和，一举将我国 4国际光伏产业的差距缩短了 15年。 2004年1月19日

3、,中国第一台12对棒多晶硅高效节能大还原 炉在中硅高科试验成功，各项技术指标均达到国际先进水平。 至此，中国人掌握了由美国、日未、徳国等国垄断20余年的 多晶社生产*亥心技来。 2005年，国内第一个300吨多晶硅生产项目在洛阳中硅建成 投产，拉开了中国多晶硅大发展的序幕。 2005年12月140,无锡尚德在美国纽约证券交易所挂牌，成 为甲国内地首家在纽交所挂牌上市的民苜高赴技企业。从此, 国内太阳能电池的生产和研发也驶入了戾车措。 2007年，我国太阳能电池产量约占世界总产量的三分之一， 成为世界第一大太阳能电池生产国。结语：尽管我国从2007年开始成为世界生产太阳能电池最多 的国家，但与国

4、外还有不少的差距。而且，在各和新型太阳 能电池的开发上，我们还处在起步的阶段，而国外已经有了 很大的发展，因此，我国太阳能电池的发展任重而道远。二、单晶硅太阳能电池与多晶硅太阳能电池的差异单晶硅和多晶硅都是单质硅的一种形态。单晶硅期原壬排 列得非常整齐，晶格位向完全一效，且无任何缺喑存涯。 多晶硅叩由许多位向不同的晶格组成广且其内部还存在着 多种晶林炭陷。多晶硅是制造单晶硅的原料。单晶是采取直拉发生产，直拉过程就是一个原子结构重组 的过程2而多晶多采用浇注法生产，就是直接把硅料倒入 坷烟中融化定型。单晶硅片为方圆形，多晶硅为方形。对太阳电池来讲，方 形基片更合算，通过浇铸法和直接凝固法所获得的

5、多晶硅 可直接获得方形材料。单晶硅电池具有电池转换效率高，稳定性好，但是成本较 高；多晶硅电池成本低，但转换效率略低于单晶硅太阳能 电池。多晶硅：硅锭硅片单晶硅：硅棒硅片1IIIIF II 臺11、单晶硅太阳能电池的工作原理单晶硅太阳能电池片的结构主要包括：正面梳状电极、 减反射膜、N型层、PN结、P型层、背而电极等，如下图- 所示：直I梳状电飯扩数层电池扇度H陡片基区皇官背面电极SiOa/SisN减艮対胆工作原理：出太阳光照射到太阳电池上并被吸收时，其 屮能吐人丁禁帯宽度的光子能把价带中电子激发到导带上去， 形成自由电子，价带中留下带正电的自由空穴，即电子一空 穴对；自由电子和空穴在不停的运

6、动中扩散到P-N结的空间电 荷区，被该区的内建电场分离,电子被扫到电池的N型一侧， 空穴被扫到电池的P型一侧，从而在电池上下两面（两极）分别 形成了正负电荷积累，产生“光生电压”，即“光伏效应”， 若在电池两侧引出电极并接上负载，负载中就有光生电流” 通过。背面电尿正面电绎P空庁oo O O电流V工作原理图l;四、单晶硅太阳能电池的基本特性参数FA开路电压Uoc,即将太阳能电池置于100 mW/cm2的光源 照射下，在两端开路时，太阳育E电池的输出电压值。短路电流Isc,就是将太阳能电池置丁标准光源的照射下，在输出端短路时，流过太阳能电池两端的电流。最大输出功率Pm,如果选择的负载电阻值能使输

7、出电压和 电流的乘积最大，即可获得最大输出功率。填充因子FF,他是最大输出功率与开路电压和短路电流乘 积之比，是代表太阳能电池在带最佳负载时，能输出的最 大功率的特性。转换效率n指在外部回路上连接最佳负载电阻时的最大能 量转换效率。伏安特性，工作状态下太阳电池的电压电流特性。图示：在给定的日照和温度下短路电流Isc、开 路电压Uoc、输出功率Pm与填充因子FF的关系。实 线部分是lv （伏安）曲线，虚线部分为PV （伏瓦） 曲线。7込五、温度对单晶硅太阳能电池的影响温度对I-V特性的影响-图 A t=46C I-V 曲线0.030.0250.03 -0.0250.02-0.0150.005U(

8、V)0.020.010 26 8UM图 B t=40C I-V 曲线图 D t=30C I-V 曲线图 E t=22. 3C I-V 曲线图F不同温度对比图温度对短路电流的影响图1短路电流与温度的关系图1短路电流与温度的关系30. 5 -30 -29- 5 -29 -28. 5 -28 -27. 5 -27 1290U + 1RS295300305310315320T(K)Isc随温度上升而缓慢 上升，这是由于串联电 阻与并联电阻的存在， 光电流流过Rs要产生一 定压降，当测量短路电 流时在Rsh上也要损失部 分电流，而且随着电流 的增大，两者的影响也 加大，从而抑制了 Isc的 增加。图1短

9、路电流与温度的关系温度对开路电压的影响T(K)温度对它的输 出开路电压影响大, 温度越高，开路电 压越低。图2开路电压与温度的关系温度对输岀功率的影响T(K)图3输出功率与温度的关系在这一温度范 围内，输岀功率岀 现一个最大值和一 个最小值，并不是 朝一个方向变化。 在305K左右，电 池的输出功率最大。 通过最大值以后输 出功率随温度的增 加而降低。温度对填充因子的影响T(K)0,6150.610. 6050.60. 5950. 590. 5850. 58图4填充因子与温度的关系FF =I Usc 0C串、并联电阻对填 充因子有较大影响，串 联电阻越大，填充因子 也随之减少的越多；并 联电阻

10、越小，填充因子 随之也下降的越多，在 这一温度范围内，填充 因子岀现一个最大值， 填充因子随着温度的变 化而变化。六、光照对单晶硅太阳能电池的影响棊木量的测定在不加偏压用白光照射时e肓箱中光源到太阳能电池的距 离保持为20cm,装置如下图所示）,太阳能电池在不 同负载电阻R下通过太阳能电池的输出电流I和输出电压U, 并由此确定当太阳能电池输出功率为Pmax时相应的负载 电阻R,并绘制I-U关系图和P-R关系图。再从I-U图屮找 出短路电流Isc和开路电Uoc,从P-R图中找出最大输出功 率Pmax及相应的负载电阻，计算可得到填充因子FF。在不加偏压时，以白色光照射太阳能电池，电路原理图 飾图A

11、所示。测得在不同负载电阻R下流过太阳能电池的电流 I和太阳能电池的输出电压U,分析所得数据可得到电流I和电 压U的变化关系，如图B所示。同理，太阳能电池的输出功率 P与负载电阻R的关系如图C所示：图A电路原理图图BP-R关系图由图B可知，lsc=O.722mA ；Uo屈酚8黒由图C可知，算出填充因子:1.8873.78x0.722= 0.692Pmax=1.887mW； 此时R二5400Q o光照效应在暗箱屮，取定Jo作为标准的光照强度，在本实验中，取 自光源水平距离20 cm处光强作为标准光照强度，用光度 计测量该处的光照强度Jo。通过改变太阳能电池到光源的 距离d，来改变光照强度J。而J/

12、Jo是太阳能电池接受的相 对光强度。通过测量lsc Uoc与J/JIse、Uoc分别与J/Jo之间的近似函数关系，如图D、图E所示。0.9O6 5 4 3 2 1 0 o.a a ao.a0.70.81A244J/Jo图D Isc-J/Jo的函数关系图4开路电压Uoc与相对光强J/J。的关系J/Jo图E Uoc-J/Jo的函数关系图从图D图E得到Isc、Uoc与相对光强度J/JO的函数关系式为:Isc = (0.6897-+ 0.0187)mA相关系数 p2 - 0.9915Ux = 0.62461n()V + 4.2463/相关系数 R2 =0.8459输出功率和光照强度Z间的关系通过改变光照强度，也就是承聶嶽阳能电池与光源之间 的距离d变化，测量儿组不同的输出电压和输出电流数值， 可以得到在不同的光照下的输出功率，进而得到输出功率 和光照强度的关系，如下图所式3.2-O脣、褂悴3縫输出功率与相对光强度J/ Jo的关系20.0.6J/J本章总结：图示：随着光照的变化I-V曲线和PV曲线的变化图，从