11 太阳电池及材料

1、太阳电池及材料太阳电池及材料池玉娟池玉娟黑龙江大学化学系黑龙江大学化学系物理化学实验室物理化学实验室解决人类社会发展在能源需求方面的问题解决人类社会发展在能源需求方面的问题 开发宇宙空间所需的连续不断的能源开发宇宙空间所需的连续不断的能源 地面一次能源的获得地面一次能源的获得 目前地面能源面临的矿物燃料资源减少目前地面能源面临的矿物燃料资源减少与环境污染问题与环境污染问题 日益发展的消费电子产品随时随地的供日益发展的消费电子产品随时随地的供电问题电问题 改善生态环境、控制环境污染改善生态环境、控制环境污染 利用太阳光与材料相互作用直接产生电能利用太阳光与材料相互作用直接产生电能 是对环境无污染

2、的可再生能源是对环境无污染的可再生能源 是是21世纪的重要新能源，一些发达国家目世纪的重要新能源，一些发达国家目前已出巨资并增加技术投入以占领日益扩前已出巨资并增加技术投入以占领日益扩大的太阳电池市场大的太阳电池市场科学家们公认，太阳能是未来人类最合适、最科学家们公认，太阳能是未来人类最合适、最安全、最绿色、最理想的替代能源。安全、最绿色、最理想的替代能源。资料显示：资料显示：太阳每分钟射向地球的能量相当于人类一年所太阳每分钟射向地球的能量相当于人类一年所耗用的能量。目前太阳能利用转化率约为耗用的能量。目前太阳能利用转化率约为。据此推算，到年全世界。据此推算，到年全世界能源消费总量大约需要万亿

3、立升原油，如能源消费总量大约需要万亿立升原油，如果用太阳能替代，只需要约万公里的一块果用太阳能替代，只需要约万公里的一块吸太阳能的吸太阳能的“光板光板”就可实现。就可实现。“宇宙发电计划宇宙发电计划”在理论上是完全可行的。在理论上是完全可行的。 原理原理太阳电池发电的原理是基于太阳电池发电的原理是基于光伏效应光伏效应(photovoltaic effect(photovoltaic effect，PV)PV)，由太阳光的光，由太阳光的光量子与材料相互作用而产生的电势量子与材料相互作用而产生的电势地面用太阳电池要形成组件，需将多片太阳电池连接在一地面用太阳电池要形成组件，需将多片太阳电池连接在一

4、起并起支撑与保护作用。起并起支撑与保护作用。太阳电池组件太阳电池组件通常称为通常称为光伏组件光伏组件。半导体材料半导体材料薄膜用衬底材料薄膜用衬底材料减反射膜材料减反射膜材料电极与导线材料电极与导线材料组件封装材料组件封装材料地面用太阳电池的制约因素地面用太阳电池的制约因素 材料费用是最大的支出材料费用是最大的支出( (如晶体硅电池中，如晶体硅电池中，材料费占材料费占606080%)80%) 半导体材料的选择、制备工艺与质量直半导体材料的选择、制备工艺与质量直接影响太阳电池的转换效率和成品率接影响太阳电池的转换效率和成品率 解决这一问题必须依靠材料科学与技术解决这一问题必须依靠材料科学与技术的

5、进步的进步太阳能太阳能太阳是一座聚合核反应堆，发射功率为太阳是一座聚合核反应堆，发射功率为3.8 1026W，中，中心温度心温度107K，太阳表面是，太阳表面是5743K的黑体。的黑体。 太阳辐射的光谱所包括的波长为太阳辐射的光谱所包括的波长为10pm 10km，其中，其中99%的能量集中在的能量集中在0.2764.96 m之间之间。 地球一年接受太阳的总能量为地球一年接受太阳的总能量为1.8 108kWh，仅为太阳辐射，仅为太阳辐射总能量的总能量的20亿分之一，却是现在人类消耗能量的亿分之一，却是现在人类消耗能量的12000倍。倍。在人类使用的能源中，除直接用太阳的光能、热能外，其在人类使用

6、的能源中，除直接用太阳的光能、热能外，其它所有能源形式均来自于太阳能。它所有能源形式均来自于太阳能。地表与接受太阳辐照的关系地表与接受太阳辐照的关系对一个具体地理位置而言，太阳对地对一个具体地理位置而言，太阳对地表面的辐照取决于表面的辐照取决于地球绕太阳的公转与自地球绕太阳的公转与自转转、大气层的吸收与反射大气层的吸收与反射、气象条件气象条件。1、地球相对太阳的运动的影响、地球相对太阳的运动的影响2、大气层对太阳辐射的影响、大气层对太阳辐射的影响3、大气质量数、大气质量数4、日照的地理分布、日照的地理分布太阳电池分类太阳电池分类 空间用太阳电池空间用太阳电池 地面用太阳电池地面用太阳电池电源用

7、太阳电池电源用太阳电池消费电子产品用太阳电池消费电子产品用太阳电池耐辐射、转换效率高、单位电能所需重量小耐辐射、转换效率高、单位电能所需重量小发电成本低、转换效率高发电成本低、转换效率高电池薄而小，可靠性高电池薄而小，可靠性高按化学组成及产生电力方式分类按化学组成及产生电力方式分类 无机半导体太阳电池无机半导体太阳电池 有机太阳电池有机太阳电池 (利用酞菁锌、聚苯胺、甲基卟啉、聚对苯乙炔利用酞菁锌、聚苯胺、甲基卟啉、聚对苯乙炔等有机半导体形成的等有机半导体形成的异质结异质结或与金属形成的或与金属形成的肖肖特基势垒特基势垒而产生光伏效应而产生光伏效应 光化学电池光化学电池 (是由光子能量转换成电

8、子，电子通过电解质转是由光子能量转换成电子，电子通过电解质转移到另外的材料，然后向外供电的移到另外的材料，然后向外供电的)无机半导体太阳电池无机半导体太阳电池制作太阳电池所用的半导体材料制作太阳电池所用的半导体材料 元素半导体元素半导体 化合物半导体化合物半导体 各种固溶体各种固溶体(物性随组成而改变物性随组成而改变)半导体材料的主要性质半导体材料的主要性质 能带结构能带结构 晶体结构晶体结构 化学键化学键 载流子的输运载流子的输运 光与半导体相互作用光与半导体相互作用1、固体的能带结构、固体的能带结构原子与原子结合形成晶体时，由于原子间电子的相原子与原子结合形成晶体时，由于原子间电子的相互作

9、用，使原来原子的各自分散的能级形成为准连续互作用，使原来原子的各自分散的能级形成为准连续的带状结构，简称为的带状结构，简称为能带能带。 能带为彼此能量相差很小的准连续组。能带为彼此能量相差很小的准连续组。由于能带的结构不同，由于能带的结构不同，形成了金属、半导体和绝缘体。形成了金属、半导体和绝缘体。价带价带(满带满带)导带导带禁带禁带(带隙带隙) 能带结构是由物质组成决定的，和能带结构是由物质组成决定的，和材料本性具有直接关系材料本性具有直接关系 金属的能带结构和其它两类不同金属的能带结构和其它两类不同 绝缘体在能带结构方面与半导体相绝缘体在能带结构方面与半导体相似，只是禁带宽度不同似，只是禁

10、带宽度不同禁禁带带分分为为直直接接禁禁带带和和间间接接禁禁带带半导体中的载流子有两种：半导体中的载流子有两种：带负电荷的电子和带正电荷的空穴带负电荷的电子和带正电荷的空穴。根据对载流子贡献的机理，根据对载流子贡献的机理，半导体可分为半导体可分为本征半导体和非本征半导体本征半导体和非本征半导体。载流子的产生与复合载流子的产生与复合本征半导体本征半导体是指在材料纯度较高的条件下，在一定温是指在材料纯度较高的条件下，在一定温度范围内，材料中的载流子主要来自热激发，到达导度范围内，材料中的载流子主要来自热激发，到达导带的是电子，这时价带中就少了一个电子，于是形成带的是电子，这时价带中就少了一个电子，于

11、是形成了空穴。了空穴。这样，电子的浓度与空穴浓度相等，即这样，电子的浓度与空穴浓度相等，即 npni式中：式中：n为电子浓度；为电子浓度；p为空穴浓度；为空穴浓度；ni为本征激发的为本征激发的电子浓度。电子浓度。 式中：式中：k是波尔兹曼常数；是波尔兹曼常数；T为绝对温度；为绝对温度；B为常数。为常数。kT/Ei2gBenpn非本征半导体非本征半导体是指载流子一般靠杂质提供。是指载流子一般靠杂质提供。如果杂质提供的载流子浓度明显高于本征载流子浓度，如果杂质提供的载流子浓度明显高于本征载流子浓度，那么半导体的导电行为就被杂质载流子控制，称为杂质那么半导体的导电行为就被杂质载流子控制，称为杂质半导

12、体。在浓度不甚高而掺人的杂质又为浅能级杂质时，半导体。在浓度不甚高而掺人的杂质又为浅能级杂质时，杂质全部电离。假设掺人的是施主杂质，则认为杂质全部电离。假设掺人的是施主杂质，则认为nND式中：式中：ND为施主杂质的原子浓度。为施主杂质的原子浓度。NDPn2i 式中式中p的值为的值为p=n2i/ND由本征激发或由杂质电离所形成的载流子浓度在既定由本征激发或由杂质电离所形成的载流子浓度在既定温度下处于平衡状态，称为温度下处于平衡状态，称为平衡载流子平衡载流子。由辐照、电注入等形成的载流子称为由辐照、电注入等形成的载流子称为非平衡载流子非平衡载流子。在这些激发形式下，载流子不断产生与复合。一旦去在这

13、些激发形式下，载流子不断产生与复合。一旦去掉这些激发形式，由它们所产生的载流子就很快被复掉这些激发形式，由它们所产生的载流子就很快被复合掉，只剩下平衡载流子。合掉，只剩下平衡载流子。为表征非平衡载流子的复合过程，提出了非平衡载流子为表征非平衡载流子的复合过程，提出了非平衡载流子寿命的概念。寿命的概念。载流子寿命即载流子从产生到复合的统计平均生存时间。载流子寿命即载流子从产生到复合的统计平均生存时间。在小注入的情况下，一般只考虑少数载流子寿命，即在在小注入的情况下，一般只考虑少数载流子寿命，即在n型半导体中的空穴寿命（型半导体中的空穴寿命（TP）或在）或在P型半导体中的电子型半导体中的电子寿命（

14、寿命（t tn）。）。寿命就取决于复合的机理。寿命就取决于复合的机理。现在认为共有四种复合机理，即现在认为共有四种复合机理，即直接复合、通过复合中心复合、俄歇复合、表面复合。直接复合、通过复合中心复合、俄歇复合、表面复合。1、直接复合、直接复合t tpl/rn0 t tn=l/rp0式中：式中：n0、p0为平衡载流子浓度；为平衡载流子浓度；r为比例常数，因为比例常数，因材料不同而异。材料不同而异。可以看出，可以看出，直接复合寿命与多数载流子的浓度成反直接复合寿命与多数载流子的浓度成反比。比。直接复合对直接禁带材料是主要的，因为直接禁带直接复合对直接禁带材料是主要的，因为直接禁带便于直接复合，而

15、对间接禁带材料则不是主要的。便于直接复合，而对间接禁带材料则不是主要的。 一些杂质和缺陷能在禁带内离开导带或价带一定距离的地一些杂质和缺陷能在禁带内离开导带或价带一定距离的地方形成能级。方形成能级。这些能级起到载流子产生或复合的台阶作用，故把这种杂这些能级起到载流子产生或复合的台阶作用，故把这种杂质或缺陷称为载流子的复合质或缺陷称为载流子的复合产生中心。产生中心。影响间接禁带材料影响间接禁带材料少子寿命的主要是这种机制。其寿命值为少子寿命的主要是这种机制。其寿命值为t tp（1/s s）VtNttn（1/s s）VtNt式中：式中：s s为复合中心的俘获载面；为复合中心的俘获载面；V1为载流子

16、热运动平均速为载流子热运动平均速度；度；Nt为复合中心浓度。为复合中心浓度。已发现在硅中能形成复合中心的杂质有已发现在硅中能形成复合中心的杂质有Ta、Mo、W、Nb、Zr、Ti、V、Cr、Co、Mn、Fe等。等。2、通过复合中心复合、通过复合中心复合3、俄歇复合、俄歇复合电子与空穴复合时将多余的能量传给导带中的另一个电电子与空穴复合时将多余的能量传给导带中的另一个电子或价带中的另一个空穴，获得能量的载流子再以声子的子或价带中的另一个空穴，获得能量的载流子再以声子的形式将其释放出来。形式将其释放出来。其寿命为其寿命为或或此种复合只在重掺杂材料中占主要地位。此种复合只在重掺杂材料中占主要地位。n2

17、D11r Ntp2A11r Nt4、表面复合、表面复合表面复合的机制有表面的悬挂键、材料加工的表面复合的机制有表面的悬挂键、材料加工的表面损伤、表面吸收的杂质等表面损伤、表面吸收的杂质等。总的寿命为体寿命与表面寿命的综合结果，即总的寿命为体寿命与表面寿命的综合结果，即式中：式中：t t为材料的整体载流子寿命；为材料的整体载流子寿命；t tv为载流子为载流子的体内寿命；的体内寿命；t tn为载流子的表面寿命。为载流子的表面寿命。vs111tttpn结因为禁宽度愈大，因为禁宽度愈大，ni愈小，愈小，VD愈大。愈大。扩散形成的电场区内的载流子几乎被扩散进来的载流子全部扩散形成的电场区内的载流子几乎被

18、扩散进来的载流子全部复合掉，故称复合掉，故称耗尽区耗尽区，其厚度，其厚度式中：式中：e er、e e0分别为材料的相对介电常数和真空介电常数。分别为材料的相对介电常数和真空介电常数。根据静电作用的原理，如在根据静电作用的原理，如在P型区产生了电子型区产生了电子空穴对，那空穴对，那么电子很容易通过么电子很容易通过n区的正电场进入区的正电场进入n区，而空穴则被正电场区，而空穴则被正电场挡在挡在p型区；同理，型区；同理，n型区的空穴进入型区的空穴进入P区，而电子留在区，而电子留在n区。区。内建电场的电压值内建电场的电压值ADD2iNkTVln NqnDpApA0rnpVNNNNq2WXXWee半导体

19、与光伏效应半导体与光伏效应当光射到半导体时，一部分被反射，一部分被吸收，其余部分当光射到半导体时，一部分被反射，一部分被吸收，其余部分则透过，即则透过，即A+R+T=1式中：式中：A为吸收率；为吸收率；R为反射率；为反射率；T为透过率。为透过率。在制作太阳电池时希望反射率愈小愈好，在制作太阳电池时希望反射率愈小愈好，但反射率是材料折射但反射率是材料折射率的函数。率的函数。对硅而言，在感兴趣的范围内，反射率均在对硅而言，在感兴趣的范围内，反射率均在0.30左右，因此需要左右，因此需要采取镀减反射膜或做绒面等措施。采取镀减反射膜或做绒面等措施。 1.1.光与半导体的相互作用光与半导体的相互作用 当

20、一束光强为当一束光强为I0的光垂直人射到半导体表面时，半导体内离入的光垂直人射到半导体表面时，半导体内离入射表面射表面x处的光强处的光强Ix按吸收定律就应为按吸收定律就应为 IxI0（1-R）eax式中：式中：a为与波长有关的吸收系数为与波长有关的吸收系数当半导体的厚度为当半导体的厚度为d时，透过率可近似表达为时，透过率可近似表达为T=I2/I0（1-R）2e-ad 式中：式中：I2为透过光的强度。为透过光的强度。半导体对光的吸收取决于半导体的禁带宽度及能带结构半导体对光的吸收取决于半导体的禁带宽度及能带结构。对直接禁带半导体，当光子的能量大于或等于禁带宽度，即对直接禁带半导体，当光子的能量大

21、于或等于禁带宽度，即hvEg时，一个光子可将价带中的一个电子激发到导带，形成一时，一个光子可将价带中的一个电子激发到导带，形成一个电子一空穴对，而剩余的能量，个电子一空穴对，而剩余的能量，即即hv-Eg则作为热能传给晶体。则作为热能传给晶体。直接禁带材料的吸收边为直接禁带材料的吸收边为hv0he/l l0=Eg， l l01.24/Eg式中：式中：h为布朗克常数；为布朗克常数；v0为吸收边的频率；为吸收边的频率；c为光速；为光速；l l0为吸收为吸收边的波长。边的波长。当光子与间接禁带半导体相作用时，形成一个电子一空穴当光子与间接禁带半导体相作用时，形成一个电子一空穴对就必需吸收或放出一个声子

22、其吸收边为对就必需吸收或放出一个声子其吸收边为 hv0=Eg-Ep 式中式中Ep为声子能量。为声子能量。2、光伏效应与太阳电池、光伏效应与太阳电池光伏效应光伏效应光与半导体的相互作用可以产生光生载流了。当将所产生光与半导体的相互作用可以产生光生载流了。当将所产生的电子一空穴对靠半导体内形成的势垒分开到两极时，两的电子一空穴对靠半导体内形成的势垒分开到两极时，两极间就会产生电势，称为光生伏打效应，简称光伏效应。极间就会产生电势，称为光生伏打效应，简称光伏效应。因此太阳电池又称光伏（因此太阳电池又称光伏（PV）器件。）器件。在半导体中可以利用各种势垒如在半导体中可以利用各种势垒如pn结、肖特基势垒

23、、结、肖特基势垒、异质结势垒等形成光伏效应。异质结势垒等形成光伏效应。短路电流与开路电压短路电流与开路电压太阳能电池可处于太阳能电池可处于4种状态：种状态： 无光照；无光照； 有光照，短路；有光照，短路； 有光照，开路；有光照，开路； 有光照，有负载有光照，有负载太阳电池作为电源处于第太阳电池作为电源处于第4种状态，但负载的选择种状态，但负载的选择 要考虑与短路电流和开路电压相匹配。要考虑与短路电流和开路电压相匹配。 短路电流与开路电压短路电流与开路电压 是标征太阳电池性能的最重要数值是标征太阳电池性能的最重要数值 如果辐射到太阳电池的能量大于如果辐射到太阳电池的能量大于Eg的光子全都形成电子

24、的光子全都形成电子空穴对，且可被全部收集，这时最大电流密度应为空穴对，且可被全部收集，这时最大电流密度应为JL(max)=qEFg式中：式中：F为光量子的数；为光量子的数；q为电子电荷。为电子电荷。(1) 短路电流短路电流在实际中要考虑到光的反射、电池的厚度等，因此实际收在实际中要考虑到光的反射、电池的厚度等，因此实际收集的电流为集的电流为式中：式中：l l0为半导体材料吸收边；为半导体材料吸收边；R为与波长有关的反射系数为与波长有关的反射系数；a为与波长有关的吸收系数；为与波长有关的吸收系数；H为电池的厚度；为电池的厚度；x为离电池为离电池表面距离。表面距离。由此可见，由此可见，JL与禁带宽

25、度有关。因与禁带宽度有关。因llll0，所以，所以a=0。而。而F与与光强度有关。光强度有关。 Ha( )xL00JqF( )1 R( ) ( )eddlll ll x如果电池的少数载流子寿命足够长，使载流子到如果电池的少数载流子寿命足够长，使载流子到pn结前未被结前未被复合，短路电流则为光生电流，即复合，短路电流则为光生电流，即JSCJL而短路电流是由光在而短路电流是由光在n型区、结区、型区、结区、P型区产生电流的总和，型区产生电流的总和，即即JSCJn+JpJdr实验与计算都表明，这实验与计算都表明，这3个区位对载流子的贡献。个区位对载流子的贡献。首先取决于电池的结构。以首先取决于电池的结

26、构。以n+/p电池为例，顶区对光谱中的紫电池为例，顶区对光谱中的紫外光敏感，产生的光生载流子约为外光敏感，产生的光生载流子约为5%12%；耗尽区对可见光；耗尽区对可见光敏感产生的光生载流子约占敏感产生的光生载流子约占2%5%；基区对红外波长敏感，产；基区对红外波长敏感，产生的光生载流子约占生的光生载流子约占90%左右。左右。(1) 当电池处于光照下，通过二极管的电流为短路电流同与当电池处于光照下，通过二极管的电流为短路电流同与之相反的二极管的正向电流之和：之相反的二极管的正向电流之和：I(V)ISC-I0eqv/AkT-1式中：式中：V为二级管的电压；为二级管的电压；A为二极管的曲线因子；为二

27、极管的曲线因子；T为为温度；温度；k为波尔兹曼常数；为波尔兹曼常数；I0为二级管的反向电流。为二级管的反向电流。开路电压为开路电压为由于开路时由于开路时I(V)=0，此时的电压为开路电压，即，此时的电压为开路电压，即V= VOCSCOIVOCAkT/qln(1)I（2）开路电压）开路电压(3) 填充因子填充因子当太阳电池接上负载当太阳电池接上负载R时，所得的负载时，所得的负载1-V曲线如图所曲线如图所示。示。R可以从零到无穷大。当可以从零到无穷大。当Rm为最大功率点时，它对为最大功率点时，它对应的最大功率为应的最大功率为Pm=ImVm式中式中Im、Vm分别为最佳工作电流和最佳工作电压。分别为最

28、佳工作电流和最佳工作电压。将将VOC与与ISC的乘积与最大功率的乘积与最大功率Pm之比定义为填充之比定义为填充因子因子FF，则则 FFPm/VOCISCVmIm/VOCISCFF为太阳电池的重要表征参数，为太阳电池的重要表征参数，FF愈大则输出的愈大则输出的功率愈高。功率愈高。FF取决于入射光强、材料的禁带宽度、取决于入射光强、材料的禁带宽度、A因子、因子、串联电阻和并联电阻等。串联电阻和并联电阻等。(4)转换效率及其影响因素转换效率及其影响因素太阳电池的太阳电池的转换效率转换效率是首要的关键指是首要的关键指标，决定着电池的成本、质量、材料消耗、标，决定着电池的成本、质量、材料消耗、辅助设施等

29、许多因素辅助设施等许多因素太阳光照射到太阳光照射到太阳电池表面太阳电池表面以后的经历和以后的经历和产生损失的环产生损失的环节节太阳电池的效率定义为太阳电池的效率定义为太阳电池的最大功率输出与照射到太阳电池的总辐太阳电池的最大功率输出与照射到太阳电池的总辐射能射能Pin之比。之比。可写作可写作式中：式中：.At为电池面积；为电池面积；Pin为单位面积的太阳能强度为单位面积的太阳能强度。因此在解决了表面反射膜以后，太阳电池的效率取因此在解决了表面反射膜以后，太阳电池的效率取决于电池的材料与结构。决于电池的材料与结构。 minOC SCtinP /PV I FF/A P*影响转换效率的主要因素影响转

30、换效率的主要因素禁带宽度禁带宽度温度温度少数载流子的寿命少数载流子的寿命掺杂浓度及分布掺杂浓度及分布光强光强1 1、禁带宽度、禁带宽度禁带宽度对转换效率的禁带宽度对转换效率的影响是双向的。影响是双向的。一方面禁带宽度增大会一方面禁带宽度增大会使短路电流减小。使短路电流减小。因为随着它的增大，能因为随着它的增大，能激发光生电流的光子数激发光生电流的光子数在减少。在减少。另一方面禁带宽度另一方面禁带宽度增大会使开路电压增大会使开路电压增大。增大。这种双向关系经复这种双向关系经复杂的运算处理，获杂的运算处理，获得了不同禁带宽度得了不同禁带宽度材料的最大转换率材料的最大转换率的理论值的理论值2、温度、

31、温度温度升高会使转换效率下降，温度升高会使转换效率下降，这是因为温度升高会造成禁带宽度这是因为温度升高会造成禁带宽度降低降低3 3、少数载流子的寿命、少数载流子的寿命 光生载流子产生后，少数载流子要运动到光生载流子产生后，少数载流子要运动到pnpn结结的另一方。在此期间，只有它不被复合，才有可的另一方。在此期间，只有它不被复合，才有可能形成电池电流。能形成电池电流。 少数载流子寿命除了取决于材料的本性外，主少数载流子寿命除了取决于材料的本性外，主要取决于要取决于复合中心的浓度复合中心的浓度，它是由晶体缺陷和有，它是由晶体缺陷和有害杂质浓度构成的。长的寿命还会减少暗电流和害杂质浓度构成的。长的寿

32、命还会减少暗电流和提高开路电压提高开路电压4 4、掺杂浓度及分布、掺杂浓度及分布在一定的范围内，掺杂浓度愈高，在一定的范围内，掺杂浓度愈高，VOC也随之增高，也随之增高，这有利于转换效率的提高。这有利于转换效率的提高。 但由于载流子的简并效应，过多的掺杂但由于载流子的简并效应，过多的掺杂VOC反而会降反而会降低，而且少数载流子寿命也会降低。低，而且少数载流子寿命也会降低。 另外，当掺杂浓度从电池表面的扩散区向结的方向不均另外，当掺杂浓度从电池表面的扩散区向结的方向不均匀降低时，可提高光生载流子的收集效率，有利于转换匀降低时，可提高光生载流子的收集效率，有利于转换效率的提高效率的提高5 5、光强

33、、光强提高太阳的光的强度有助于提高转换效率提高太阳的光的强度有助于提高转换效率。 如将太阳光如将太阳光x倍，一般说倍，一般说ISC与与x成正比，这成正比，这应保证了光强增大，转换效率保持不变。应保证了光强增大，转换效率保持不变。 但另一方面还会发生但另一方面还会发生“场助效应场助效应”，即在基，即在基区中产生强大的光生电流，这个电流产生一个区中产生强大的光生电流，这个电流产生一个促使光生载流子流向促使光生载流子流向pn结的电场。结的电场。 高的光强还可以提高电池的填充因子。高的光强还可以提高电池的填充因子。太阳电池大规模应用的有关问题太阳电池大规模应用的有关问题 接受面积问题接受面积问题 产生

34、的能量与负载匹配问题产生的能量与负载匹配问题 电池材料的资源问题电池材料的资源问题 发电成本问题发电成本问题1、接受面积问题、接受面积问题虽然太阳到达地面的能量远远超过人类的需求，但虽然太阳到达地面的能量远远超过人类的需求，但是太阳的能量是分散的，为了提供所需的能源必需有够是太阳的能量是分散的，为了提供所需的能源必需有够的接受面积。的接受面积。 据测算，为了满足据测算，为了满足20002000年全球电力的需求，以电池年全球电力的需求，以电池转换效率转换效率10%10%计算，需要的面积为计算，需要的面积为640000640000平方公里，这与平方公里，这与阿富汗的面积差不多。阿富汗的面积差不多。 所以所需面积是相当可观的，但不是不能解决的。所以所需面积是相当可观的，但不是不能解决的。 利用屋项装设太阳电池组件或太