光伏原理考点总结

太阳能发电的优点和缺点；优点能量取之不尽用之不竭随地取无污染，环保安全成本低缺点：能量密度低，占地面积大，转换率低，间歇性工作，受气候影响大太阳光能量主要集中的波长范围，及能量分布最大值对应的波长；波长：0.22-4um99%大气质量，AM0，AM1，AM1.5；AM0：太阳常数90°零辐射AM1：垂直入射地球表面，一个标准大气质量AM1.5:48.2°角入射功率1kw/m2地面和航天用太阳电池的标准测试条件；地面：25+2°C，1kw/m2AM1.5航天：25+1C，1353w/m2AM0光伏电池；将光能转化为电能的光电元件。太阳电池性能的影响因素；晶体结构日照温度负载电阻光谱响应遮挡太阳电池对材料选择要求；1，禁带不能太宽有较高的光电转换率便于生产，材料性能稳定独立光伏发电系统的主要组成部分；光伏组件，储能装置，变换装置，控制系统，负载太阳电池组件、方阵；光伏建筑一体化及其技术特点；分布式，自发自用余电上网太阳能建筑中的关键技术；光伏扶贫及其技术特点；分布式光伏发电；弟一章光生伏特效应；Pn结势垒区的自建电场作用下，p区光生电子穿过pn结进入n区，使n区带负电，n区光生空穴穿过pn结进入p区使p区带正电，最终使pn结两端产生光生电动势和光生电流就是光伏效应。pn结势垒区存在自n区指向p区的内建电场口在该电场作用下，b区的光生电子穿过叩结进入。区，使n区带负电,n|X的光生空穴进入p区，使p区带正电,于是在p-n结两端形成了光生电动势V（或称光生也压）和从n区到p区光生电流IIo该现象称为p-n结的光生伏特效应由于光照在p-n结两端产生光生电动势，相当于在p-n结两端加正向电压V,使势垒降低qVD-qV,产生正向电流比（内部从P区指向n区）。半导体光电器件能产生光生电动势的条件；半导体材料对一定波长的入射光有足够大的吸收系数，具有光伏结构，即有有一个内建电场所对应的势垒区。光生电流大小的决定因素；载流子的生成率和收集率共同决定提高途径：提高光生载流子的产生率，增加各区少子寿命，减少表面复合。17.太阳电池工作时的三股电流及流经负载的电流表达式;17.太阳电池工作时的三股电流及流经负载的电流表达式;如光电池与负载电阻接成通路，则通过负载的电流为:I=IPI=IP-IL=ISexphl太阳电池的I-V特性曲线;帝川岛］电池的电跖电庶特性曲线短路电流、开路电压定义及其决定因素；短路电流：开路电压：开路下电池两端的电压。影响：（np区净掺杂浓度，温度，禁带宽度，光照强度）反向饱和电流和短路电流开路电压的大小与接触电势是Vd肖关，=NcNv&xipCl>N区和P区的样掺杂龈度，掺杂浓度吨和N,港大，接触电势差.（或内建电势噬）"越熊,电池开路电压通常也越地C2|）温度.温度越高，本征载流子浓度n翔大，¥说越小，电：池的开路电压降低。 、 、（3）半导体材料的禁带宽度。禁常-宽度越大，导致本征载流子沼度越小，越大，开路电压越高。通常太阳电池所标明的功率即为在标准工作条件下最大功率点所对应的功率;21.填充因子定义及其物理意义；FF=^OClSC^oc!sc22.光电转换效率公式；21.填充因子定义及其物理意义；FF=^OClSC^oc!sc22.光电转换效率公式；最大输出功率R恤(kW)转换效率广太阳光辐照强度/(kW/cm=)x受光而积出n?)xlOO%曲线上M点为该太阳电池的最佳I：作点(或最大功率点)，虹为最佳I：作电流."皿为最佳I：作电压，Rm为最；佳负载电阻，对应的最大输出功率为Bn==Bnax通常太阳电池所标明的功率即为在标准工作条件下最大功率点所对应的功率。-i—xioo%太阳辐射功率23.…「区-H.—23.…「区-H.—N区.—该g）时OODO Q□C|OQtoOlOODG<O；G：O：G：G：OjG©©©^•0；0：©&：&&：&：m ,1■1,1—__ 光生电场内瑾电场eV, T"1—……一-…理想和实际太阳电池的等效电路;理想：理想太阳电池可等效为一恒流源(光生电流)与-正向•：极管并联，无光照时类似二一极菅特性，有光照时产小光生电流I.风为负载占实际RlRlq(V+IRSq(V+IRS)『=匕_exp24.串联电阻和并联电阻对太阳电池I-V特性的影响;皿、R血分别为太阳电池中的串、并联电阻，实际太141电池的电流与电压关系为电路断路时，电池的总电流为零，在串联电阻的压降也为零，故串联电阻不会影响到电池的开路电压。然而,在接近开路电压处，伏安曲线会受到串联电阻的强烈影响"

q(V+风)koT并联电阻不会影响电池的短路电流，而对填充因子的影响较大进而影响开路电压。0.5； \I000.5； \I00dLLL[ILidh],.,,_I_j[[..]-LJ.J0.0 0.1OJ0j0.4os0.6 0.?中ftk电.iK/v并联抱阻肘电痈电压特性的影响本意图内量子效率：被太阳电池吸收的波长为r的光子能对外电路提供一个电子的概率。反映对短路电流有贡献的光生载流子数与被电池吸收的光子数。（考虑了反射损失，电池的实际吸收,IQE）外量子效率：对整个太阳光谱，入射到太阳能电池表面的波长为r的光子能对外电路提供一个电子的概率。（不考虑反射损失，EQE）IQE以)=EQEIQE以)=EQE(A)1-/?U)-T(A)其中，R为电池半球的反射率，T为也池半球透如一率.如果电池足够厚，T为零。光电转换效率的测定方法；第二章硅为间接带隙半导体，带隙为1.12eV；单晶、多晶和非晶的特点；单晶：晶格缺陷少，电池效率高；多晶：转换效率比单晶低，但价格低非晶，无规则外形，内部不存在长程有序单晶和多晶硅片在外观上的区别；

直拉法制备单晶硅的简单流程；加料一熔化一缩颈生长-放肩生长一等径生长-尾部生长1,2,1,2,3,4,5,6,表面栅线绒面蓝色氮化硅扩散层硅基体&面细栅线＞硅基体铝硅形成背面&面细栅线＞硅基体铝硅形成背面太阳电池的基本结构太阳电池表面织构化的形式及其作用；作用：通过增加太阳光在硅片内部的有效运动长度，进而增加光线被吸收的机会形式：金字塔，倒金字塔（嗷）影响太阳电池减反膜的因素，常用的减反膜材料；概念：界面上的反射光相互干涉降低反射率主要材料：MgF2,SiO2,A12O3,SiO影响因素：透明度高，相匹配的折射率，稳定性，机械牢固度（贴合衬底）单晶硅太阳电池的特点；1，完整的结晶，效率高2，不容易产生光之衰退效应发电特性稳定硅原料丰富承受应力强光致衰退效应；a-Si:H薄膜较长时间强光照或强电流通过后，其内部产生缺陷使电池性能下降效应。原因：光照导致带隙中产生了新的悬挂键，影响了费米能级位置，电子的复合过程，从而改变电池性能。晶体硅太阳电池表面钝化处理的必要性及常用钝化方式；必要性：在表面，晶体周期性破坏产生悬挂键，会引入大量缺陷能级，表面复合增加，降低了电池性能。而表面钝化可以降低表面复合速率，提高电池性能。（饱和悬挂键，降低表面活性，增加表面清洁有序）方式：1，化学钝化，使界面各种缺陷饱和，减少复合中心。场效应钝化，使电荷积累，在界面处形成静电场，降低少子浓度。PECVD（等离子体增强化学气相沉积，钝化膜制备方法）；概念：利用辉光放电的物理作用来激活粒子的一种化学气相沉淀反应。机理：释放的原子态氢可以饱和界面上的悬挂键；且沉淀膜中会有正电的悬挂键，正电荷会产生场效应钝化作用降低表面复合效率。太阳电池对电极的要求；接触电阻小；2，收集效率高稳定性好成本低易于引线，可焊性好能与硅形成牢固的接触太阳电池铝背场的作用；丝网印刷机所用金属丝网的开口率、吐出量的公式;

线径：线的屹径i『ii：线和线之间间隔的数值目数：】平方英寸内网孔的个数®开曰率：空间而积与全体而积的比率⑤吐出量（透墨量）I丝网单位面积内油墨透过网孔的总izh开口率（％）=（开11/（JTf1+线径）HXioo例）325目、线径28pm、J|Fl50pm（50/（50+28））2X100=41%吐出量（呻）二开曰率X丝网厚度例）325目、线径28pm、厚度6Qpm0.41X60pn=24.6呻丝网印刷电极所用浆料的成分；导电相：一般是ag粉末有机载体：调节浆料的流动性等有利于印刷有机结合剂：固定金属粉末玻璃粉：用于刻蚀反应，帮助银粉与硅表面结合。丝网印刷电极后续的烧结目的；目的：干燥硅片上的浆料，燃尺浆料的有机成分，使浆料和硅片形成良好的欧姆接触。纵观硅基太阳电池的发展历程，光电转换效率大幅提高主要是由于在哪两个方面的重大改进；第四章能与实验结果符合较好的非晶硅连续无规网络模型（CNR模型）；匚RM模型小感图概念：任一原子周围有四个原子，只是键长和键角不同，因此长程无序。匚RM模型小感图非晶态固体的电子本征态；由于长程无序，不能再用BLOch函数表述。分为：扩展态波函数（可延伸到整个材料）；定域态波函数（限制在一局域范围，指数衰减）并晶半导体的波函数（a）扩展态波函数；（b）定域态波函数扩展态46.迁移率边；概念：随着无序程度的扩展态46.迁移率边；概念：随着无序程度的增加，定域态与扩展态的交界处向能带中部移动，Ec和相互接近，最后相遇于能带中部，整个能带中的态都变为定域态。 g对于能量在定域态范围的电匚在T=0K时电子的迁移率为0,当能量改变进入扩展态时，电子的迁移率g突然增至-•个有限值，因此把能带中扩展态和定域态的交界处蛛和均叫做迁移率边.定域态47.非晶半导体的能带模型;A非晶半导体的能带模型每个原子的价键要求被满足，保持了与晶态同样的共价键数EC或近邻有序，形成基本的能带；由于缺乏长程序，即键长和键的的涨落，形成定域态带尾；在带尾定域态与扩展态之间存F在明显的分界线，即迁移率边VEc和Em；由于悬键等缺陷造成能隙中间的缺陷定域带（带隙态）- 短程有序…基本能带长程无序…定域态带尾悬挂键一带隙中间形成隙态非晶硅中掺入氢的作用；降低材料中的缺陷，饱和悬挂键本征非晶硅的电导类型。1，扩展态电导带尾态跳跃电导费米能级附近近程跳跃电导变程跳跃电导3.直流电导与温度的关系%二%以P上式第一项是扩展态电导,第二项是带尾态电导，第三项是费米能级附近局域态的近程跳跃电导,最后一项是极低温下的变程跳跃电导。以对1仃作图,由各段直线的斜率可分别求出Ec—Ef1%-坛+叫及吨.%二%以P非晶硅材料最重要的特点，也是能够成为低价格太阳能电池的最主要因素。由于非晶态长程无序，非晶硅的吸收系数大一个量级。a-Si:H光吸收的三个区域。♦本征吸收区（A区）：由电子吸收能量大于光学带隙的光子从价带内部向导带内部跃迁而产生的吸收。在此区域，a-SLH的吸收系数较大'通常在I伊cm」以I」随光『能昼的爽化具有靠指数特征。在可见光谱范围内，Slsi：n的吸收系数要比晶体硅大得多（高1-2个数量级），而太阳能电池主要是将门J见光部分的光能（J,6eV-3,6eV）转化成电能，这也是非晶硅太阳能电池可取代晶体硅太阳能电池的重要原因之•％♦带尾吸收区（B区）：这个区域的吸收对应电f从价带边扩展态到导带尾态的跃迁，或者电F从价带尾态到导带边扩展态的跃迁口在此区域，l<0<lCPcmL与hw呈指数关系，所以也称指数吸收区，♦次带吸收区（C区）；通常位于一近红外区的他能吸收，对应了电了从价带到带隙态或从惜隙态到导带的跃1E此区域的吸收系数口很小，又称为非本征吸收，其特点是口随光子能量的减小趋于平缓。本征吸收区（a>104cm1）hv>EgJ不受准动量守恒的限制.非晶硅的本征光吸收>>晶体硅的本征光吸收带边（指数）吸收E（l<a<104cm1）a^exp（hv/El0）带尾态的指数分布（Ubach带尾）Et0—Ubach能量，E切标志带尾的宽度和结构无序的程度次带（带隙态）吸收|X（a<10cm1）提供带隙态的信息。光致退化效应。光致退化效应是非晶硅作为光伏材料的主要缺点，也是制约其大发展的主要障碍。晶体硅与非晶硅基本特征的比较。晶体长程有序，非晶短程有序，长程无序晶体硅由连续共价键组成，非晶共价键连续无规单晶硅各向异性，非晶硅各向同性非晶有更高的晶格势能晶体硅是间接带隙结构，非晶硅是直接带隙结构，宽1.5ev微晶硅。概念：电导率高，尺寸在1-10纳米自嵌于非晶硅基中（uc-Si）制备：等离子体增强化学气相沉淀非晶硅薄膜太阳电池的优缺点。/r/