【《PETE 真空太阳能电池的基本理论综述》2500字】

PETE真空太阳能电池的基本理论综述目录TOC\o"1-3"\h\u3902PETE真空太阳能电池的基本理论综述 1175061.1PETE光电/光伏复合发电系统 127001.2PETE太阳电池发射机理 2PETE光电/光伏复合发电系统PETE将光伏效应和热电子效应整合到一个物理过程中。一般情况下，PETE太阳能利用系统示意图如图2-1所示,高倍聚光器用来聚焦太阳光，使聚集的太阳光照射到阴极上面，加热阴极，同时提供光照。PETE能量转化器则通过光子增强热电子发射效应将高倍聚光器聚焦的太阳光的光和热转换为电能。热电转化装置将阴极上面多余的热量导走，将其转化为电能，同时降低阴极的温度。图2-1PETE光伏光热复合电池结构示意图PETE能量转化器上面的两个电极分别作为阴极和阳极，两极通过真空空间彼此分离，并与外部负载相连。阴极、阳极也分别称为发射极和集电极，中间由真空空间隔开，并与外部负载连接。当电子从阴极发射出来时，有可能因为碰撞到空气中的分子而被反弹回去，所以要保证是真空环境。高倍聚光系统为PETE太阳电池提供所需要的温度和光子，阴极通过吸收高倍聚光器聚合到的太阳光子和红外热能使自身温度不断升高，并激发出射热电子将能量传递到阳极，这一过程被称为电子发射现象。当阴极内部的电子具有克服电极表面功函数的能量时，就能够发射到真空中，然后穿过缝隙到达集电极，这一过程称为真空传输现象。当阳极接受真空中传递过来的电子后，一部分能量转化为电能，被用来驱动外电路中的负载，剩下的以热能的形式被热电转换装置及时导走，进行热发电。与此同时，因为PETE转化器的阳极的热量被热电转换装置及时导走，防止了阳极的温度升高，起到了冷却阳极的作用。又因为阳极一般使用金属材料，降低阳极的温度可以有效抑制阳极的反向热电子发射。PETE太阳电池是整个太阳能复合发电系统的核心部位，PETE太阳电池完成系统中的大部分的光电转换。PETE太阳电池发射机理PETE效应结合了光伏效应和热电子效应，基本物理过程可以为三个步骤,如图2-2所示图2-2PETE器件能量转换过程原理模型激发过程：在阳光照射下，PETE太阳电池阴极将吸收太阳光谱中能量大于材料禁带宽度的太阳光子，随着阴极温度的升高，材料的内部热平衡被破坏，阴极中的电子受温度影响被激发到导带。运输过程：被激发到导带中的电子使导带产生浓度梯度，在浓度梯度的驱动下，导带中分布不均匀的电子不断扩散到阴极表面[14]。逸出过程：当阴极内部的电子具有克服电极表面功函数的能量时，就能够发射到真空中，然后穿过缝隙到达集电极，当阳极接受真空中传递过来的电子后，一部分能量转化为电能。并且器件输出电势Vout，等于阴阳极所使用的两种材料的功函数之差,Vout=式中,C,和光伏电池一样,当阴阳极和外电路形成回路时,将产生电流J。在整个PETE能量转换过程中，当阴极被太阳光照射时，通过吸收能量大于带隙的(hν>Eg)光子的能量，价带电子首先会被激发至导带，然后它们迅速热化到导带最小值，并在阴极中扩散，最终扩散到整个阴极。再随着太阳光对阴极的不断加热，借助太阳光中能量小于阴极带宽(hν<EgPETE器件工作电流JC,PETEJC,PETE式中，JC是电池阴极的输出电流；J在无光照条件下，半导体的导带电子服从费米能级分布，且热发射电子数可表示为：JC,TE=其中e为电子质量，mn∗为电子有效质量，在有光照的条件下，阴极电子浓度在非简并的情况下，neq=式中，NC是阴极导带的有效状态密度，EC是导带能级，当PETE太阳电池在聚光光照条件下，光激发使得阴极热平衡状态被打破，并出现新的费米能级EF,nEF,n=阴极导带电子服从导带费米能级EF,nn=N其中，n是光照条件下阴极电子密度，neq阴极中受光子激发的电子在PETE太阳电池阴极内部运动的过程中，会产生各种碰撞从而导致能量损失[16]。部分因为碰撞导致能量损失的电子，由于没有足够的能量去克服阴极材料的功函数而无法进入真空，甚至有部分电子都不能达到发射表面。PETE的电流密度可以表示为JC,PETE=其中，N(E)为能级有效态密度，f(E)为费米分布，vχ是电子垂直发射表面的出射速度[17]。另外，出射电子的能量必须能克服阴极表面势垒χ的阻碍。因此，vχ应满足化简(2-7)式子可得JC,PETE=将式子（2-5）代入式子（2-8），就可以得到光子增强热电子发射电流密度的另一个计算公式JC,PETE=PETE器件的转换效率的计算公式如下面所示：PETE=其中是a阳极功函数，E从（2-9）式我们可以看出，光子激发可以有效增强热电子发射[18]。一般而言，热平衡状态下的P型半导体导带中的电子浓度比较低，因此对比（2-3）与(2-8)式子来看，与单纯的热电子发射相比，在相同的发射电流密度下，PETE器件阴极需要的工作温度要远低于热电子阴极的工作温度，这说明了较热电能量转换器相比，它的